本文關(guān)鍵詞：基于IEC61508標(biāo)準(zhǔn)的功能安全型安全柵的設(shè)計(jì)研究

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【摘要】：隨著工業(yè)的發(fā)展,生產(chǎn)裝置的復(fù)雜性日益增加,如何確保安全逐漸成為研究熱點(diǎn)。功能安全的提出革新了安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,使得安全系統(tǒng)從過去基于“故障”的安全設(shè)計(jì)過渡到了基于“功能”的安全設(shè)計(jì)。IEC61508標(biāo)準(zhǔn)的出臺使得功能安全得到了規(guī)范化,同時(shí)也給功能安全設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)與應(yīng)用指導(dǎo)。 本文首先對功能安全的發(fā)展概況,包括功能安全標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展,功能安全型產(chǎn)品的發(fā)展進(jìn)行了介紹。對功能安全基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)IEC61508的基本內(nèi)容做了分析研究,在此基礎(chǔ)上,提出了功能安全型安全柵的基本功能要求和功能安全要求,即接收熱電阻RTD和熱電偶TC信號,轉(zhuǎn)化為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出。滿足SIL2等級要求,單通道loo1D結(jié)構(gòu),安全失效分?jǐn)?shù)SFF為90%～99%,低要求操作模式下安全功能平均失效率PFD達(dá)到10-4-10-3。 本文從硬件、軟件兩部分分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件上確立了安全柵功能的實(shí)現(xiàn)方案,選擇各類芯片,并完成了各個(gè)模塊的電路設(shè)計(jì)。采用24位高精度AD轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)信號采樣,利用MSP430系列單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,處理結(jié)果以PWM波的形式輸出,通過模擬濾波電路實(shí)現(xiàn)DA轉(zhuǎn)換,得到最終需輸出的電流值。軟件部分通過在單片機(jī)中利用C語言編程,實(shí)現(xiàn)AD采樣的電壓信號到溫度值,再到電流值,最后到待輸出PWM碼的轉(zhuǎn)換過程,此外還結(jié)合硬件電路,通過編程進(jìn)行單片機(jī)自診斷和其他主要功能的監(jiān)測。 最后,利用FMEDA的方法分析每個(gè)元件、每個(gè)模塊以及安全柵整體的安全失效率、可診斷危險(xiǎn)失效率、不可診斷危險(xiǎn)失效率,據(jù)此計(jì)算SFF、PFD,驗(yàn)證最終設(shè)計(jì)結(jié)果在一定檢驗(yàn)測試時(shí)間間隔內(nèi)符合SIL2的設(shè)計(jì)要求。
【關(guān)鍵詞】：功能安全 安全柵 IEC61508 SIL FMEDA
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH702
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 課題研究背景及意義9-11
• 1.1.1 課題研究背景9-10
• 1.1.2 課題研究意義10-11
• 1.2 功能安全發(fā)展概況11-19
• 1.2.1 功能安全國內(nèi)外發(fā)展概況11-13
• 1.2.2 功能安全型儀表的發(fā)展13-14
• 1.2.3 功能安全標(biāo)準(zhǔn)概述14-19
• 1.3 論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排19-20
• 第2章 功能安全型安全柵的設(shè)計(jì)要求20-25
• 2.1 安全柵的功能要求20
• 2.2 安全柵的功能安全要求20-24
• 2.2.1 安全功能的確定21
• 2.2.2 SIL等級的確定21-22
• 2.2.3 結(jié)構(gòu)的選取22
• 2.2.4 其他參數(shù)的確定22-24
• 2.3 本章小結(jié)24-25
• 第3章 功能安全型安全柵的硬件設(shè)計(jì)25-44
• 3.1 安全柵總體設(shè)計(jì)25-26
• 3.2 數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)26-28
• 3.3 信號采集模塊設(shè)計(jì)28-34
• 3.3.1 信號采集模塊總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28-29
• 3.3.2 三線制測量電阻29-30
• 3.3.3 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償30-31
• 3.3.4 AD芯片的選擇31-34
• 3.4 輸出模塊設(shè)計(jì)34-36
• 3.5 電源模塊設(shè)計(jì)36-40
• 3.6 通信接口模塊設(shè)計(jì)40-41
• 3.7 診斷模塊設(shè)計(jì)41-43
• 3.8 本章小結(jié)43-44
• 第4章 功能安全型安全柵的軟件設(shè)計(jì)44-62
• 4.1 安全柵軟件總體設(shè)計(jì)44-47
• 4.2 軟件模塊設(shè)計(jì)47-55
• 4.2.1 初始化模塊48
• 4.2.2 采樣模塊48-51
• 4.2.3 斷線報(bào)警模塊51
• 4.2.4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊51-52
• 4.2.5 數(shù)據(jù)輸出模塊52-54
• 4.2.6 MCU2與上位機(jī)通訊模塊54-55
• 4.2.7 MCU2與MCU1通訊模塊55
• 4.3 診斷內(nèi)容及措施55-60
• 4.3.1 上電診斷56-60
• 4.3.2 在線診斷60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第5章 功能安全型安全柵的驗(yàn)證62-71
• 5.1 基本功能及性能測試62-63
• 5.2 FMEDA分析63-70
• 5.2.1 FMEDA方法簡介64
• 5.2.2 FMEDA分析結(jié)果64-70
• 5.3 本章小結(jié)70-71
• 第6章 總結(jié)與展望71-73
• 6.1 總結(jié)71
• 6.2 展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 致謝77

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：788967