仪器仪表功能安全技术的进展与趋势

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1、仪器仪表功能安全技术的进展与趋势史学玲冯晓升机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，北京100055摘要:关键词：Abstract:Keywords:0引言近年来，给安全控制领域供货的仪器仪表供应商们会发现，在用户提出的产品指标要求中多了一项功能安全的指标：SIL(安全完整性等级)。同时，国内的仪器仪表供应商们乂发现，国外同类产品只耍增加了SIL指标，价格就可以极大提高。以继电器为例，普通型继电器可能100元就能买到，完成同样功能的S1L2级继电器价格就可能标到2000元。理解并掌握仪器仪表功能安全技术，不但是产品进入安全控制与安全保护领域市场的基本条件，同

2、时也是企业获得更人技术利润的最好机会。1.几个重要术语在进入下文之前，有必要首先介绍儿个相关的功能安全术语。-功能单元functionalunit能够完成规定目的的软件、硬件或两者相结合的实体。-通道channel独立执行一个功能的一个或一组元素-多样性diversity执行一个要求功能的不同方法。一冗余redundancy对于执行一个要求功能的功能单元或对于表示信息的数据而言，除了够用Z外述冇多余。-安全功能Safetyfunction针对特定的危险事件，为达到或保持EUC的安全状态，由E/E/PE安全相关系统、其它技术安全相关系统或外部风险降低设施实

3、现的功能-安全完整性safetyintegrity在规定的条件下、规定的吋间内，安全相关系统成功实现所要求的安全功能的概率。-安全失效(safefailure)不可能使安全相关系统处于潜在的危险或丧失功能状态的失效。2.SIL的含义在论述仪器仪表功能安全技术之前，深入了解SIL的含义是十分重要的。S1L表示安全完整性等级(safetyintegritylevel)o1EC61508标准対它的定义是：一种离散的等级(4种可能等级之一)，丿于规定分配给E/E/PE安全相关系统的安全功能的安全完整性要求，在这里，安全完整性等级4是最高的，安全完整性等级1是最低

4、的。一个安全相关系统的SIL等级表示该系统对危险可以控制到什么程度。功能安全标准对于四种安全完整性等级的冃标失效量，按照不同的控制模式规定了两套数值。对低要求操作模式，S1L1就表示在要求时执行设计要求的功能的平均失效率不应少于0.1〜0.01,S1L4则表示同样悄况下平均失效率不少于0.0001-0.00001oSIL反映的是一种对危险的控制能力,也就是说，当产生危险条件时，SIL等级越高，你能相信或依靠这个系统的程度就可以越高。对于一个集成冇软硬件的安全相关系统，SIL的等级不同，也就代表着不同等级的质最图一安全完整性与失效的关系安全完整性系统失效完

5、塑性随机失效亢整性故障率SIL管理条件、安全管理条件、技术安全条件。如图1,安全完整性包括两个部分：一是随机失效完整性，二是系统失效完整性。随机失效完幣性又是由定最安全目标和部分技术安全条件决定，而系统失效完整性则由质量管理条件、安全管理条件和技术安全条件决定。因此，如果一个系统是SIL4,它不仅意味着硕件系统的危险失效率必须符合标准的范围（1（）"〜IO,（/要求时，低要求操作模式）或10*10-9（/小吋，髙要求操作模式），它还意味着最高等级的质量/安全管理条件及最高等级的技术安全方法。SIL是一个整体的概念。以前分析安全控制系统的安全性时，一般要分

6、别分析三个方面的问题：第一是正常工作状态下（即系统软破件均没冇出现任何故障）系统执行的安全功能问题；第二是系统的对靠性问题；第三是非正常工作状态下（即系统软件或硕件出现了故障）系统的安全问题（也称故障-安全问题）oIEC61508之后，功能安全指的是在安全相关系统的全生命周期内系统执行正确功能的能力。它综合了以上三方面问题，即在评定系统安全完整性等级时，要考虑系统设计的正确性（安全功能）、系统可靠性及可能出现的所冇非正常工作状态，用技术与管理两套体系，保证要求时系统能执行正确的功能。1.仪器仪表的功能安全概念与指标独立的仪器仪表不存在功能安全问题，但它用

7、于安全控制系统或安全保护系统（以下简称安全相关系统）时，对于应用于安全相关系统执行一个或几个安全功能的仪器仪表，就需要考虑它执行某一特定安全功能的可靠性，川SIL表示，即产品的安全完整性能力（SILCapable）,或称为该产品最大可声明的SIL等级。一个安全功能对应一个SIL值。这很像山多个连队组成的一支部队在阻击來势汹汹的恶敌，任何一个连队拉出来，问他们能不能阻挡住敌人，谁都回答不了。但组成这支部队的每一个连队必须足够强，才能组成一支足够强的部队，有效阻止敌人的进攻。在谈论仪器仪表的安全功能时，一定要明确这个概念：仪器仪表的功能安全技术，实际上就是提

8、高产品SIL能力的技术。具有越高等级的SIL,就表示该仪器仪表可以被川于更高的危