安全控制器功能安全检验测试方法优秀毕业论文 可复制黏贴.pdf

北京化工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名： 导师签名： 日期：驯占； 学位论文数据集 舢j j i f i i f | | j f | j j i i f f j | j i j | f i i j 删 y 18 7 7 7 8 8 中图分类号 t p 2 1 6 学科分类号 5 l o 8 0 4 0 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 l1 0 7 6 3密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 l o 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名曹字 学号2 0 0 8 0 0 0 7 6 3 获学位专业名称控制科学与工程获学位专业代码0 8 1 1 0 0 课题来源横向项目研究方向智能检测技术与系统 论文题目安全控制器功能安全检验测试方法与测试仪研究 关键词 功能安全，检验测试，安全控制器，嵌入式系统 论文答辩日期2 0 1 1 年5 月2 6 日论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名 职称 工作单位学科专长 指导教师王建林教授北京化工大学智能检测技术 评阅人1李宏光教授北京化工大学过程控制 ：评阅人2陈娟教授北京化工大学先进控制 评阅人3 评阅人4 评阅人5 徽员会捕李宏光教授北京化工大学 寸桓疙誉l 答辩委员1 陈娟教授 北京化工大学 诚嬲1 答辩委员2张贝克见习教授北京化工大学 叛，j 褪 答辩委员3崔玉龙副教授北京化工大学 飞脚七寸诳宋知吼 答辩委员4 夏涛 副教授北京化工大学 ；1 砺卅渔象奶 答辩委员5曹政才副教授北京化工大学 凌鸽馥引技禾 二。中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b 厂r1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查询 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 安全控制器功能安全检验测试方法与测试仪研究 摘要 安全控制器作为组成安全相关系统的核心已广泛应用在石油化工、铁 路运输、航空工业等领域。基于安全控制器构建的安全相关系统能够在危 险事件发生之前正确地执行其安全功能，避免造成重大人员伤亡和财产损 失，是保障生产安全的重要措施。由于系统结构、硬件、软件及现场环境 等原因，安全控制器本身也会发生失效，并且安全控制器长期工作在被动 状态下，其失效不会自我暴露。因此，研究安全控制器检验测试方法以及 研制具有智能化的检验测试仪具有重要理论意义和应用价值。 本文结合安全控制器特点，提出了安全控制器的功能安全检验测试方 法，该方法给出了测试对象的确定方法、测试周期的确定方法以及测试流 程。提出了一种针对安全控制器的便携式功能安全检验测试仪的设计框 架，在此基础上研制了便携式功能安全检验测试仪。该测试仪采用嵌入式 系统，基于a r m 9 处理器完成信号采集、数据分析与处理，实现了模拟 现场设备发送故障信号、检测安全控制器输出响应和数据通信；基于l i n u x 操作系统和q t e m b e d d e d 构建了测试仪软件系统，实现了测试功能和良好 的人机界面。 实验表明，安全控制器检验测试方法合理可行，所研制的测试仪输出 具有较高精度，能够准确模拟故障信号发生，较好完成对安全控制器的检 验测试工作，提高了测试效率。 北京化丁大学硕一卜学位论文 关键词：功能安全，检验测试，安全控制器，嵌入式系统 a b s t r a c t r e s e a r c ho nm e t h o do fp r o o ft e s tf o rf u n c t i o n a ls a f e 够o f s a f e 够c o n t r o l l e ra n dt e s ti n s t r u m e n t a b s t r a c t a st h ec o r ep a r to f s a f e t yr e l a t e ds y s t e m ，s a f e t yc o n t r 0 1 1 e ri sw i d e l yu s e d i np e t r o c h e m i c a l i n d u s t r a i l t r a n s p o r t ，a v i a t i o ni n d u s t 巧a n do t h e r6 e l d s s a f - e t ) ，r e l a t e ds y s t e mb u i l tw i t hs a f e t yc o n t r o l l e rc a np e r f o mi t ss a f e t y 如n c t i o np r o p e r l yt oa v o i dh e a v yc a s u a l t i e sa n dp r o p e n yl o s sb e f o r et h e o c c u r r e n c eo fh a z a r d o u se v e n t i ti sa ni m p o r t a l l tm e a s u r et oe n s u r e p r q d u c t i o ns a f e t y b e c a u s eo ft h es y s t e ma r c h i t e c t u r e ，h a r d w a r e ，s o f w a r ea n d p o o re n v i r o n m e ma n do t l l e rr e a s o n s ，s a f e 哆c o n t r o l l e rm a ya l s of a i l a n di t a l w a y sw o f i ( si nap a s s i v es t a t e ，s oi t sf a i l u r ec a n te x p o s ei t s e l t h e r e f o r e ，i t i so fs i g n i f i c a n c et or e s e a r c ho np r o o ft e s tm e t h o df o rs a f e t yc o n t r 0 1 l e ra n d d e v e l o p i n ga ni n t e l l i g e n tt e s ti n s t m m e n t i nt h i sp a p e r t h em e t h o do fp r o o ft e s tf o rs a f e t yc o n t r o l l e rw a sg i v e n ， w h i c hi n c l u d ec o n f i 彻a t i o no ft e s to b j e c t ，t e s tp e r i o da n dt e s tp r o c e s s a d e s i g n 触m e w o r ko fap o n a b l ei n t e l l i g e n t 如n c t i o n a ls a f e t yp r o o ft e s tf o r s a f e t yc o n t r o l l e rw a sp r e s e n t e d b a s e do nt h i sap o r t a b l em n c t i o n a ls a f e 哆 p r o o f t e s ti n s t m m e n tw a sd e v e l o p e d e m b e d d e ds y s t e mw a su s e dt od e v e l o p t h ei n s t m m e n t i tb a s e do nt h ea r m 9 p r o c e s s o rt oc o m p l e t ed a t aa c q u i s i t i o n ， d a t aa n a l y s i s ，a n dp r o c e s s i n g ，w h i c hc a ns i m u l a t ef i e l dd e v i c e st ot r a n s m i t i l l 北京化丁大学硕：仁学位论文 f a u l ts i g n a l ，d e t e c to u t p u tr e s p o n s ea n dc o m m u n i c a t e ；b a s e do nt h el i n u x o p e r a t i n gs y s t e ma n dq t e m b e d d e d ， t h es o r w a r es y s t e mw a sb u i l tt oa c h i e v e t e s t 如n c t i o na n dg o o dh u m a n m a c h i n ei n t e r f a c e t h er e s u l t so fe x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h em e t h o do fp r o o ft e s tf o rs a f e t y c o n t r o l l e ri s r e a s o n a b l yp r a c t i c a b l e ，t h et e s ti n s t r u m e n tw i t hh i g ha c c u r a c y o u t p u t c a ns i m u l a t ef a u l t s i g n a lp r o p e r l y ，c o m p l e t ep r o o ft e s tb e t t e ra n d i m p r o v et h et e s te f h c i e n c y k e yw o i i s ：如n c t i o n a ls a 6 暑吼p r o o ft e s t ，s a f e t yc o n t r o l l e r ，e m b e d d e d s y s t e m i v 目录 目录 第一章绪论1 1 1 弓l + 苦1 1 2 安全控制器特点概述1 1 3 安全相关系统功能安全检验测试研究现状4 1 3 1 功能安全标准应用现状4 1 3 2 功能安全检验测试5 1 4 课题的研究意义和主要研究内容6 1 4 1 课题的研究意义6 1 4 2 主要研究内容7 第二章安全控制器功能安全检验测试方法研究9 2 1 引言9 2 2 检验测试目的与意义。9 2 2 1 相关概念与参数9 2 2 2 测试目的与意义矗! o 2 3 安全控制器功能安全检验测试方法1 1 2 3 1 安全控制器检验测试对象的确定方法- 1 2 2 3 2 安全控制器检验测试周期的确定方法1 4 2 3 3 安全控制器检验测试流程15 2 4 j 、结1 6 第三章安全控制器功能安全检验测试仪硬件设计与实现1 7 3 1 引言1 7 3 2 安全控制器检验测试仪总体设计框架1 7 3 2 1 安全控制器检验测试装置功能要求1 7 3 2 2 安全控制器检验测试仪系统构架17 3 3 检验测试仪硬件构架1 9 3 4 系统硬件设计2 0 3 4 1 处理器模块j 2 0 v 北京化工大学硕上学位论文 3 4 2 模拟量输出模块2 0 3 4 3 信号采集模块2 2 3 4 4 系统电源模块2 3 3 4 5 通信接口模块2 4 3 4 6 人机接口模块2 5 3 5 系统硬件实现2 5 3 5 1 硬件抗干扰措施2 5 3 5 2 硬件电路p c b 实现2 6 3 6 j 、结2 8 第四章安全控制器功能安全检验测试仪软件设计与实现2 9 4 1 引言一2 9 4 2 检验测试仪软件构架2 9 4 3 嵌入式“n u x 操作系统移植一2 9 4 3 1 在宿主机搭建交叉编译环境3 0 4 3 2 移植b o o tl o a d e r 及l i n u x 内核3 0 4 3 3l i n u x 根文件系统3 4 4 4l i n u x 设备驱动程序设计3 4 4 5q e l b e d d e d 移植一：3 6 4 6 基于q t e i n b e d d e d 应用程序实现3 8 4 6 1o tc r e a t o r 开发环境：3 8 4 6 2 基于q tc r e a t o r 的应用程序实现3 8 4 7 小结一4 5 第五章实验与分析4 7 5 1 引言4 7 5 2 测试仪软硬件测试4 7 5 2 1 电源模块测试。4 8 5 2 2 模拟量输出模块测试4 8 5 2 3 功能测试4 9 5 2 4 通信模块测试5 0 5 3 管道安全控制器的检验测试实验5 0 5 3 1 被测设备分析5 0 5 3 2 安全控制器检验测试实验5l 5 4 小结5 2 第六章结论与展望5 5 6 1 结 仑5 5 6 2 展望5 5 参考文献5 7 致谢5 9 研究成果及发表的学术论文6 1 作者简介6 3 v l i 北京化工大学硕士学位论文 v i l i c o n t e n t s c o n t e n t s c h a p t e rli n t r o d u c t i o n 1 1 1f o r 、a r d 一i 1 2o v e r v i e wo fs a f e t yc o n t l o l l e rf e a t u r e 1 1 3t h ec u 玎e n ts i t u a t i o no f p r o o f t e s tf o rs a f - e t yr e l a t e ds y s t 锄s 4 1 3 1t h e 印p l i c a t i o ns i t u a t i o no ff i u l l c t i o n a ls a f e t ys t a n d a r d 4 1 3 2p r o o f t e s tf o r 矗m c t i o n a ls a f i e t y 5 1 4s i 朗讯c a i l c ea 1 1 dm a i nr e s e a r c hc o n t e i l t so f t h e s i st o p i c s 6 1 4 1s i g n m c a n c eo f m e s i st o p i c s 6 1 4 2m a i nr e s e a r ( 湘c o n t e n t s 7 c h a p t e r2r e s e a r c ho nf u n c t i o n a ls a f l e 够p r o o f t e s tf o rs a f e 够c o n t r o l l e r 9 2 1f o r 、a r d 一9 2 2t l l ep u 印o s ea i l ds i 印i f i c a i l c eo f p r o o f t e s t 9 2 2 1r e l a t e dc o n c 印t sa i l dp a r 锄酏e r so f p r o o f t e s t 9 2 2 2p u r p o s 6a i l ds i 印i f i c a i l c e ：10 2 3t h em e t h o d so f p r o o f t e s tf o rs a f e t yc o n 仃d l l 既1 1 2 3 1d e t e n n i n a t i o no f t e s to b j e c t i v eo f 蚤r o o f t e s tf o rs a f e t yc o n t r o l l e r 1 2 2 3 2d e t e n i l i n a t i o no f p r o o f t e s tp 嘶o df o rs a f e t yc o n 仃0 1 1 e r 1 4 2 3 3t e s tp r o c e d u r e so f p r o o f t e s tf o rs a f e t yc o n 仃o l l e r 1 5 2 4s u 加瑚a r v 1 6 c h a p t e r3h a r d w a r ed e s i g na n dr e a l 娩a t i o no fp r o o ft e s ti i l s t r u m e n tf o r s a f e 够c o n t r o u e r 1 7 3 1f o r 、a r d l 7 3 2t h eo v e r a l ld e s i g no f p r o o f t e s ti n s 觚e n tf o rs a f i e t yc o i l t r o l l e r 一1 7 3 2 1f u n c t i o n a lr e q u i m e l l to f p r o o f t e s ti n s t n l m e n tf o rs a f e t yc o n 臼- o l l e r 1 7 3 2 2s y s t e i i ld e s i 弘o f p r o o f t e s ti n s t m m e n tf o rs a f e t yc o n 仃0 1 1 e r 1 7 3 3h a r d w a r es t m c t u r eo f p r o o f t e s ti n s t r u m e n t 1 9 3 4h a r dd e s i g no f p r o o f t e s ti n s t r u m e n t 2 0 l x 北京化工人学硕士学位论文 3 4 1p r o c e s s o rm o d u l e 2 0 3 4 2a n a l o go u t p u tm o d u l e 2 0 3 4 3s i 鳃a la c q u i s i t i o nm o d u l e 2 2 3 4 4p o w e rm o d u l e 2 3 3 4 5c o m m u n i c a t i o nn l o d u l e 2 4 3 4 6h u m a n m a c h i n ei n t e r f h c em o d u l e 2 5 3 5s v s t e mh a r d w a r er e a l i z a t i o n 2 5 3 。5 1p c bd e s i 辨2 5 3 5 2h a r d w a r ea n t i i n t e f e r e n c em e a s u r e s 2 6 3 6s u m m a r v 2 8 c h a p t e r4s o f t w a r ed e s i g na n dr e a l l 乙a t i o no fp r o o ft e s ti n s t r u m e n tf 0 r s a f e 锣c o n t r o n e r 2 9 4 1f o n a r d 2 9 4 2s o r w a r es t m c t u r eo f p r o o f t e s ti n s t r 啪e n t 2 9 4 3b u i l d i n ge m b e d d e dl i n u xo p e r a t i n gs y s t e m 2 9 4 3 1b u i l d i n gac r o s sc o m p i l e ri nt h eh o s tc o m p u t e r 3 0 4 3 2b o o tl o a d e ra 1 1 dl i n u xk e m e lt r a l l s p l a n t a t i o n ：3 0 4 3 3l i n u xr o o tf i l es y s t e r i l 3 4 4 4l i n u xd e v i c e 缸v e rd e s i g n 3 4 4 5q 吖e m b e d d e dt r 锄s p l 狃t a t i o n 3 6 4 6a p p l i c a t i o np r o g r 锄d e s i g nb a s e dq t e m b e d d e d 3 8 4 6 1o tc r e a t o re n v i r o n m e l l t 3 8 4 6 2a p p l i c a t i o np r o 黟锄d e s i 驴b a s e dq t e m b e d d e d 3 8 4 7s u m m a r y 4 5 c h a p t e r5e x p e r i m e n t s a n da n a l y s i s 4 7 5 1f o r 、7 l ，a r d 4 7 5 2s o 行w a r ea 1 1 dh a r d w a r et e s t i n go f p r o o f t e s ti n s 们加1 e n t 4 7 5 2 1p o w e rm o d u l et e s t i n g 4 8 5 2 2a n a l o go u t p u tm o d u l et e s t i n g 4 8 5 2 3f u n c t i o nt e s t i n g 4 9 5 2 4c o 瑚m u n i c a t i o nt e s t i n g 5 0 x c o n t e n t s 5 3t e s tf o rp i p e l i n es a f e t yc o n 仃0 1 1 e r 5 0 5 3 1a n a l y s i so f t e s to b j e c t i v e 5 0 5 3 2t e s to fs a f e t yc o n t r o l l e r 5l 5 4s u m m a r y 5 2 c h a p e t e r6c o n c l u s i o n sa n dp r o s p e c t s 5 5 6 1c o n c l u s i o n s 5 5 6 2p r o s p e c t s 5 5 r e f e r e n c e 5 7 a c k n o w l e d g e m e n t s 5 9 r e s e a r c hr e s u l t sa n dp u b l i s h e da c a d e i i l i cp a p e r s 6 l b r i e fi n t r o d u c t i o no fa u t h o r 6 3 北京化工大学硕仁学位论文 x l i 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着工业制造技术、计算机技术以及控制技术等现代化技术的快速发展，现代化 生产系统规模同趋大型化、复杂化，与此同时系统风险也日益增大。近些年来，工业 生产事故频发，后果严重，安全生产已经成为社会热点问题。安全控制器作为组成安 全相关系统的核心正越来越多的应用在安全生产中。基于安全控制器构建的安全相关 系统独立于过程控制系统，能够在危险事件发生之前j 下确地执行其安全功能，避免造 成重大人员伤亡和财产损失，是保障生产安全的重要措施。因此，性能高可靠是安全 控制器的最重要的要求。 安全控制器本身虽然采用了冗余、自诊断等技术措施提高了自身可靠性，但是其 失效诊断覆盖率不能达到1 0 0 ，其失效率同样会随着时间的延长而逐渐增大。况且， 安全控制器工作在环境恶劣的工业现场，在生产过程中长期处于被动状态，只有在系 统发生危险时才执行其安全功能，其功能失效不能够自我暴露，因此必须定期的对其 进行功能验证测试以确认其功能完好。这种测试在i e c 6 1 5 0 8 国际功能安全标准中被定 义为检验测试( p r o o f t e s t ) ，对运行中的安全系统进行周期性安全功能检验测试对于确 定系统运行状况及安全完整性等级( s a 矗村i n t e 鲥t ) ，l e v e l ，s i l ) 尤为重要。 目前，基于安全控制器构建的安全相关系统已经用于国内大型石化企业，但是由 于功能安全检验测试相关理论和意识上的缺失或者现场条件的限制，往往忽视了对于 安全系统的功能安全检验测试，由此造成系统失效不能有效暴露，对于安全生产埋下 了重大隐患。因此，研究安全控制器投入运行后检验测试方法，研制专用的测试设备 对于确认其运行中安全功能状况及安全完整性等级水平对于保障安全生产具有重要 意义。 1 2 安全控制器特点概述 安全控制器的含义范围很广，凡是能够保护人身财产安全的由电子、机械等机构 组成的设备或装置都可以称作是安全控制器。有些具有安全加密功能或内置安全算法 的微控制器也简称为安全控制器。本文所研究的安全控制器对象是指由输入、输出和 中央逻辑解算器三部分组成的控制器，主要应用于在工业生产中，其与现场传感器和 执行机构一起组成安全相关系统，用于在发生危险前正确地执行其安全功能，避免造 成重大人员伤亡和财产损失，保障生产安全，也是目前市面上最多的一种安全控制器。 本文以下不做说明均称其为安全控制器。 安全控制器从实现的逻辑功能、编程语言及与其他系统通信等外在表象看来与常 北京化工人学硕- l 学位论文 规的控制器并无显著区别，然而从二者的用途和内部结构来看却有着明显的不同。安 全控制器具有特定的用途，专门用于安全防护或安全控制功能。当预期的危险失效发 生时，执行其内部设定好的安全功能逻辑，避免灾难事故发生。其次，安全控制器内 部绝大多数采用冗余结构，当其中任何一条通路正常时，即可保证系统正常工作。而 且多数安全控制器内部还具有自诊断功能，使用中能够定时对系统各个部分进行故障 诊蝌1 1 。从系统结构特点的角度，目前常见的安全控制器结构包括以下类型【2 3 】： 1 1 0 0 2 双通道系统和2 0 0 3 三通道系统 1 0 0 2 双通道系统，由两个独立的逻辑结算单元和各自的i 0 卡件组成，如图1 1 所 示。为了方便分析，以下均假设系统正常时开关触点闭合。当系统中任意一个输出触 点出现开路故障时都将造成安全失效；而当任意一个输出触电短路时不会影响整个系 统的安全功能；只有当两个触点都出现短路故障时，才会造成系统的危险失效。l 0 0 2 双通道系统虽然提高了系统可靠性，然而其误停车率是非冗余系统的两倍，即降低了 可用性。 图l 一1l 0 0 2 双通道系统结构 f 喀l - ll0 0 2d o u b l ec h a i l l i e l ss y s t e m 2 0 0 3 三重冗余结构的系统，每个通道有两个输出，两两交叉连接在一起，最终输 出取决于表决的多数结果。当其中一个通道的触点出现安全失效时，系统不会发生安 全失效。此时另外两个通道中任意一个触点出现危险失效时，都不会影响系统j 下常安 全功能；当其中一个通道出现危险失效时，系统不会发生危险失效。此时另外两个通 道中任意一个触点发生危险失效时，整个系统将发生危险失效。2 0 0 3 结构弥补了1 0 0 2 结构的不足，有较高的可用性，但其经济性较差，因为其全部硬件都是三重化的【3 1 。 2 第一章绪论 图1 22 0 0 3 三通道系统结构 f i g 1 - 22 0 0 3 也r c h a n n e l ss y s 缸n 2 1 0 0 1 d 带诊断单通道系统和l 0 0 2 d 带诊断双通道系统 l 0 0 1 d 系统中诊断通道输出与逻辑结算单元输出串联在一起，当检测到系统内部 危险故障存在时，诊断电路输出可以切断系统最终输出，避免灾难发生。只有逻辑控 制器的未检测到的危险失效才会导致系统的危险失效，而检测到的危险失效会成为安 全失效，提高了系统的可靠性性。但是由于中央逻辑结算模块结构复杂，诊断电路不 能够检测到所有故障，因此其安全等级不是很高。 图1 - 31 0 0 1 带诊断单通道系统结构 f i g 1 - 3lo ols i n g l ec h a m l e ls ) r s t e mw i md i a g n o s i s 为了提高l 0 0 1 d 结构可用性，将1 0 0 1 d 结构整个冗余就成了1 0 0 2 d 结构，其共有4 个通道，其中包括两个诊断电路通道，如图1 4 所示。每一个诊断电路的开关，不仅受 到自身电路单元的控制，同时也受另外一个冗余电路单元的控制。当一个单元的通道 发生未检测到的危险失效后，其诊断电路开关处于短路。但是另一个单元检测到过程 危险后仍然可以将危险失效单元诊断短路的开关打开，从而使输出失能，保障安全。 1 0 0 2 d 结构中两个中央逻辑结算器模块采用比较法诊断，提高了系统可靠性，其能够 达到较高安全等级。 3 北京化工大学硕上学位论文 图l 一4l 0 0 2 带诊断双通道系统结构 f 蟾1 - 41 0 0 2d o u b l ec h a 衄e l ss y s t e m 除了上述常见结构，还有2 0 0 2 d ，2 0 0 4 等系统结构，有学者利用故障树和马尔可 夫模型方法结合实例对以上所有结构进行建模分析比较后得出，1 0 0 2 d 和2 0 0 3 结构的 可靠性最好，可用性也相当，但2 0 0 3 结构比1 0 0 2 d 结构投资成本高【4 5 】。因此，1 0 0 2 d 结构形式近年来越来越受到安全控制器生产厂家青睐。 。 近几年，随着安全控制器的应用领域不断扩展，安全控制器又呈现出两大发展趋 势【6 】：第一，随着总线系统的普及和推广，安全控制器已经作为安全现场总线中不可 缺少的重要组成部分，出现在中、大型的安全控制系统之中；第二，为了降低中小型 安全系统的成本、减少电气控制箱中占用空间，在不影响控制器易控制、易诊断等优 点的前提下，出现了多种的紧凑的、模块化结构的小型安全控制器。 1 3 安全相关系统功能安全检验测试研究现状 1 3 1 功能安全标准应用现状 2 0 0 0 年由国际电工委员会( i e c ) 发布了i e c6 1 5 0 8 功能安全国际标准【7 1 。该标准解 决了困扰业内多年的对复杂安全系统功能安全保障的理论与实践问题，是目前关于电 气、电子、可编程电子( e 聊e s ) 安全相关系统最权威的功能安全标准【8 1 。i e c 6 1 5 0 8 针对用于安全功能的e e p e s ，提出了安全生命周期活动的通用方法，对安全相关系 统的设计具有重要的指导和规范意义【9 l 。 在功能安全标准推出之初，欧洲和美国就将其列为安全行业强制性实施标准。在 缺少相应标准的工业领域中，欧美各国监管部门通过吸收i e c 6 1 5 0 8 总体框架和一般 4 第一章绪论 方法的精髓，结合本行业的实际，开发适合本行业的安全规范。在已经出台相关标准 的领域部门中直接将i e c 标准应用。西方国家对于安全管理研究和应用已经趋于成 熟，通过对国际标准的实施，在功能安全评估方面收到了良好效果，积累了丰富的经 验。国外各大公司如欧姆龙、罗克韦尔、a b b 、西门子等大型工业设备厂商也纷纷投 身于功能安全相关产品的研发，推出了一系列符合i e c 6 1 5 0 8 标准并得到安全完整性 等级认真的产品。此外，国外专业的功能安全评估和认证机构也相继成立，目前国际 上权威的认证机构有e x i d a 、b n f l 、t o v 等。 在国内，功能安全的研究起步较晚，目前还处于研究推广阶段，相对于国外强制 性要求以及成熟的安全标准体系和法规，国内安全环境还很不成熟【l0 1 。在我国功能安 全标准仅为推荐性标准，并没有强制性要求，在某种程度上也限制了功能安全标准在 国内的应用。在石油化工、电力、铁路等重大安全相关领域使用的安全设备都是国外 产品。经过近几年的努力，随着国家对安全生产的重视程度的不断提高，我国在功能 安全推广上已初见成效。2 0 0 6 年由机械工业仪器仪表综合技术经济研究所主持转化的 等同采用i e c 6 1 5 0 8 的我国标准g b t 2 0 4 3 8 1 7 正式颁布，并于2 0 0 7 年1 月1 日开始 正式实施。同时其下属的中国功能安全中心与美国e x i d a 公司合作，在国内首次开展 了功能安全专家资格认证培训，建立了国内第一家功能安全产品的检测实验室。目前 该所正在积极开展功能安全认证和评估服务。除此之外，上海工业自动化仪表研究所， 中国安全生产科学研究院，北京交通大学，中国矿业大学等科研院所也正对功能安全 的应用展开研究和探索【1 1 1 3 1 。 1 3 2 功能安全检验测试 自从i e c 6 1 5 0 8 功能安全国际标准颁布以来，国内外相关领域的研究人员对于标 准中涉及到的相关理论和方法展开了深入的研究和应用。但这些研究主要集中在系统 风险评估理论1 4 ，15 1 、系统安全完整性等级确赳1 6 ，1 7 1 、系统可靠性建模与计掣1 8 2 2 】等等。 而对于运行