基本信息
作者：丁輝、靳江紅、汪彤 編著
出版日期：2016年1月
書號：978-7-122-24455-0
開本：16K 787×1092 1/16
裝幀：平
版次：1版1次
頁數：248頁
內容簡介
以電氣/電子/可程式電子(E/E/PE)技術為基礎的安全相關係統,已廣泛套用於過程工業、機械工業、核工業、城市軌道交通等各個行業和領域。控制系統的功能安全研究在我國尚處於初期階段,而且功能安全技術自身也在不斷發展和完善。本書首次從安全領域風險評估人員和工程技術人員的視角出發,基於系統風險分析,將可靠性理論與風險評估理論相結合,深入淺出地討論了如何開展安全控制系統的功能安全評估工作。包括安全完整性等級(SIL)確定和驗證,並分別以過程工業的安全儀表系統(SIS)和機械行業的安全相關電氣控制系統(SRECS)為例闡述了功能安全評估方法的套用,使得功能安全評估方法更容易被安全領域人員理解和掌握。
目錄結構
1 概述1
1.1 引言 1
1.2 E/E/PE安全相關係統 2
1.2.1 E/E/PE安全相關係統及其構成 2
1.2.2 E/E/PE安全相關係統與EUC控制系統 3
1.3 功能安全 4
1.3.1 主要概念和參數 4
1.3.2 國內外功能安全的發展現狀 7
1.3.3 功能安全評估與安全評估和可靠性計算的關係 10
2 系統風險分析與評估11
2.1 系統風險11
2.1.1 風險定義及其內涵 11
2.1.2 定性與定量風險評估 12
2.2 事故後果分析與評估13
2.2.1 定性方法 13
2.2.2 半定量方法 23
2.2.3 重大事故後果分析與定量預測 28
2.3 事故發生的可能性分析與評估 34
2.3.1 統計分析法 34
2.3.2 故障傳播模型法 35
2.4 保護層分析 45
2.4.1 保護層分析概述 45
2.4.2 獨立保護層 47
2.4.3 減緩因子 51
2.4.4 LOPA的量化 53
2.4.5 多重初始事件導致的場景後果頻率 56
2.4.6 多個場景的後果頻率 58
3 安全要求分配及安全完整性等級確定60
3.1 確定安全功能 60
3.1.1 根據風險分析報告確定SF 60
3.1.2 根據工程檔案確定SF 61
3.1.3 根據經驗確定SF 61
3.2 風險降低與SIL分配 61
3.3 安全要求分配 62
3.3.1 分配目的 62
3.3.2 分配過程要求 62
3.4 安全完整性等級選擇 64
3.4.1 安全完整性等級確定原則 64
3.4.2 安全完整性等級確定原理 66
3.4.3 安全完整性等級選擇方法 66
3.5 安全完整性等級確定方法比較與套用示例 71
3.5.1 SIL確定方法比較 71
3.5.2 不同SIL確定方法的套用示例 72
4 安全要求規範74
4.1 制定意義和目的 74
4.2 SIS安全技術規格書 74
4.3 SRCF要求規範 77
4.4 軟體安全要求規範 78
4.4.1 SIS軟體安全要求規範 78
4.4.2 SRECS軟體安全要求規範 79
5 可靠性分析基礎與建模80
5.1 失效模式 80
5.1.1 早期失效、隨機失效和老化失效 80
5.1.2 危險失效、安全失效和無影響失效 82
5.1.3 隨機硬體失效、系統性失效和共因失效 82
5.1.4 通報失效、檢測到和未檢測到的失效 84
5.1.5 獨立失效和相關失效 84
5.2 冗餘表決結構 85
5.2.1 1oo1結構 85
5.2.2 1oo2結構 85
5.2.3 2oo2結構 85
5.2.4 1oo3結構 86
5.2.5 2oo3結構 86
5.2.6 1oo2D結構 87
5.3 共因失效 88
5.3.1 產生原因 88
5.3.2 影響共因失效的因素 88
5.3.3 估算方法 89
5.3.4 共因失效綜合評估模型 91
5.4 診斷覆蓋率 99
5.4.1 安全失效與危險失效的診斷覆蓋率 99
5.4.2 獨立失效和相關失效的診斷覆蓋率 99
5.4.3 自診斷測試覆蓋率 99
5.5 檢驗測試 101
5.5.1 檢驗測試的必要性及其覆蓋率 101
5.5.2 基於不同危險失效率的系統安全失效機率分析 102
5.5.3 檢驗測試期間的系統安全功能失效 103
5.6 硬體故障裕度與結構約束 104
5.6.1 硬體故障裕度 104
5.6.2 結構約束 104
5.6.3 安全失效分數 105
5.7 可靠性試驗 106
5.7.1 可靠性試驗簡介 106
5.7.2 可靠性試驗設計內容 106
5.7.3 可靠性測定試驗 107
5.7.4 可靠性試驗數據的統計分析 108
5.8 可靠性建模 111
5.8.1 可靠性框圖 112
5.8.2 故障樹 112
5.8.3 馬爾可夫模型 113
5.8.4 其他方法 113
5.9 可靠性數據 114
5.9.1 工業失效資料庫 114
5.9.2 具體設備的失效數據 115
5.9.3 失效模式和診斷覆蓋率數據 115
5.10 環境適應性116
6 安全完整性等級驗證118
6.1 SIF的SIL驗證 118
6.1.1 系統要求時危險失效平均機率PFDavg 119
6.1.2 檢驗測試不完善導致的系統安全功能失效機率PTIF 123
6.1.3 修復和測試期間的系統安全功能失效機率DTU 126
6.1.4 系統安全功能失效綜合評估模型134
6.1.5 結構約束的SIL等級驗證135
6.1.6 儲罐壓力保護系統的SIL驗證135
6.2 SRCF的SIL驗證146
6.2.1 機械安全控制系統功能安全評估的相關標準146
6.2.2 危險隨機硬體失效的SIL驗證 147
6.2.3 結構約束的SIL驗證 150
6.2.4 系統性失效的SIL驗證 151
6.2.5 診斷測試功能的失效機率 152
7 系統安全失效機率及誤動作率153
7.1 安全失效影響因素分析 153
7.2 系統安全失效機率的定量評估 155
7.2.1 常用表決結構安全失效機率計算模型 155
7.2.2 系統安全失效機率的綜合評估模型 157
7.2.3 套用示例 157
7.3 誤動作率(安全失效率)定量評估 158
7.3.1 誤動作率(安全失效率)計算模型 158
7.3.2 套用示例 159
8 軟體的功能安全161
8.1 軟體安全生命周期 161
8.2 軟體安全要求規範 162
8.3 軟體失效及其影響分析 163
8.3.1 軟體失效分析 163
8.3.2 軟體失效機理和過程 164
8.3.3 缺陷失效率的計算 165
8.4 軟體可靠性評估 166
8.4.1 軟體可靠性評估過程 166
8.4.2 軟體可靠性測試過程 167
8.4.3 軟體可靠性模型及其選擇 168
8.5 軟體的功能安全評估 175
8.5.1 軟體功能安全對程式語言的要求 176
8.5.2 程式語言實現軟體功能安全的方法 179
9 特殊結構與危險場所用E/E/PE 安全相關係統的可靠性181
9.1 特殊結構安全儀表系統的可靠性計算 181
9.1.1 異型設備構成的冗餘結構 181
9.1.2 多重表決結構 183
9.1.3 實例驗證 186
9.2 危險場所用安全相關係統的功能安全 187
9.2.1 防爆電氣設備用安全裝置的功能安全評估 187
9.2.2 可燃/有毒氣體檢測報警系統的功能安全評估 189
10 E/E/PE 安全相關係統功能安全評估實例201
10.1 燃氣壓力安全儀表系統的功能安全評估 201
10.1.1 EUC風險評估 201
10.1.2 燃氣壓力安全儀表功能的SIL選擇 204
10.1.3 燃氣壓力安全儀表功能的SIL驗證 204
10.2 工具機安全相關電氣控制系統的功能安全評估 207
10.2.1 工具機風險評估及SRCF的SIL選擇 207
10.2.2 工具機SRECS安全要求規範 209
10.2.3 工具機SRECS設計 209
10.2.4 SRECS實現與SIL驗證 210
10.3 功能安全評估軟體簡介 213
10.3.1 exSILentiaVersion3 213
10.3.2 Exida功能安全評估軟體的套用 214
附錄1 泄漏量的計算215
附錄2 典型火災事故後果模型218
附錄3 典型爆炸事故模型225
附錄4 毒物泄漏擴散中毒模型234
附錄5 可靠性數據示例240
附錄6 電氣/電子設備失效模式及其失效占比243
附錄7 主要符號對照表246
參考文獻248
