摘要
本篇文章介紹了如何使用IEC61508部分6的表格，計(jì)算安全儀表系統(tǒng)中的邏輯解算器和傳感器部分的b 系數(shù)的方法。給出了計(jì)算3選2傳感器的實(shí)例。
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安全儀表系統(tǒng)， b系數(shù)，共因失效
ABSTRACT
This article present how to calculate b factor of logic resolver and senser in SIS according table D.1, part 6 IEC 61508. It also provides an example for sensor in 2oo3 system.
KEYWORDS
Safety Instrument System(SIS), Beta Factor, Common Cause Failure
概述
安全儀表系統(tǒng)（SIS）主要用于保護(hù)一個(gè)工業(yè)過程的設(shè)備、人員和環(huán)境，防止?jié)撛谖ｋU(xiǎn)。這些系統(tǒng)經(jīng)常使用冗余設(shè)備達(dá)到需要的保護(hù)等級。如果設(shè)計(jì)滿足IEC 61511 或 IEC 61508 的要求，通常使用失效概率來評估和檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否達(dá)到了降低危險(xiǎn)的目標(biāo)。
過去的幾年中，人們認(rèn)識(shí)到共因失效對冗余設(shè)備的安全和有效性起了主要的負(fù)作用。冗余的整個(gè)價(jià)值被毀滅了。IEC 61508和概率分析清楚地意識(shí)到現(xiàn)在需要一種對共因的定量估算。
在以前的工作中，建議從下面三個(gè)方面減少共因?qū)ο到y(tǒng)的影響：
1. 減少共同作用的機(jī)會(huì) – 在冗余單元中實(shí)現(xiàn)物理分離和電氣分離。
2. 對一個(gè)共同作用做不同的響應(yīng) – 冗余單元應(yīng)該使用不同的技術(shù)/機(jī)制。
3. 對所有失效增加抵制能力。
但這些通用指南和規(guī)則并不能幫助用戶建立一種定量的計(jì)算。
共因模型
幾個(gè)已有的模型給出了共因失效的概念模型。而在這些模型中，最簡單的模型被稱為b（beta）模型，如果使用的得當(dāng)，這個(gè)模型已經(jīng)足以滿足要求了。概率論和模擬都表明：不同類型的冗余結(jié)構(gòu)必須使用不同的b系數(shù)。有了這樣的原則之后，就要為b系數(shù)的選擇提供簡便和保險(xiǎn)的方法。
選擇b系數(shù)
多個(gè)使用統(tǒng)計(jì)方法估算b系數(shù)的研究項(xiàng)目已經(jīng)完成。它們指出：在使用條件相似的工業(yè)過程控制設(shè)備時(shí)，有效的b值應(yīng)在1％到10％之間。對特定過程工廠進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)研究分析的b系數(shù)似乎沒有用。因此b系數(shù)必須基于工廠條件來估算。
在 IEC 61508 部分6 提供了使用的方法。標(biāo)準(zhǔn)的這個(gè)部分僅提供了資料性信息，還要使用相關(guān)附錄來估算b系數(shù)。使用估算共因系數(shù)其他技術(shù)的結(jié)果需要證明，當(dāng)打算遵從 IEC16508 或 IEC61511時(shí)，使用 IEC61508 部分 6 的方法具有特殊的意義。
在IEC 61508 提供的方法是要你回答一系列的問題。對每個(gè)問題的肯定回答，就能得分。把所有問題的得分相加就得到了總分。基于總分，由表D.4就可以得到 b系數(shù)的數(shù)值，見表1。 例如，如果對于一個(gè)變送器問題的肯定回答得分達(dá)到 76 分時(shí)，用于冗余變送器的b系數(shù)就是2%。
表 1 - IEC 61508 部分 6, 表 D.4
一開始你會(huì)感覺這個(gè)過程非常的復(fù)雜，但如果使用了適當(dāng)?shù)墓こ谭椒ň蜁?huì)感覺非常簡單。最簡單的方法是使用表中的最大值。對于現(xiàn)場儀表（傳感器、最終元件）最大的b系數(shù)為10%。對于邏輯解算器，最大的b系數(shù)為 5%。如果這些最大數(shù)值用于PFDavg 計(jì)算和設(shè)計(jì)滿足要求的 SIL 等級，任務(wù)就完成了。
如果PFDavg共因部分是重要的，那么值得花時(shí)間仔細(xì)復(fù)習(xí)一下IEC 61508，部分 6 的問題。很多問題與產(chǎn)品的選擇相關(guān)。如果對廠家選擇的一個(gè)高質(zhì)量產(chǎn)品進(jìn)行了全面測試，那么得到的分?jǐn)?shù)是20分。如果已經(jīng)完成的詳細(xì)共因分析做為設(shè)計(jì)的一部分，那么得到6分。如果選擇的產(chǎn)品已有至少5 年類似應(yīng)用的使用驗(yàn)證，那么得到5分。如果產(chǎn)品制造商維護(hù)一個(gè)很好的現(xiàn)場返回?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)，對產(chǎn)品開發(fā)具有反饋，就多得到4分。如果產(chǎn)品具有過壓保護(hù)和使用較好等級的元件，那么就再加上4分。作為這個(gè)選擇好產(chǎn)品的得分結(jié)果是39分。
接下來的問題集中在如何對產(chǎn)品進(jìn)行安裝和維護(hù)。冗余部件的物理分離，電纜和電源計(jì)算（16 分）。在冗余系統(tǒng)中使用不同的技術(shù)給予13分。另加的分?jǐn)?shù)要給予：
a）在交叉時(shí)間表測試不同元件的工作過程；
b）要求完成一個(gè)工作過程以后再開始另一個(gè)；
c）變更過程維護(hù)要求：沒有共因復(fù)審就不允許設(shè)備改變位置；
d）對系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和維護(hù)人員進(jìn)行共因這是培訓(xùn)；
e）限制對冗余設(shè)備的訪問；
f） 在安裝時(shí)段檢查環(huán)境條件。
實(shí)例 ——2oo3 壓力變送器
對選擇的3個(gè)羅斯蒙特 3051S壓力變送器設(shè)計(jì)進(jìn)行評估。變送器連接到一臺(tái)邏輯解算器，編程檢測過電流和欠電流，并帶診斷報(bào)警。當(dāng)一個(gè)變送器出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，過程不停機(jī)。邏輯解算器具有3選2（2oo3）功能塊，對3個(gè)變送器的2個(gè)選擇結(jié)果進(jìn)行表決輸出。
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下面的問題來自 IEC 61508，部分6 的表 D.1，傳感器部分，根據(jù)實(shí)際情況得出下面的結(jié)果。
查看清晰大圖
表 2 IEC 61508 部分 6，表 D.1 的實(shí)例
這個(gè)58分結(jié)果查表得出的b系數(shù)是5%。如果工廠操作員進(jìn)行了共因的培訓(xùn)和詳細(xì)針對抵御共因的維護(hù)過程，這個(gè)分?jǐn)?shù)會(huì)大于70分。那么b系數(shù)就是2%。
注意這里沒有考慮變送器的診斷覆蓋。當(dāng)計(jì)入了診斷后，還可以得到更多的分?jǐn)?shù)。然而這要假設(shè)：無論何時(shí)出現(xiàn)任何診斷報(bào)警要發(fā)生停機(jī)。在過程工業(yè)中，這種情況可能會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的情形。因此，診斷故障的自動(dòng)停機(jī)情況很少會(huì)執(zhí)行。IEC 61508，部分6 有一個(gè)特定的注釋說明這個(gè)問題。注釋的陳述是：
“注5：過程工業(yè)中，在診斷測試間隔中發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，像表D.2中所描述的那樣停止EUC（受控設(shè)備）控制系統(tǒng)似乎是不太可行的。這種方法不應(yīng)被曲解為：在發(fā)現(xiàn)這種故障時(shí)就要求停止過程設(shè)備。但是，如果不執(zhí)行停機(jī)，可編程電子使用診斷測試并不能降低β系數(shù)。在某些工業(yè)領(lǐng)域，在所描述的時(shí)間里停機(jī)是可行的。在這些情況下，就可能用到非零Z值。”
在這個(gè)實(shí)例中，診斷故障不執(zhí)行自動(dòng)停機(jī)，所以沒有加上診斷的分?jǐn)?shù)。
結(jié)論
估算b系數(shù)看起來是復(fù)雜或許是不可能完成的任務(wù)。這種表述可能是真的，人們試圖使用一種基于現(xiàn)場檢查數(shù)據(jù)研究的詳細(xì)統(tǒng)計(jì)方法。 無論如何，IEC 61508 標(biāo)準(zhǔn)對問題提出了一種相對簡單且比較合用的方法。使用這種方法，用戶比較容易地獲得一個(gè)評估，并把它用于SIF（安全儀表功能）的概率驗(yàn)證計(jì)算。
（羅克韋爾自動(dòng)化（中國）有限公司 華镕）
