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基于功能安全的在线气体分析仪软件结构设计与系统安全确认研究

徐兵兵  
【摘要】:随着工业自动化水平的不断提高,人们在追求高生产率的同时,也将注意力越来越多地转向了生产系统的安全性。安全系统的功能安全成为安全监控技术的新发展,功能安全认证能够保障系统的安全性。作为广泛应用于复杂工业环境的在线气体分析仪系统,研究其功能安全具有重要意义。设计符合功能安全标准IEC61506的在线气体分析仪系统是一个复杂的过程。本文从课题的研究背景出发,首先论述了本文的研究意义;然后基于IEC61508功能安全标准,结合在线气体分析仪系统的开发方法,研究在线气体分析仪系统的软件设计和安全确认。本文的主要工作可以概括为以下几点:(1)提出在线气体分析仪的嵌入式软件功能需求。根据IEC61508确定目标气体分析仪的安全完整性等级(Safe Integrity Level:SIL)以及在该等级下软件结构设计阶段和系统安全确认阶段采用的技术/措施,这些技术/措施作为软件设计的指导依据和系统安全确认的评估依据。(2)根据目标SIL推荐的技术/措施,设计在线气体分析仪的嵌入式软件。在软件开发过程中采用这些技术/措施,重点介绍了软件设计过程中的故障诊断功能设计和错误检测代码的设计。(3)对在线气体分析仪的嵌入式软件进行功能确认。验证在线气体分析仪的基本功能和系统性能;分析软件结构设计阶段采用的技术/措施的有效性;利用故障插入技术,引入故障和错误代码,验证诊断代码的有效性。(4)对在线气体分析仪进行安全评估。结合硬件的诊断数据得到系统的安全失效分数(Safe Failture Fraction:SFF);建立Markov模型评估系统的平均失效概率(Average Failture Probability:PFDavg),评估系统的是否满足SIL等级的要求,对系统进行安全确认。


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