智能温度变送器的功能安全分析研究

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随着控制系统的规模不断增大、结构不断复杂化、应用领域不断渗透,使得控制系统风险也在不断加剧;因此,控制过程的安全性受到越来越多专家学者的关注,安全仪表系统的功能安全分析也成为专家学者研究的重点。作为过程控制系统中应用非常广泛的温度测量变送仪表,智能温度变送器的功能安全分析、研究具有十分重要的意义。  本文根据上海工业自动化仪表研究院智能温度变送器的功能安全评估课题要求,分别从安全要求、失效模式以及功能安全评估等方面系统性地分析研究智能温度变送器的功能安全。基于对课题背景的阐述,分析功能安全技术以及课题研究意义,并深入剖析国内外研究动态,由此围绕着智能温度变送器的结构与失效两方面对课题展开深入的研究分析。  首先,基于智能变送器通用结构模型,分析智能温度变送器硬件电路、软件安全功能结构以及性能需求;对智能温度变送器的安全要求展开深入分析研究,以安全仪表系统安全要求分析为前提,分别从智能温度变送器安全完整性、硬件结构约束等方面对智能温度变送器进行安全要求分配分析。  其次,对基于FMEDA(Failure Mode,Effect and Diagnostic Analysis,失效模式、影响及诊断分析)的智能温度变送器失效情况进行分析,以智能温度变送器失效模式分析、故障树分析、约定层次分析、风险等级划分为前提,采用可靠性模型进行分析;同时,在传统FMEDA分析基础上引入危害度分析(Criticality Analysis,CA),采用分层的FMEDA方法对智能温度变送器失效模式进一步分析;对关键失效模式,采用基于危险矩阵的风险评价方法,分别从软件功能故障、存储器故障等方面分析智能温度变送器改进方法。  最后,对单个智能温度变送器产品的功能安全进行评估分析研究,提出可靠性框图模型改进评估分析方法,并用马尔可夫模型对单个智能温度变送器产品的安全指标进行评估验证;同时,为研究检验测试性能对安全性的影响,以马尔可夫模型为基础,融合检验测试模型,建立多阶段马尔可夫模型,并用多阶段马尔可夫模型对保护系统进行安全评估。本文完整地对智能温度变送器的功能安全从其安全要求、失效模式到功能安全评估方面、从单个安全产品的硬软件结构到保护系统的安全性进行系统化的分析研究,得到了有效的评估方法和准确的安全指标;因此,论文研究工作具有重要的工程应用价值。
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