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1、1,1,功能安全技術與應用,2,3,功能安全的基本概念,4,功能安全的基本概念,對人體健康的損害或損傷以及對財產或環境的損害。,傷害,5,不存在不可接受的風險。,不存在絕對安全，只存在相對安全。將安全問題轉化為風險問題，通過控制風險使安全變得可控,安全,功能安全的基本概念,6,風險出現傷害的概率及該傷害嚴重性的組合。,功能安全的基本概念,7,允許風險根據當今社會的水準,在給定的范圍內能夠接受的風險。,允許風險取決于國家、社會、企業或個人能夠接受的風險水平-國家政策法規的要求-企業的規章制度-社會對該事件的共識-業主的容忍程度-,功能安全的基本概念,8,風險級別,不可容忍區域，一般風險值高于102、E-4,ALARP原則,ALARP 或可容忍區域(只有當效益理想時風險是可以控制的),廣泛可接受的區域，一般風險值低于10E-6,除非在特殊環境下，風險無法接受,只有當進一步的風險降低已經不切實際或其花費與收益嚴重不成比例時才可接受,當減少的花費超過獲得的收益時可容忍,ALARP原則,注：ALARP=As Low As Reasonably Practically，即合理可行的低,9,功能安全與EUC（Equipment Under Control，受控設備）和EUC控制系統有關的整體安全的組成部分，它取決于E/E/PE（Electrical/Electronic/Programmable E3、lectronic,電氣/電子/可編程電子）安全相關系統和其它風險降低措施功能的正確行使。危險來自于：自然、自身、敵人,功能安全的基本概念,10,安全相關系統所指的系統應滿足以下兩項要求：執行要求的安全功能足以達到或保持EUC（Equipment Under Control，受控設備）的安全狀態；并且自身或與其它E/E/PE（Electrical/Electronic/Programmable Electronic，電氣/電子/可編程電子）安全相關系統、其它風險降低措施一道,足以達到要求的安全功能所需的安全完整性。,功能安全的基本概念,11,這條術語是指這樣的系統，即所謂安全相關系統 是它們,4、及與其他風險降低措施一道達到必要的風險降低量，以滿足所要求的允許風險。,注1：,12,注2：,安全相關系統是在探測到可導致危險事件的情況時采取適當的動作以防止EUC（Equipment Under Control，受控設備）進入危險狀態。安全相關系統的失效應被包括在導致危害的事件中。盡管可能存在具備安全功能的其他系統，但所指定的安全相關 系統應僅靠其自身能力達到要求的允許風險。安全相關系統一般被分為安全相關控制系統和安全相關防護系統。,13,安全相關系統可以是EUC控制系統的組成部分，也可用傳感器和/或執行器與EUC接口。即可通過實現EUC控制系統中的安全功能（也可能通過分開的和獨立的附加系統5、）達到要求的安全完整性等級，或者利用分離的、獨立、專門的安全相關系統實現安全功能。,安全相關系統可以是EUC（Equipment Under Control，受控設備）控制系統的組成部分，也可用傳感器和/或執行器與EUC接口。即可通過實現EUC控制系統中的安全功能（也可能通過分開的和獨立的附加系統）達到要求的安全完整性等級，或者利用分離的、獨立、專門的安全相關系統實現安全功能。,注3：,14,安全相關系統可：a)被用于防止危險事件發生（即安全相關系統一旦執行其安全功能則沒有危險事件發生）；b)被用來減輕危險事件的影響，即通過減輕后果的辦法來降低風險;c)同時具有a)和b)的組合功能。,注4：,6、15,人也可作為安全相關系統的一部分。例如，人可以接收來自可編程電子裝置的信息，并根據接收信息執行安全動作，或通過可編程電子裝置執行安全動作。,注5：,16,注6：,安全相關系統包括執行規定安全功能所需的全部硬件、軟件以及支持服務（如電源）。（因此，傳感器，其它輸入裝置，最終元件（執行器）和其它輸出裝置都包括在安全相關系統中）,17,注7：,安全相關系統可基于范圍的技術基礎，包括電氣、電子、可編程電子、液壓和氣動等。,18,18,安全狀態達到安全時EUC的狀態。注：從潛在的危險條件到最終的安全狀態，EUC可能不得不經過幾個中間的安全狀態。有時，僅當EUC處于連續控制下才存在一個安全狀態。這樣的7、連續控制可能是短時間的或是不確定的一段時間,功能安全的基本概念,19,19,安全功能針對特定的危險事件，為達到或保持EUC（Equipment Under Control，受控設備）的安全狀態，由E/E/PE（Electrical/Electronic/Programmable Electronic,電氣/電子/可編程電子）安全相關系統或其它風險降低措施實現的功能。安全功能的例子包括：在要求時執行的功能，比如為避免危險狀況的積極行動（如切斷馬達）；和采取預防行為的功能（如防止馬達啟動）。,功能安全的基本概念,20,20,安全完整性 在規定的時間段內，在規定的條件下安全相關系統成功執行規定的安全8、功能的概率。注1：安全完整性越高，安全相關系統在要求時未能執行規定的安 全功能或未能達到規定的狀態的概率就越低。注2：規定了4種安全完整性水平。注3：安全完整性由硬件安全完整性和系統安全完整性構成。,功能安全的基本概念,21,21,隨機硬件失效在硬件中，由一種或幾種可能的退化機制而產生的，按隨機時間出現的失效。注：在各種部件中，存在以不同速率發生的許多退化機制，在這些部件工作不同的時間之后，這些機制可使制造公差引起部件發生故障，從而使包含許多部件的設備將以可預見的速率，但在不可預見的時間(即隨機時間)發生失效。,功能安全的基本概念,22,22,系統性失效原因確定的失效，只有對設計或制造過程、操9、作規程、文檔或其它相關因素進行修改后，才有可能排除這種失效。注：系統性失效的例子有 安全要求規范：硬件的設計、制造、安裝、操作；軟件的設計和實現等。,功能安全的基本概念,23,23,隨機硬件失效和系統失效的主要區別是:由隨機硬件失效導致的系統失效率（或其它合適的量度）可用合理的精確度來預計，但系統失效生來就不能精確預計，因此系統失效引起的系統失效率則不能精確地用統計法量化。,功能安全的基本概念,24,24,硬件安全完整性在危險失效模式下與隨機硬件失效有關的安全相關系統安全完整性的一部分。系統安全完整性在危險失效模式下與系統失效有關的安全相關系統安全完整性的一部分,功能安全的基本概念,25,2510、,安全完整性等級一種離散的等級（四種可能等級之一），對應安全完整性量值的范圍。在這里，安全完整性等級4是最高的，安全完整性等級1是最低的。注：安全完整性等級(SIL,Safety Integrity Level)并非系統、子系統、要素或元件的特性。對SILN（N=1、2、3、4）的正確理解是系統支持安全功能的潛在能力具有達到N的安全完整性水平。,功能安全的基本概念,26,26,功能安全的基本概念,表2-安全完整性等級-在低要求操作模式下安全功能的目標失效量,27,27,功能安全的基本概念,表3-安全完整性等級-在高要求或連續操作模式下安全功能的目標失效量,28,功能安全涉及的標準和領域,29,11、29,功能安全技術和設備已經廣泛應用于石油、化工、電力、鐵路、核電、機械、冶金、電梯、汽車等領域。,功能安全涉及的標準和領域,30,30,功能安全技術和設備已經廣泛應用于石油、化工、電力、鐵路、核電、機械、冶金、電梯、汽車等領域。IEC61508(國標GB/T 20438)電氣/電子/安全相關系統的功能安全IEC61511(國標GB/T 21109)過程工業領域安全儀表系統的功能安全IEC61800 可調節速度的電力驅動系統 IEC60335 家用和類似用途電器的安全IEC61784-3 功能安全的通信總線 IEC61513 核電廠-以安全為主的系統用儀器儀表和控制系統的一般要求 EN501212、6/8/9 鐵路應用 IEC62061 機械安全-與安全有關的電氣、電子和可編程序電子控制系統的功能安全 ISO 13849 機械安全-控制系統有關安全部件,功能安全涉及的標準和領域,31,IEC 62061機械,ISO25119農用拖拉機,DO-178B民用飛機機載軟件,一套完備的功能安全標準體系,32,32,日常生活的安全衛士,高鐵、動車、地鐵等列車信號系統和自動防護系統（ATP，Automatic Train Protection）,33,電梯、扶梯超速保護，墜落保護等系統,日常生活的安全衛士,34,日常生活的安全衛士,汽車安全氣囊、發動機管理和防抱死剎車系統（ABS，Anti-lock13、ed Braking System),35,日常生活的安全衛士,飛機操縱面的線控操作,36,日常生活的安全衛士,醫療輻射機器的輻射劑量互鎖系統和控制系統,37,危險工藝裝置的緊急停車系統消防滅火的火氣系統機床的防護聯鎖和緊急停車系統有毒氣體檢測醫療設備氣體燃燒器管理起重機自動安全鎖定指示器動力定位(當接近近海就位時的船動控制)危險化學品運輸應急保障系統。,37,生產現場的安全保證,38,消防滅火,危險工藝裝置,有毒氣體檢測,機床的防護聯鎖和緊急停車系統,生產現場的安全保證,39,安全生命周期,40,40,安全生命周期安全相關系統實現過程中所必需的活動，這些活動從一項工程的概念階段開始，直至所有14、的E/E/PE（Electrical/Electronic/Programmable Electronic,電氣/電子/可編程電子）安全相關系統和其它風險降低設施停止使用為止的一段時間內。,安全生命周期,41,3,1,2,整體范圍定義,危險和風險分析,6,整體計劃編制,7,8,整體操作和維護計劃編制,整體安全確認計劃編制,實現(見E/E/PES)安全生命周期,9,E/E/PES,安全相關系統:,10,實現,安全相關系統:其它技術,11,實現,外部風險降低設施,整體安裝和試運行計劃編制,整體安裝和試運行,12,安全要求分配,5,4,整體安全要求,返回適當的整體安全生命周期階段,停用或處理,16,15、整體操作、維護和修理,14,整體修改和改型,15,整體安全確認,13,概念,安全生命周期,典型安全生命周期實施示例,注：SRS=Safety Requirements Specification，即安全要求規范,42,典型安全生命周期實施示例,1、工藝過程概念設計:為降低生產過程中風險發生的概率，應保證工藝設計的固有安全性，即在工藝設計中應盡可能采用低壓、低容量的設計方案,43,43,典型安全生命周期實施示例,2、工藝過程風險分析及評估:概念危險分析；初步工藝風險分析(PHA,Process Hazard Analysis)；工廠的危險與可操作性分析階段(HAZOP，HAZard and OP16、erability analysis)；,44,典型安全生命周期實施示例,3、確定保護功能及保護層,1.工藝過程設計,2.工藝控制/報警（BPCS）,3.重要報警及人員干預/調整,4.安全儀表系統（SIS）,5.釋放設備(如泄壓閥),6.物理保護（如圍堰、消防、防爆墻等）,7.應急響應,45,典型安全生命周期實施示例,4、定義安全要求規范（SRS，Safety Requirement Specification）安全功能描述 操作模式 響應時間 維檢修間隔 手動/自動要求,46,典型安全生命周期實施示例,5、設計階段 概念設計 初步設計 詳細設計,47,典型安全生命周期實施示例,6、集成、安裝17、調試及驗證,在SIS硬件安裝完成后，應確保現場設備安裝符合設計要求,并且安全儀表系統的設計涵蓋了所有PHA 及HAZOP中確定的危險；SIS現場軟件調試前，應確保安全儀表系統全面地進行操作測試和驗證,并要求第三方對安全儀表系統的設計和執行給出合格的功能安全評估(FSA，Functional Safety Assessment)；SIS運行一段時間后，驗證安全儀表系統的性能指標可以滿足期望風險減小的要求。,48,典型安全生命周期實施示例,7、系統的投運、維護、變更及停運,49,50,結束語,51,功能安全是一門新的安全工程學科，它提出了一套保障安全的全新理念和方法；本次培訓只是功能安全技術的冰山一角，完整的功能安全理論需要進一步的學習和了解；目前在我國從管理人員、技術人員到現場操作人員對功能安全技術的了解還十分欠缺，需要大家統統努力進一步推動該項技術的發展應用。,結束語,52,52,謝謝！,