计算功能安全系统中的故障概率是降低意外事件发生概率的重要工具。
降低工厂、流程、机械和其中使用的设备的风险是每个安全仪表系统 (SIS) 的已知目标。为此,根据IEC/EN 61508和相关行业标准进行SIL认证,例如 IEC/EN 61511(化学、石油和天然气)、IEC/EN 61513(核)、IEC/EN 62061、IEC/EN 61800-5-2 、EN ISO 13849-1/2(机械)、EN 50402(火与气)、EN50126/50128/50129(铁路)是必不可少的。
根据每个单独SIF(安全仪表功能)的操作模式(连续/按需),可以计算每小时危险故障概率 (PFH) 或安全功能请求危险故障概率 (PFD)。通常这些计算与 SIS 控制链路的故障概率计算相同,包括传感器/采集链、控制器/逻辑求解器 (PLC) 和实现链/最终元素。
为了计算形成控制环的各种元件的故障概率,IEC 61508-6中规定的计算技术应与控制环的每个元件的所有可用数据一起使用:故障率、诊断覆盖率、公共部分模式故障、平均恢复时间、测试和需求之间的间隔。如果这些数据不可用,其中一些可以从标准中导出,也可以从特定数据库中提取,使用方法如:可靠性框图、故障树分析和Weibull分析。
系统性和意外故障
在分析故障时,必须区分系统故障和意外故障。系统故障是由于在组件的开发和设计阶段出现的缺陷,例如由于设备软件中的错误。采用适当的调试软件技术,即使不能完全消除系统错误,也可以有效地预防。意外故障(例如组件状态的变化、短路、断开等)更加隐蔽,并且可能在其运行生命周期内毫无预警地发生。
此外,对于适当的质量程序,应通过计算其发生概率来对其进行监控。组件的故障概率 F(t) 随着时间的推移稳步增加,直到在理论上无限期后变为单一。如果故障率随着时间的推移保持一致,则不应考虑显示过早故障或磨损的组件。
降低风险
在仪表化安全系统中,“按需故障概率”(PFD)的概念是基于这样的假设,即非常偶尔需要安全系统的干预。随着时间的推移,可能会出现一系列需要立即关闭进程的事件,每个事件都需要 SIS 立即进行干预,以使进程恢复到安全状态。不幸的是,在某些时间间隔内,一个或多个 SIS 组件可能会出现故障,并且可能无法正常运行。
因此,按需故障概率PFD是需要停止的事件的概率,同时SIS的故障会阻止过程被停用。尽管这些概率非常低,但无论如何都必须考虑到它们。SIS 的 PFD 是所有SIS组件(传感器、可编程控制器和执行器)的PFD 之和。
在SIS设计方面,需要确定每个单独组件的PFD:故障概率由各个子系统故障概率的总和确定。PFD或PFH表示设备或系统无法提供所需安全功能的概率。该概率对应于SIL(从最小值1到最大值4)或 PL(性能等级),表示所讨论的设备/系统的安全完整性等级。