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第七届工业仪表与自动化学术会议23本安仪表与功能安全要求—实现方法的研究AntonHeinshill（库柏克劳斯-哈恩斯公司，德国）摘要：过去几年对控制和仪表功能安全的关注更加增强了。SIL是全世界广泛认可的评定功能安全的系统化的方法。为了避免在危险区域发生爆炸，本安型回路包含了限能装置。具体解释说明SIL概念，以及通过典型实例说明如何将其应用在本安型回路上。关键词：标准风险评估现场连接PFD预测0引言工厂内的设备/系统故障可能会引起环境破坏、爆炸和人员伤亡。SIL概念使得工厂运行者能够根据预期损害来规定其设备的要求。另外，SIL概念为产品制造商提供了一个描述产品故障性能的方法。所有设备/系统，甚至包括那些最精密的设备/系统都可能产生故障。SIL概念就是评定故障及其后果。评估结果是根据概率计算得出的。为了简化安全评估，SIL概念将安全级别划分为SIL1~SIL4(SIL4最高安全级别）。1标准对于与安全相关的装置，SIL是全世界广泛认可的方法。IEC61508标准是设计和运行安全仪表系统(SIS)的基础根据。此外，IEC61511标准主要关注过程控制应用的系统。该标准同前一个有着紧密的联系。装置设计人员遵照IEC61511标准并根据IEC61508标准来使用设计的设备。2装置风险评估图1中的图表让装置使用者能够确定他的回路需要什么样的SIL级别。S表示后果的严重程度(S1：轻伤，……，S4：死伤众多的灾难性后果)；A表示工作人员暴露(于危险中)(A1：极少，A2：频繁/持续)；G表示避免危险的可选方案(G1：可能、G2：不大可能)；W表示可能性(W1：很低，……，W3：高)。在确定了SIL要求后，必须估计设备/回路/系统的运行模式。IEC61508-4标准的3.15.12节声明了如下两个组：①LDM(低要求模式)。设备最多一年一次有效运行，而且在维修周期内决不需要超过两次维修。本模式应用于紧急停止设备、溢流检测器回路，但通常并不应用于直接的控制回路上；②CM(连续模式)。全部均为非LDM应用。3产品/系统性能即使是运行性能最佳的产品和系统也有可能产生故障。故障可能引发危险情况或非危险情况。为了对产品性能进行分类，制造商声明与安全有关的如下数值：①HFT(硬件容错)——0表示单路、1表示冗余、2表示双冗余；②SFF(安全故障系数)——非危险故障率(按％)；③PFD(按要求的故障概率)——安全功能有可能产生故障的几率。该值是一个运行时间函数，因此它总是参照某个时间周期；④PFH(每小时的危险故障概率)——参照1小时的时间周期。可以根据上述产品参数计算出整个回路/系统的参数。对整个系统进行SIL分类如表1和表2所示。第七届工业仪表与自动化学术会议24表1PFD(按要求的故障概率)/PFH(每小时的危险故障概率)和SIL(整体安全性等级)(IEC61508-1标准，7.6节)SIL安全失效系数PFD按要求的故障概率PFH每小时的危险故障概率1≥10-2...10-1≥10-6...10-52≥10-3...10-2≥10-7...10-63≥10-4...10-3≥10-8...10-74≥10-5...10-4≥10-9...10-8表2HFT（硬件容错）/SFF（安全故障系数）和SIL（整体安全性等级）（IEC61508-2标准，7.4节）子系统A硬件容错子系统B硬件容错SFF（安全故障系数）HFT0HFT1HFT2HFT0HFT1HFT2≤60%SIL1SIL2SIL3-SIL1SIL260%~≤90%SIL2SIL3SIL4SIL1SIL2SIL390%~≤99%SIL3SIL4SIL4SIL2SIL3SIL499%SIL3SIL4SIL4SIL3SIL4SIL4由于安全问题可能会牵涉到高度危险，所以同样必须很好地考虑到风险评估自身。表3显示了这些规则。表3风险评估机构（IEC61508-1标准，8.2.14节，表2）SIL（整体安全性等级）由以下人员或机构执行1独立人员（公司内）2独立部门（公司内）3独立机构（公司外）4独立机构（公司外）41001本安型系统（线性系统）1001本安型系统如图2所示。整个系统必须计算HFT、SFF、PFD和PFH参数。HFT=1PFDtotal=∑PFDdevicesPFHtotal=∑PFHdevicesSFF=min(SFFdevices)整个系统的SIL值绝对不会优于每个设备的最低值。HFT和SFF将不会降级，然而PFD和PFH将会随着回路中设备数量的增加而增加。出于对表1的考虑，整个系统的SIL值可能会降低。为了保持系统的SIL值，经常进行“PFD预算”并相应地调整对部件的要求。在此良好惯例就是进行如图3所示的PFD预算。执行器是最关键的设备，并且具有最高的故障率。因此，50％的PFD预算与输出部分相关。本安型设计要求使用（隔离）安全栅。安全栅通常能够获得允许的PFD最大值的10％预算。