功能安全溫度變送器設(shè)計(jì)和可靠性分析

王鈺涵(天津大港油田灘海開發(fā)公司， 天津 300280)

功能安全溫度變送器設(shè)計(jì)和可靠性分析

王鈺涵(天津大港油田灘海開發(fā)公司， 天津 300280)

我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平進(jìn)一步提升，促使安全控制工藝技術(shù)發(fā)展水平加強(qiáng)。并因此形成了功能安全溫度變送器方面的基本設(shè)計(jì)思路與可靠性分析方法。通過結(jié)合IEC 61508的技術(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)，充分結(jié)合相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)，形成了具體的診斷方式，同時(shí)也對(duì)變送器所具有的可靠性實(shí)施了評(píng)估。希望通過本研究能夠?qū)ξ磥?lái)技術(shù)發(fā)展提供借鑒和幫助。

功能安全；溫度變送器；自診斷；可靠性

工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域之中針對(duì)生產(chǎn)安全重視程度較高，需要進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)以及有效控制。安全控制系統(tǒng)則屬于綜合了多種類型的安全技術(shù)措施的重要裝置。作為安全控制環(huán)境系統(tǒng)之中的有效組成部分，安全儀表變送器裝置可以觀察與分析生產(chǎn)操作環(huán)境之中的安全性因素，以便可以保障實(shí)際生產(chǎn)效率與安全性。為了提升安全溫度變送設(shè)備的屬性，就需要針對(duì)該設(shè)備實(shí)施定期監(jiān)測(cè)，并診斷與判斷設(shè)備的安全等級(jí)。希望通過本研究能夠?qū)ξ磥?lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能安全溫度變送設(shè)備設(shè)計(jì)與可靠性提升。

1 溫度變送器基本安全功能分析

安全功能主要指的是通過依據(jù)某一危險(xiǎn)所提供的保護(hù)方式。功能安全表征了儀表設(shè)備的安全功能是否可以效率執(zhí)行，更加決定了系統(tǒng)安全以及外部風(fēng)險(xiǎn)控制方面的功能。憑借降低安全系統(tǒng)以及外部風(fēng)險(xiǎn)等可以將風(fēng)險(xiǎn)被有效控制在安全氛圍之內(nèi)。溫度變送器方面的安全功能包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

第一，測(cè)量實(shí)際溫度以及通信功能模塊兩者之間的輸出是否統(tǒng)一，變送設(shè)備在溫度測(cè)量過程中并未發(fā)生實(shí)效情況下，測(cè)溫模塊是否可以進(jìn)一步執(zhí)行操作。針對(duì)此類情況實(shí)施進(jìn)一步安全優(yōu)化，溫度變送設(shè)備所具有的安全性能力直接關(guān)系系統(tǒng)運(yùn)行效果優(yōu)劣。

第二，如果發(fā)生診斷錯(cuò)誤情況將會(huì)進(jìn)行報(bào)警，變送設(shè)備通過應(yīng)用功能階段可以進(jìn)行失效報(bào)警。設(shè)備安全能力所提供的作用包括自診斷以及失效模式診斷等。失效功能之中同樣可以劃分出危險(xiǎn)失效以及無(wú)影響失效等不同情況。自診斷方面則能夠?qū)ψ兯推鲗?shí)際的運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)，判斷是否發(fā)生失效情況，同時(shí)能夠發(fā)送警告。

2 安全溫度變送器設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

本研究中采用的是loolD結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之中設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)信息采集的通路，以此優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也設(shè)計(jì)了診斷通路，這兩個(gè)部分彼此之間相互獨(dú)立，并不發(fā)生冗余情況。

安全變送器主要包括了兩個(gè)方面，分別為數(shù)據(jù)采集以及輸出通信部分。這兩個(gè)部分的主要功能是實(shí)現(xiàn)溫度采集計(jì)算、模擬等。此兩個(gè)功能環(huán)節(jié)的有效配合則可以改善安全變送器功能發(fā)揮情況。

在變送器接入電之后，需要針對(duì)微控制器實(shí)施基本診斷，微控制器在完成自檢之后，將會(huì)對(duì)傳感設(shè)備功能模塊、A/D以及D/A等功能模塊實(shí)施檢測(cè)。當(dāng)診斷到錯(cuò)誤之后，變送器將會(huì)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)，通知控制器存在失效情況。在尚未出現(xiàn)錯(cuò)誤的條件之下，設(shè)備將進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的搜集。此外，結(jié)合HART總線技術(shù)分析，則在這個(gè)過程中將可以通過D/A轉(zhuǎn)換形式完成信號(hào)交流，同時(shí)HART調(diào)制解調(diào)器形成的數(shù)據(jù)細(xì)信號(hào)則能夠疊加通過電流。

2.2 診斷方式

在設(shè)備當(dāng)中增加了微調(diào)控制設(shè)備，通過這種方式可以完成對(duì)相關(guān)信息的采集。結(jié)合此特點(diǎn)，對(duì)冗余結(jié)構(gòu)常見的數(shù)據(jù)對(duì)比方法接入到變送器之中，這樣就能夠完成數(shù)據(jù)診斷，以便確保系統(tǒng)的安全良好運(yùn)行。

3 可靠性分析

評(píng)價(jià)安全功能方面的實(shí)際可靠性則屬于借助一定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)指標(biāo)等完成，所有指標(biāo)均能夠借助統(tǒng)計(jì)指標(biāo)發(fā)揮功能。

溫度變送器模型分析：Markov模型對(duì)系統(tǒng)能夠歸納到多種安全狀態(tài)等級(jí)之中，利用掃描狀態(tài)的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同類型的模式的服務(wù)。本研究之中主要應(yīng)用的是IOOIDI結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行設(shè)備模型的設(shè)計(jì)，診斷通道在此過程中則可以完成安全失效轉(zhuǎn)換。模型設(shè)計(jì)綜合不同類型的模式，并具體分析了變送器設(shè)備發(fā)生故障情況。通過重啟的方式則能夠確保設(shè)備正常使用。建模環(huán)節(jié)之中形成的假設(shè)同樣在IEC 61508-6中有詳細(xì)描述。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本研究中所進(jìn)行的安全溫度變送設(shè)計(jì)堅(jiān)持的是IOOID方式，其中包括了兩項(xiàng)微控制端。能夠?qū)θ哂嘟Y(jié)構(gòu)對(duì)比分析方式直接引入到設(shè)備之中，通過借助多種模塊的診斷分析，更好的實(shí)現(xiàn)了相關(guān)診斷方法，以便能夠進(jìn)一步提升系統(tǒng)失效方面的控制能力。促使設(shè)計(jì)與可靠性進(jìn)一步提升。因此，形成了功能安全溫度變送器方面的基本設(shè)計(jì)思路與可靠性分析方法。通過結(jié)合IEC 61508的技術(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)，充分結(jié)合相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)，形成了具體的診斷方式，同時(shí)也對(duì)變送器所具有的可靠性實(shí)施了評(píng)估。希望通過本研究能夠?qū)ξ磥?lái)技術(shù)進(jìn)步提供支持。

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