双三重冗余容错系统架构设计和安全性研究

发布时间：2017-09-05 04:20

  本文关键词：双三重冗余容错系统架构设计和安全性研究

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【摘要】：安全仪表系统(Safety Instrument System, SIS)被广泛应用于石油化工、机械、铁路等行业以提高控制安全水平。特别地,石化领域对SIS的安全性和可用性都提出了很高的要求,因为它们都与企业的经济效益密切相关。目前中国的SIS市场基本被国外产品占领,这不利于我国产业战略安全和经济发展效益。因此,基于石化领域,对SIS进行研究具有重要意义。本文基于石化行业SIS,提出了一个双三重冗余容错系统架构,并对系统进行了安全性研究。首先,采用了双三重设计和冗余容错设计提升系统的安全性和可用性,提出双机双工工作方式解决了传统安全仪表系统双机热备工作方式带来的功能安全扰动问题。然后,本文对冗余容错系统的安全性建模方法进行了研究,综合考虑了多种失效模式和多个安全影响因子,计算了系统的平均危险失效率、平均安全失效率和平均可用率。接下来,提出了具有转移状态的马尔可夫模型并将它与可靠性框图结合起来对系统建模,极大地简化了建模过程而且能动态反映系统所有安全性能。对这种建模方法进行应用拓展,解决了复杂冗余容错系统建模困难的问题。最后,用提出的安全性建模方法对双三重冗余容错系统进行安全性建模和分析,并将该系统的安全性能和典型冗余容错系统进行对比。结果表明,双三重冗余容错系统能满足石化领域要求的安全完整性等级,并且比典型冗余容错系统具有更好的可用性。本文的冗余容错系统架构设计权衡了安全性和可用性,对提高石化生产的安全水平和效率具有积极意义。此外,本文的安全性研究方法可用于计算SIS的可靠性数据和安全完整性等级,也能为SIS的设计和改进提供参考,具有较高的工程价值。
【关键词】：双三重架构设计 安全完整性等级 冗余容错设计 多失效模式分析 双机系统安全性建模
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X913;TP302.8
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 1 绪论13-24
• 1.1 研究背景和意义13-16
• 1.2 研究目标16-17
• 1.2.1 冗余容错系统架构设计16
• 1.2.2 冗余容错系统安全性研究16-17
• 1.3 研究现状17-22
• 1.3.1 国外冗余容错系统研究现状17-20
• 1.3.2 国内冗余容错系统研究现状20-22
• 1.3.3 安全性建模方法研究现状22
• 1.4 研究内容和论文安排22-24
• 2 双三重冗余容错系统架构设计24-45
• 2.1 引言24-26
• 2.2 双三重冗余结构设计26-34
• 2.2.1 常用的冗余结构分析26-30
• 2.2.2 双三重冗余结构设计30-34
• 2.3 双三重冗余容错系统架构的冗余性设计和容错性设计34-37
• 2.3.1 冗余性设计34-36
• 2.3.2 容错性设计36-37
• 2.4 双三重冗余容错系统架构设计37-44
• 2.4.1 典型冗余容错系统架构分析37-39
• 2.4.2 双三重冗余容错系统架构设计39-44
• 2.5 本章小结44-45
• 3 双三重冗余容错系统安全性建模方法研究45-69
• 3.1 引言45-46
• 3.2 安全影响因子和安全性指标的确定46-49
• 3.2.1 安全影响因子的确定46-48
• 3.2.2 安全性指标的确定48-49
• 3.3 双三重冗余容错系统安全性建模研究49-67
• 3.3.1 常用的安全性建模方法分析49-52
• 3.3.2 双三重冗余容错系统的安全性建模52-65
• 3.3.3 方法应用的拓展分析65-67
• 3.4 本章小结67-69
• 4 双三重冗余容错系统安全性能分析69-86
• 4.1 引言69-70
• 4.2 典型冗余容错系统的安全性建模和计算70-74
• 4.2.1 三重冗余容错系统建模及安全性指标计算70-71
• 4.2.2 四取二冗余容错系统的建模及安全性指标计算71-74
• 4.3 安全性能仿真与对比分析74-85
• 4.4 本章小结85-86
• 5 总结与展望86-89
• 5.1 本文工作总结86-88
• 5.2 研究工作展望88-89
• 参考文献89-93

【参考文献】

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本文编号：795777