功能安全技术基础

前言

第1章功能安全概述

1.1功能安全的重要性和国内外研究概况

1.1.1功能安全的重要性

1.1.2国外研究概况

1.1.3国内研究概况

1.2术语(缩略语)和定义

1.3安全生命周期概念

1.3.1目的

1.3.2要求

第2章可靠性和环境适应性技术基础

2.1可靠性和环境适应性的基本概念

2.1.1可靠性的基本概念

2.1.2环境适应性的基本概念

2.2可靠性特征量和常见的失效分布

2.2.1可靠性特征量

2.2.2产品的寿命特征

2.2.3几种常见的失效分布

2.3可靠性技术

2.3.1可靠性试验及其数据统计处理

2.3.2可靠性预计和可靠性分析技术

2.4环境适应性技术

2.4.1概况

2.4.2工业自动化仪表工作条件

2.4.3工业自动化仪表环境试验技术要求

第3章危险和风险评估技术和方法

3.1危险和风险的基本概念

3.1.1危险和风险

3.1.2安全与风险

3.1.3风险降低的一般概念

3.2危险和风险评估的目的

3.3危险和风险评估的要求

3.4风险评估技术和方法

3.4.1安全完整性与风险降低

3.4.2允许风险和ALARP模型

3.4.3安全完整性等级的定量确定方法

第4章E/E/PE安全相关系统的设计和开发

4.1目的

4.2要求

4.3SIS在检测故障时的系统行为要求

4.4制定E/E/PE安全相关系统的安全要求规范

4.4.1制定目的

4.4.2制定SIS的安全要求

4.4.3制定机械的安全相关控制功能(SRCFs)的要求规范

4.5E/E/PE安全相关系统中硬件功能安全的实现和功能安全评估步骤

4.5.1E/E/PE安全相关系统中硬件功能安全评估步骤

4.5.2安全相关电气控制系统(SRECS)硬件功能安全的实现步骤

4.6SIS的安全功能分配

4.6.1分配目的

4.6.2分配要求

4.6.3安全完整性等级4的附加要求

4.6.4作为一个保护层的基本过程控制系统(BPCS)的要求

4.6.5防止共同原因失效的要求及量化共同原因失效效应的方法

4.7硬件安全完整性要求

4.7.1硬件故障裕度要求

4.7.2硬件安全完整性的结构约束

4.7.3硬件随机失效概率的计算

4.9软件的要求

4.9.1目的

4.9.2软件安全生命周期的要求

4.9.3软件安全生命周期各阶段的实现

4.10SIS的现场设备要求

4.11SIS的接口要求

4.11.1操作员接口要求

4.11.2维护/工程接口要求

4.11.3通信接口要求

4.12SIS的操作、维护和测试

4.12.1操作和维护的要求

4.12.2集成测试和功能检验测试

4.13SIS的安全验证、确认和评估

4.13.1安全验证

4.13.2安全确认

4.13.3功能安全评估

第5章SIS应用软件安全生命周期的实现阶段

5.1应用软件安全生命周期的要求

5.2应用软件安全要求的规范

5.3应用软件安全确认的计划

5.4应用软件的设计和开发要求

5.5应用软件与SIS子系统的集成

5.6固定程序语言(FPL)和有限可变语言(LVL)软件修改规程

5.7应用软件的验证

5.8安全软件的评估

第6章安全生命周期的管理

6.1目的

6.2要求

6.3功能安全认证模式、认证过程和认证方法

第7章特殊场合用安全装置及其安全相关系统的功能安全要求和SIL的评估

7.1概述

7.2爆炸性气体环境用安全装置的功能安全要求和SIL的评估

7.2.1概况

7.2.2爆炸性气体环境用安全装置的阻燃要求

7.2.3爆炸性气体用安全装置的功能要求

7.2.4爆炸性气体用安全装置中安全部件的特殊要求

7.2.5爆炸性气体用安全装置的功能安全要求

7.2.6爆炸性气体用安全装置的型式试验和例行试验

7.2.7爆炸性气体环境用安全装置安全完整性等级(SIL)的评估

7.3有毒有害气体探测系统的功能安全要求和SIL的评估

7.3.1概况

7.3.2固定式气测系统的安全功能要求

7.3.3模块与元件的特性和要求

7.3.4安全功能特性

7.3.5固定式气体探测系统SILC的确定程序

第8章功能安全的应用

8.1功能安全评估的应用实例

8.1.1防爆隔离式安全栅功能SIL的评估

8.1.2某化工厂合成分离净化CO和H2装置中的SIS功能安全和SIL的评估

8.2SIEMENSSIMATICS7分布式安全装置在机床安全保护系统中的应用

8.2.1机床及其安全相关控制系统的特征和安全相关控制功能

8.2.2风险分析和判定SRCF要求的SIL

8.2.3制定机床SRECS的SRCF规范

8.2.4SRECS的结构设计

8.2.5SRECS子系统的实现

8.2.6结论

附录

附录A现场工作报告

附录B计划维修级别分类

附录C失效分析报告

附录D定数截尾MTBF双侧(或单侧)置信限系数CL、CU

附录E定时截尾MTBF双侧(或单侧)置信限系数CL、CU

附录FX2分布分位数表

附录C中位序表

附录H可靠性预计分析汇总表

附录I可编程电子或传感器或最终元件的评分

附录JZ的值：可编程电子

附录KZ的值：传感器或最终元件

附录Lβ和βD的计算

附录M检验测试时间间隔为6个月，平均恢复时间为8h时要求的平均失效概率

附录N检验测试时间间隔为1年，平均恢复时间为8h时要求的平均失效概率

附录O检验测试时间间隔为2年，平均恢复时间为8h时要求的平均失效概率

附录P检验测试时间间隔为10年，平均恢复时间为8h时要求的平均失效概率

附录Q检验测试时间间隔为1个月、平均恢复时间为8h时每小时的平均失效概率(高要求或连续操作模式下)

附录R检测测试时间间隔为3个月，平均恢复时间为8h时每小时的平均失效概率(高要求或连续操作模式下)

附录S检验测试时间间隔为6个月，平均恢复时间为8h时每小时的平均失效概率(高要求或连续操作模式下)

附录T检验测试时间间隔为1年，平均恢复时间为8h时每小时的平均失效概率(高要求或连续操作模式下)

附录U电源指示设备中电子元器件失效模式及其比率的例子

参考文献

　　本书分8个章节，对电子、机械以及特殊危险环境应用的安全相关装置及其系统功能安全的相关理论、方法和技术进行了详细介绍。具体内容包括功能安全概述、可靠性和环境适应性技术基础、危险和风险评估技术和方法、E/E/PE安全相关系统的设计和开发、特殊场合用安全装置及其安全相关系统的功能安全要求和SIL的评估等。该书可供各大专院校作为教材使用，也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。　　本书以电气/电子/可编程电子(E/E/PE)安全相关系统为基础，对电子、机械以及特殊危险环境应用的安全相关装置及其系统功能安全的相关理论、方法和技术进行了详细介绍。在叙述可靠性技术和环境试验技术的基础上，以E/E/PE安全相关(控制)系统安全生命周期实现阶段中的各阶段为主线，对被控对象的风险评估以及E/E/PE安全相关系统的设计、分配、安全完整性等级(SIL)的估算、操作、维护、测试、确认和评估等各阶段展开了讨论。　　本书内容丰富，深入浅出，案例清晰，在讲述功能安全技术基本方法的同时，注重与工程实际应用的结合。希望本书能为我国功能安全技术的推广和发展起到积极作用。　　本书可供从事设备及自控系统设计、安装、制造、应用的工程技术人员和广大用户参考，也可作为大专院校及工程技术人员的培训教材。