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多温区耦合对象安全控制系统的安全完整性等级评估研究

张宁  
【摘要】:随着电气电子设备可靠性的提高,许多领域开始用由电气、电子器件构成的系统来执行安全控制或安全防护功能。这些系统或用于减少危险事件发生的概率,或用于减轻危险事件的后果,以最终实现要求的安全目标。但由于这些安全相关系统本身发生失效,造成在需要它执行安全功能时无法正确执行应有的操作,从而导致灾难的发生。为确保E/E/PE安全相关系统功能得到确实得执行,功能安全相关的研究应运而生。 本课题针对多温区耦合对象温度控制系统的可靠性进行研究,说明功能安全评估技术的主要方法及实现效果的。通过PCC温度控制系统硬件配置、硬件数据技术手册,分析温控系统的工作原理,辨识温度控制连锁回路的功能安全,利用定性的HAZOP分析和LOPA分析方法,确定系统温度超限/过低安全功能的效能指标。采用FMEDA硬件分析技术,并结合典型工业数据库进行故障模式及影响分析和危险后果分析,获得了每个部件每种失效模式的失效率,还包括诊断能力的详细分析。 课题难点是基于Markov的可靠性建模,加入结构冗余、共因失效、诊断覆盖率等影响硬件可靠性的因素,建立了三个子系统的Markov模型,使Markov建模过程更科学合理。给出了具体的理论推导过程,并编写程序在MATLAB上实现大矩阵的快速运算。 为便捷地实现基于Markov模型、故樟树模型、可靠性框图等方法的安全仪表系统的可靠性分析,在Matlab7.6环境下开发设计了安全完整性硬件评估软件。本软件可以有效地实现1oo1、1oo2、2oo2、2oo3、1oo2D等表决结构的安全仪表系统的可靠性分析以及平均危险失效概率PFD_(avg)、安全失效概率PFS和SIL等的计算。可用于SIS的设计和评估阶段,具有界面友好,建模灵活,操作便捷等优点。该软件的有效性和良好的计算精度,对后续的安全仪表系统建模设计有一定的参考作用。


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