IEC61508功能安全标准在电厂安全系统设计中的研究与应用

论文摘要

安全一直以来是电力工业生产过程中的一个重大问题,长期受到关注,随着工业控制在电力工业生产中的作用愈发重要,安全也就成为工业控制中的关键。工业生产中传统的安全保护措施指的是保护在危险生产区域的工作人员免受伤害或死亡。然而今天,安全解决措施己经不仅仅是保证人身安全,生产厂商不断提升生产装置的运行性能,以便实现安全和效率的统一。为了实现“安全工业”理想,越来越多的安全相关系统(包括自动控制系统和自动保护系统)用在不同领域,保护人员免受伤害,保证了机械、整套装置甚至整个工厂自动正常、安全地运转。但安全相关系统的产业化应用,遇到了系统功能安全难以确定这个最大的阻力。而安全系统自身的功能安全以及在执行安全功能时的可靠性问题便成为各行业安全系统研究的主要方向。本论文从探讨安全的定义和目标出发,引出了对安全系统的研究。系统地介绍了安全系统的主要作用和研究应用的现状与发展趋势,概括了安全系统目前国内外的研究情况;研究了基于E/E/PE(电子/电气/可编程电子)的安全系统的通用设计方法,包括风险分析、风险分配、安全等级确定的方法和系统结构配置、安全逻辑设计、控制回路设计的规则;针对安全系统设计过程中所面临的主要问题进行研究,建立了功能安全模型和MooN冗余可靠性分析模型,推导了安全完整性等级和冗余结构可靠度的计算公式;提出了电厂安全系统的设计方案;结合同济医院分布式功能站项目,设计开发了安全系统。根据控制系统安全完整性等级SIL,设计了高SIL级别的控制系统体系结构及控制策略,从而提高了机组安全性可靠性。最后,对以上一系列的研究工作进行了总结,并对未来的工作进行了展望。本文主要完成了以下几方面的工作:1.介绍了安全相关系统的特点以及目前安全系统的最新技术,结合功能安全基础标准IEC61508,引出了安全性与可靠性对安全系统的重要性,概括地介绍了安全系统目前国内外的研究情况。2.介绍了安全功能标准IEC 61508的概念和内容,引出了安全系统可靠性和安全性的指标。针对提高可靠性和有效度的方法,描述了在安全系统中,大量应用的各种冗余结构,包括工作冗余、后备冗余、表决系统、后退冗余及多级操作冗余等,由此保证了系统的安全等级达到SIL3水平和有效性度到99.9%。最后通过对安全要求最高的部分FSSS系统应用的描述,完善了安全系统的安全性和可靠性的设计提高了安全性可靠性。3.针对工程实际情况和安全系统本身各项性能的要求,设计了安全系统,并描述了为提高各功能的可靠性而使用的实现方法。4.针对安全系统设计过程中所面临的主要问题进行研究,建立了MooN冗余可靠性分析模型,推导了通信安全完整性等级和冗余结构可靠度的计算公式,并针对实际设计的安全系统进行了计算。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景
• 1.2 课题研究的意义和目标
• 1.3 论文的内容和结构
• 第二章 安全系统设计方法的研究
• 2.1 安全系统的设计目标
• 2.2 允许风险分析
• 2.3 风险分配及安全完整性等级
• 2.4 安全系统的设计
• 2.5 小结
• 第三章 电厂安全系统设计
• 3.1 电厂安全系统的整体设计
• 3.2 安全控制理论
• 3.3 小结
• 第四章 电厂安全系统设计在分布式供能站中的应用
• 4.1 项目背景
• 4.2 安全系统整体设计
• 4.3 系统分析
• 4.4 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 未来研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文