功能安全与技术ppt课件

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1、功能安全中心功能安全中心1冯晓升冯晓升 中国功能安全中心中国功能安全中心 教授级高工教授级高工功能安全技术与应用功能安全技术与应用1功能安全中心功能安全中心功能安全基本概念功能安全基本概念 功能安全涉及的标准和领域功能安全涉及的标准和领域 安全生命周期安全生命周期 结束语结束语 2功能安全中心功能安全中心功能安全的基本概念3功能安全中心功能安全中心功能安全的基本概念功能安全的基本概念 对人体健康的损害或损伤以及对财产或环境的损害。伤害伤害4功能安全中心功能安全中心5 不存在不可接受的风险。不存在绝对安全，只存在相对安全。不存在绝对安全，只存在相对安全。将安全问题转化为风险问题，通过控制风险使安

2、全变得可控。安全安全功能安全的基本概念功能安全的基本概念功能安全中心功能安全中心风险风险出现伤害的概率及该伤害严重性的组合。功能安全的基本概念功能安全的基本概念6功能安全中心功能安全中心7允许风险允许风险根据当今社会的水准,在给定的范围内能够接受的风险。允许风险取决于国家、社会、企业或个人能够接受的风险水平 - 国家政策法规的要求 - 企业的规章制度 - 社会对该事件的共识 - 业主的容忍程度 - 功能安全的基本概念功能安全的基本概念功能安全中心功能安全中心风险级别风险级别不可容忍区域，一般风险值不可容忍区域，一般风险值高于高于10E-4ALARP 或可容忍区域或可容忍区域(只有当效益理想时风

3、险是可只有当效益理想时风险是可以控制的以控制的)广泛可接受的区域，一般风险值低于广泛可接受的区域，一般风险值低于10E-6除非在特殊环境下，风险无除非在特殊环境下，风险无法接受法接受只有当进一步的风险降低已经只有当进一步的风险降低已经不切实际或其花费与收益严重不切实际或其花费与收益严重不成比例时才可接受不成比例时才可接受当减少的花费超过获得的收当减少的花费超过获得的收益时可容忍益时可容忍ALARP原则注：注：ALARP= As Low As Reasonably Practically ，即合理可，即合理可行的低行的低8功能安全中心功能安全中心功能安全功能安全与EUC（Equipment Un

4、der Control，受控设备 ）和EUC控制 系 统 有 关 的 整 体 安 全 的 组 成 部 分 ， 它 取 决 于E/E/PE（Electrical/Electronic/Programmable Electronic,电气/电子/可编程电子）安全相关系统和其它风险降低措施功能的正确行使。危险来自于：自然、自身、敌人。功能安全的基本概念功能安全的基本概念9功能安全中心功能安全中心10安全相关系统安全相关系统所指的系统应满足以下两项要求：执行要求的安全功能足以达到或保持EUC （Equipment Under Control，受控设备 ）的安全状态；并且自身或与其它E/E/PE （El

5、ectrical/Electronic/ Programmable Electronic，电气/电子/可编程电子）安全相关系统、其它风险降低措施一道, 足以达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功能安全的基本概念功能安全中心功能安全中心 这条术语是指这样的系统，即所谓安全相关系统 是它们,及与其他风险降低措施一道达到必要的风险降低量，以满足所要求的允许风险。注1：11功能安全中心功能安全中心注2： 安全相关系统是在探测到可导致危险事件的情况时采取适当的动作以防止EUC（Equipment Under Control，受控设备）进入危险状态。 安全相关系统的失效应被包括在导致危害

6、的事件中。 尽管可能存在具备安全功能的其他系统，但所指定的安全相关 系统应仅靠其自身能力达到要求的允许风险。 安全相关系统一般被分为安全相关控制系统和安全相关防护系统。12功能安全中心功能安全中心 安全相关系统可以是EUC控制系统的组成部分，也可用传感器和/或执行器与EUC接口。即可通过实现EUC控制系统中的安全功能（也可能通过分开的和独立的附加系统）达到要求的安全完整性等级，或者利用分离的、独立、专门的安全相关系统实现安全功能。 安全相关系统可以是EUC （Equipment Under Control，受控设备）控制系统的组成部分，也可用传感器和/或执行器与EUC接口。即可通过实现EUC控

7、制系统中的安全功能（也可能通过分开的和独立的附加系统）达到要求的安全完整性等级，或者利用分离的、独立、专门的安全相关系统实现安全功能。注3：13功能安全中心功能安全中心安全相关系统可：a)被用于防止危险事件发生（即安全相关系统一旦执行其安全功能则没有危险事件发生）；b)被用来减轻危险事件的影响，即通过减轻后果的办法来降低风险;c)同时具有a)和b)的组合功能。注4：14功能安全中心功能安全中心 人也可作为安全相关系统的一部分。例如，人可以接收来自可编程电子装置的信息，并根据接收信息执行安全动作，或通过可编程电子装置执行安全动作。注5：15功能安全中心功能安全中心注6： 安全相关系统包括执行规定

8、安全功能所需的全部硬件、软件以及支持服务（如电源）。（因此，传感器，其它输入装置，最终元件（执行器）和其它输出装置都包括在安全相关系统中）16功能安全中心功能安全中心注7： 安全相关系统可基于范围的技术基础，包括电气、电子、可编程电子、液压和气动等。17功能安全中心功能安全中心18安全状态安全状态达到安全时EUC的状态。l注：从潜在的危险条件到最终的安全状态，EUC可能不得不经过几个中间的安全状态。有时，仅当EUC处于连续控制下才存在一个安全状态。这样的连续控制可能是短时间的或是不确定的一段时间。功能安全的基本概念功能安全的基本概念18功能安全中心功能安全中心19安全功能安全功能针对特定的危险

9、事件，为达到或保持EUC （Equipment Under Control，受控设备）的安全状态，由E/E/PE （ Electrical/Electronic/Programmable Electronic,电气/电子/可编程电子）安全相关系统或其它风险降低措施实现的功能。安全功能的例子包括：l在要求时执行的功能，比如为避免危险状况的积极行动（如切断马达）；和l采取预防行为的功能（如防止马达启动）。功能安全的基本概念功能安全的基本概念19功能安全中心功能安全中心20安全完整性安全完整性 在规定的时间段内，在规定的条件下安全相关系统成功执行规定的安全功能的概率。l注1：安全完整性越高，安全相关

10、系统在要求时未能执行规定的安 全功能或未能达到规定的状态的概率就越低。l注2：规定了4种安全完整性水平。l注3：安全完整性由硬件安全完整性和系统安全完整性构成。功能安全的基本概念功能安全的基本概念20功能安全中心功能安全中心21随机硬件失效随机硬件失效在硬件中，由一种或几种可能的退化机制而产生的，按随机时间出现的失效。l注：在各种部件中，存在以不同速率发生的许多退化机制，在这些部件工作不同的时间之后，这些机制可使制造公差引起部件发生故障，从而使包含许多部件的设备将以可预见的速率，但在不可预见的时间(即随机时间)发生失效。功能安全的基本概念功能安全的基本概念21功能安全中心功能安全中心22系统性

11、失效系统性失效原因确定的失效，只有对设计或制造过程、操作规程、文档或其它相关因素进行修改后，才有可能排除这种失效。l注：系统性失效的例子有 安全要求规范： 硬件的设计、制造、安装、操作； 软件的设计和实现等。功能安全的基本概念功能安全的基本概念22功能安全中心功能安全中心23随机硬件失效和系统失效的主要区别是随机硬件失效和系统失效的主要区别是: :由随机硬件失效导致的系统失效率（或其它合适的量度）可用合理的精确度来预计，但系统失效生来就不能精确预计，因此系统失效引起的系统失效率则不能精确地用统计法量化。功能安全的基本概念功能安全的基本概念23功能安全中心功能安全中心24硬件安全完整性硬件安全完

12、整性在危险失效模式下与随机硬件失效有关的安全相关系统安全完整性的一部分。系统安全完整性系统安全完整性在危险失效模式下与系统失效有关的安全相关系统安全完整性的一部分功能安全的基本概念功能安全的基本概念24功能安全中心功能安全中心25安全完整性等级安全完整性等级一种离散的等级（四种可能等级之一），对应安全完整性量值的范围。在这里，安全完整性等级4是最高的，安全完整性等级1是最低的。l注：安全完整性等级(SIL, Safety Integrity Level)并非系统、子系统、要素或元件的特性。对SILN（N=1、2、3、4）的正确理解是系统支持安全功能的潜在能力具有达到N的安全完整性水平。功能安全

13、的基本概念功能安全的基本概念25功能安全中心功能安全中心26功能安全的基本概念功能安全的基本概念表表2-2-安全完整性等级安全完整性等级- -在低要求操作模式下安全功能的目标失效量在低要求操作模式下安全功能的目标失效量26功能安全中心功能安全中心27功能安全的基本概念功能安全的基本概念表表3-3-安全完整性等级安全完整性等级- -在高要求或连续操作模式下在高要求或连续操作模式下安全功能的目标失效量安全功能的目标失效量27功能安全中心功能安全中心功能安全涉及的标准和领域28功能安全中心功能安全中心29功能安全技术和设备已经广泛应用于石油、化工、电力、功能安全技术和设备已经广泛应用于石油、化工、电

14、力、铁路、核电、机械、冶金、电梯、汽车等领域。铁路、核电、机械、冶金、电梯、汽车等领域。功能安全涉及的标准和领域功能安全涉及的标准和领域29功能安全中心功能安全中心30功能安全技术和设备已经广泛应用于石油、化工、电力、铁路、核电、机功能安全技术和设备已经广泛应用于石油、化工、电力、铁路、核电、机械、冶金、电梯、汽车等领域。械、冶金、电梯、汽车等领域。IEC61508(IEC61508(国标国标GB/T 20438) GB/T 20438) 电气电气/ /电子电子/ /安全相关系统的功能安全安全相关系统的功能安全IEC61511(IEC61511(国标国标GB/T 21109) GB/T 211

15、09) 过程工业领域安全仪表系统的功能安全过程工业领域安全仪表系统的功能安全IEC61800 IEC61800 可调节速度的电力驱动系统可调节速度的电力驱动系统 IEC60335 IEC60335 家用和类似用途电器的安全家用和类似用途电器的安全IEC61784-3 IEC61784-3 功能安全的通信总线功能安全的通信总线 IEC61513 IEC61513 核电厂核电厂- -以安全为主的系统用仪器仪表和控制系统的一般要求以安全为主的系统用仪器仪表和控制系统的一般要求 E EN50126/8/9 N50126/8/9 铁路应用铁路应用 I IEC62061 EC62061 机械安全机械安全-

16、 - 与安全有关的电气、电子和可编程序电子控制系统与安全有关的电气、电子和可编程序电子控制系统的功能安全的功能安全 I ISO 13849 SO 13849 机械安全机械安全-控制系统有关安全部件控制系统有关安全部件 功能安全涉及的标准和领域功能安全涉及的标准和领域30功能安全中心功能安全中心IEC 61508IEC 61800-5-2电驱设备IEC 61511流程工业领域IEC 61513核工业EN50156熔炉IEC 60601医疗设备EN 50126/8/9铁路IEC 62061机械EN 115扶梯ISO26262汽车ISO15998土方机械IEC60335家电ISO25119农用拖拉机

17、DO-178B民用飞机机载软件一套完备的功能安全标准体系一套完备的功能安全标准体系31功能安全中心功能安全中心32日常生活的安全卫士日常生活的安全卫士高铁、动车、地铁等列车信号系统和自动防护系统（高铁、动车、地铁等列车信号系统和自动防护系统（ATP，Automatic Train Protection ）32功能安全中心功能安全中心电梯、扶梯超速保护，坠落保护等系统电梯、扶梯超速保护，坠落保护等系统日常生活的安全卫士日常生活的安全卫士上下梯级缺失检测主电机速度检测扶手带速度检测切断主电机，导致停机33功能安全中心功能安全中心日常生活的安全卫士日常生活的安全卫士汽车安全气囊、汽车安全气囊、发动机

18、管理和防抱发动机管理和防抱死刹车系统（死刹车系统（ABS，Anti-locked Braking System )34功能安全中心功能安全中心日常生活的安全卫士日常生活的安全卫士飞机操纵面的线控操作飞机操纵面的线控操作35功能安全中心功能安全中心日常生活的安全卫士日常生活的安全卫士医疗辐射机器的医疗辐射机器的辐射剂量互锁系统辐射剂量互锁系统和控制系统和控制系统36功能安全中心功能安全中心危险工艺装置的紧急停车系统危险工艺装置的紧急停车系统消消防灭火的火气系统防灭火的火气系统机床的防护联锁和紧急停车系统机床的防护联锁和紧急停车系统有毒气体检测有毒气体检测医疗设备医疗设备气体燃烧器管理气体燃烧器管

19、理起重机自动安全锁定指示器起重机自动安全锁定指示器动力定位动力定位(当接近近海就位时的船动控制当接近近海就位时的船动控制)危险化学品运输应急保障系统危险化学品运输应急保障系统。37生产现场的安全保证生产现场的安全保证37功能安全中心功能安全中心消防灭火消防灭火危险工艺装置危险工艺装置有毒气体有毒气体检测检测机床的防护联机床的防护联锁和紧急停车锁和紧急停车系统系统生产现场的安全保证生产现场的安全保证功能安全功能安全38功能安全中心功能安全中心 安全生命周期39功能安全中心功能安全中心40安全生命周期安全生命周期安全相关系统实现过程中所必需的活动，这些活动从一项 工 程 的 概 念 阶 段 开 始

20、 ， 直 至 所 有 的 E/E/PE （ Electrical/Electronic/Programmable Electronic,电气/电子/可编程电子）安全相关系统和其它风险降低设施停止使用为止的一段时间内。安全生命周期安全生命周期40功能安全中心功能安全中心安装安装设计设计过程危险分析过程危险分析安全分配安全分配研究与概念研究与概念312整体范围定义危险和风险分析6整体计划编制78整体操作和维护计划编制整体安全确认计划编制实现(见E/E/PES)安全生命周期9E/E/PES安全相关系统:10实现安全相关系统:其它技术11实现外部风险降低设施整体安装和试运行计划编制整体安装和试运行12

21、安全要求分配54整体安全要求返回适当的整体安全生命周期阶段修改或停用修改或停用停用或处理16操作和维护操作和维护整体操作、维护和修理14整体修改和改型15整体安全确认13概念安全生命周期安全生命周期41功能安全中心功能安全中心典型安全生命周期实施示例典型安全生命周期实施示例注：注：SRS=Safety Requirements Specification，即安全要求规范，即安全要求规范42功能安全中心功能安全中心典型安全生命周期实施示例典型安全生命周期实施示例1、工艺过程概念设计:为降低生产过程中风险发生的概率，应保证工艺设计的固有安全性，即在工艺设计中应尽可能采用低压、低容量的设计方案434

22、3功能安全中心功能安全中心典型安全生命周期实施示例典型安全生命周期实施示例2、工艺过程风险分析及评估:概念危险分析；初步工艺风险分析( PHA, Process Hazard Analysis)；工厂的危险与可操作性分析阶段(HAZOP，HAZard and OPerability analysis)；44功能安全中心功能安全中心典型安全生命周期实施示例典型安全生命周期实施示例3、确定保护功能及保护层1. 工艺过程设计2. 工艺控制/报警（BPCS）3. 重要报警及人员干预/调整4. 安全仪表系统（SIS）5. 释放设备(如泄压阀)6. 物理保护（如围堰、消防、防爆墙等）7. 应急响应45功能

23、安全中心功能安全中心典型安全生命周期实施示例典型安全生命周期实施示例4、定义安全要求规范（SRS，Safety Requirement Specification） 安全功能描述 操作模式 响应时间 维检修间隔 手动/自动要求 46功能安全中心功能安全中心典型安全生命周期实施示例典型安全生命周期实施示例5、设计阶段 概念设计 初步设计 详细设计47功能安全中心功能安全中心典型安全生命周期实施示例典型安全生命周期实施示例6、集成、安装、调试及验证 在SIS硬件安装完成后，应确保现场设备安装符合设计要求, 并且安全仪表系统的设计涵盖了所有PHA 及HAZOP中确定的危险； SIS现场软件调试前，应

24、确保安全仪表系统全面地进行操作测试和验证, 并要求第三方对安全仪表系统的设计和执行给出合格的功能安全评估( FSA ，Functional Safety Assessment)； SIS运行一段时间后，验证安全仪表系统的性能指标可以满足期望风险减小的要求。48功能安全中心功能安全中心典型安全生命周期实施示例典型安全生命周期实施示例7、系统的投运、维护、变更及停运49功能安全中心功能安全中心结束语50功能安全中心功能安全中心功能安全是一门新的安全工程学科，它提出了一套保障安全的全新理念和方法；本次培训只是功能安全技术的冰山一角，完整的功能安全理论需要进一步的学习和了解；目前在我国从管理人员、技术人员到现场操作人员对功能安全技术的了解还十分欠缺，需要大家统统努力进一步推动该项技术的发展应用。结束语结束语51功能安全中心功能安全中心52谢谢谢谢！冯晓升：冯晓升：13671267302中国功能安全中心中国功能安全中心邮邮 箱：箱：电电 话：话：010-63461786网网 址：址：www.fs-china.org传传真：真：010-6326267752