功能安全在工业过程安全仪表中的研究应用
发布时间：2021-04-04 00:48
近年来,由于石油、化工、冶金、轨道交通等工业的快速发展,防止火灾、爆炸、毒气泄漏和轨道交通事故等危险情况的发生成为非常严峻的问题。在国外,尤其是工业发达国家,在功能安全评估方面有着越来越强烈的要求,以致要取得SIL认证的产品越来越多,.而且产品的范围也在逐渐扩大。而国内对功能安全的研究则处于起步阶段,整体水平与国外相比差距甚远。功能安全在安全控制和工业过程领域已成为一个快速发展的焦点。本文以IEC61508、 IEC61511为基础,对安全仪表的功能安全进行了应用研究,主要工作如下：（1）论述了功能安全对安全仪表的重要性,从功能安全的国内外标准、理论研究、评估认证和产品开发四个方面详细了功能安全的发展现状。在此基础上,提出本文的研究内容,明确论文研究的方法和目的。（2）从物理构成、基本特征、应用功能和冗余结构等方而对工业过程安全仪表进行了详细论述,加深对安全仪表的理解（3）介绍了FMEDA、FTA、ETA和RBD四种故障分析方法,总结各种故障分析方法的优缺点和应用场合；分析了单一故障和共因故障以及其防护设计;针对系统故障从诊断技术、诊断点、诊断量化,诊断测试等方面进行了全面分析；再者,...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 课题研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本文研究的主要内容
第2章 工业过程安全仪表系统分析
2.1 仪表功能与基本特征
2.2 物理结构构成
2.3 应用功能需求
2.4 冗余结构
2.5 本章小结
第3章 安全功能的故障分析与诊断设计
3.1 故障分析方法
3.1.1 失效模式和影响分析
3.1.2 故障树分析
3.1.3 事件树分析
3.1.4 可靠性框图
3.2 故障类型
3.2.1 单一故障及其防护
3.2.2 共因故障及其防护
3.3 故障诊断设计
3.3.1 诊断技术分析
3.3.2 诊断点
3.3.3 诊断的量化
3.3.4 诊断测试
3.4 诊断与安全完整性水平
3.4.1 安全失效分数
3.4.2 硬件故障裕度
3.4.3 结构约束与SIL
3.5 本章小结
第4章 系统安全完整性分析
4.1 基本概念
4.1.1 安全完整性等级
4.1.2 风险降低与SIL的关系
4.2 随机硬件失效分析
4.2.1 失效与失效率
4.2.2 随机硬件失效控制
4.3 硬件结构约束分析
4.4 软件安全完整性分析
4.4.1 软件开发模型
4.4.2 推荐技术和措施
4.4.3 开发过程
4.5 本章小结
第5章 可燃/有毒气体报警仪的功能安全设计
5.1 可燃/有毒气体报警仪构成
5.2 可燃/有毒气体报警仪安全需求分析
5.2.1 安全仪表的安全需求
5.2.2 安全功能和非安全功能区分及要求
5.3 功能分析及安全评估
5.3.1 模块功能分析
5.3.2 FMEDA故障识别及SFF计算
5.3.3 结构约束分析
5.3.4 可靠性框图建模
5.3.5 故障树建模
5.3.6 软件安全分析
5.3.7 SIF的安全完整性等级
5.4 改进设计
5.4.1 传感器输入诊断设计
5.4.2 控制器模块诊断设计
5.4.3 继电器输出冗余设计
5.4.4 通信方式改进设计
5.4.5 系统方案改进设计
5.5 安全功能的EMC要求
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
A 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目
B 气体报警仪的故障模式、影响及诊断分析
附表1 FMEDA-传感器模块
附表2 FMEDA-控制器模块
附表3 FMEDA-继电器输出模块
附表4 FMEDA-声光报警输出模块
【参考文献】：
期刊论文
[1]安全仪表系统的结构约束分析[J]. 杨海兵,王健. 可编程控制器与工厂自动化. 2011(11)
[2]功能安全与微控制器自诊断技术的研究[J]. 杨栩楠,蒋大明. 铁路计算机应用. 2011(07)
[3]工业控制软件功能安全的实现方法和评估[J]. 彭瑜. 石油化工自动化. 2011(01)
[4]引信常用元器件选用及降额设计讨论[J]. 汪仪林. 探测与控制学报. 2010(05)
[5]功能安全标准化发展现状分析[J]. 王春喜,石镇山. 仪器仪表标准化与计量. 2010(05)
[6]高完整性压力保护系统在水下生产系统中的应用[J]. 俞曼丽. 石油化工自动化. 2010(05)
[7]安全仪表系统的功能安全设计[J]. 黄文君,何伟挺,边俊. 自动化仪表. 2010(07)
[8]炼化装置安全仪表系统的应用设计与实践中改进[J]. 刘彦波. 化工自动化及仪表. 2010(07)
[9]安全仪表系统的功能安全国内外发展综述[J]. 靳江红,吴宗之,赵寿堂,胡玢. 化工自动化及仪表. 2010(05)
[10]安全仪表系统的功能安全测试研究[J]. 方来华,吴宗之,魏利军,康荣学,陈杰. 化工自动化及仪表. 2010(03)
博士论文
[1]安全仪表系统安全功能失效评估方法研究[D]. 靳江红.中国矿业大学（北京） 2010
硕士论文
[1]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[D]. 张宁.中国石油大学 2011
[2]分散控制系统I/O模件的可靠性分析及安全评估[D]. 张怡.华北电力大学（北京） 2011
[3]多接口网关的可靠性及安全性评估[D]. 唐鑫鑫.华北电力大学（北京） 2011
[4]PAC控制系统功能安全的研究与实现[D]. 肖海.大连理工大学 2010
[5]基于功能安全的危化品公路运输监测模拟系统[D]. 孟景辉.北京交通大学 2008
[6]功能安全国际标准的研究[D]. 李跃峰.浙江大学 2007
[7]基金会现场总线安全仪表系统的研究与开发[D]. 王豪.浙江大学 2006
[8]神经网络PID控制在工业过程控制中的应用研究[D]. 周峰.合肥工业大学 2006
[9]模糊PID控制在工业过程控制中的应用研究[D]. 汪璇炫.合肥工业大学 2005
本文编号：3117409
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 课题研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本文研究的主要内容
第2章 工业过程安全仪表系统分析
2.1 仪表功能与基本特征
2.2 物理结构构成
2.3 应用功能需求
2.4 冗余结构
2.5 本章小结
第3章 安全功能的故障分析与诊断设计
3.1 故障分析方法
3.1.1 失效模式和影响分析
3.1.2 故障树分析
3.1.3 事件树分析
3.1.4 可靠性框图
3.2 故障类型
3.2.1 单一故障及其防护
3.2.2 共因故障及其防护
3.3 故障诊断设计
3.3.1 诊断技术分析
3.3.2 诊断点
3.3.3 诊断的量化
3.3.4 诊断测试
3.4 诊断与安全完整性水平
3.4.1 安全失效分数
3.4.2 硬件故障裕度
3.4.3 结构约束与SIL
3.5 本章小结
第4章 系统安全完整性分析
4.1 基本概念
4.1.1 安全完整性等级
4.1.2 风险降低与SIL的关系
4.2 随机硬件失效分析
4.2.1 失效与失效率
4.2.2 随机硬件失效控制
4.3 硬件结构约束分析
4.4 软件安全完整性分析
4.4.1 软件开发模型
4.4.2 推荐技术和措施
4.4.3 开发过程
4.5 本章小结
第5章 可燃/有毒气体报警仪的功能安全设计
5.1 可燃/有毒气体报警仪构成
5.2 可燃/有毒气体报警仪安全需求分析
5.2.1 安全仪表的安全需求
5.2.2 安全功能和非安全功能区分及要求
5.3 功能分析及安全评估
5.3.1 模块功能分析
5.3.2 FMEDA故障识别及SFF计算
5.3.3 结构约束分析
5.3.4 可靠性框图建模
5.3.5 故障树建模
5.3.6 软件安全分析
5.3.7 SIF的安全完整性等级
5.4 改进设计
5.4.1 传感器输入诊断设计
5.4.2 控制器模块诊断设计
5.4.3 继电器输出冗余设计
5.4.4 通信方式改进设计
5.4.5 系统方案改进设计
5.5 安全功能的EMC要求
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
A 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目
B 气体报警仪的故障模式、影响及诊断分析
附表1 FMEDA-传感器模块
附表2 FMEDA-控制器模块
附表3 FMEDA-继电器输出模块
附表4 FMEDA-声光报警输出模块
【参考文献】：
期刊论文
[1]安全仪表系统的结构约束分析[J]. 杨海兵,王健. 可编程控制器与工厂自动化. 2011(11)
[2]功能安全与微控制器自诊断技术的研究[J]. 杨栩楠,蒋大明. 铁路计算机应用. 2011(07)
[3]工业控制软件功能安全的实现方法和评估[J]. 彭瑜. 石油化工自动化. 2011(01)
[4]引信常用元器件选用及降额设计讨论[J]. 汪仪林. 探测与控制学报. 2010(05)
[5]功能安全标准化发展现状分析[J]. 王春喜,石镇山. 仪器仪表标准化与计量. 2010(05)
[6]高完整性压力保护系统在水下生产系统中的应用[J]. 俞曼丽. 石油化工自动化. 2010(05)
[7]安全仪表系统的功能安全设计[J]. 黄文君,何伟挺,边俊. 自动化仪表. 2010(07)
[8]炼化装置安全仪表系统的应用设计与实践中改进[J]. 刘彦波. 化工自动化及仪表. 2010(07)
[9]安全仪表系统的功能安全国内外发展综述[J]. 靳江红,吴宗之,赵寿堂,胡玢. 化工自动化及仪表. 2010(05)
[10]安全仪表系统的功能安全测试研究[J]. 方来华,吴宗之,魏利军,康荣学,陈杰. 化工自动化及仪表. 2010(03)
博士论文
[1]安全仪表系统安全功能失效评估方法研究[D]. 靳江红.中国矿业大学（北京） 2010
硕士论文
[1]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[D]. 张宁.中国石油大学 2011
[2]分散控制系统I/O模件的可靠性分析及安全评估[D]. 张怡.华北电力大学（北京） 2011
[3]多接口网关的可靠性及安全性评估[D]. 唐鑫鑫.华北电力大学（北京） 2011
[4]PAC控制系统功能安全的研究与实现[D]. 肖海.大连理工大学 2010
[5]基于功能安全的危化品公路运输监测模拟系统[D]. 孟景辉.北京交通大学 2008
[6]功能安全国际标准的研究[D]. 李跃峰.浙江大学 2007
[7]基金会现场总线安全仪表系统的研究与开发[D]. 王豪.浙江大学 2006
[8]神经网络PID控制在工业过程控制中的应用研究[D]. 周峰.合肥工业大学 2006
[9]模糊PID控制在工业过程控制中的应用研究[D]. 汪璇炫.合肥工业大学 2005
本文编号：3117409
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