安全控制器功能安全检验测试方法与测试仪研究

论文摘要

安全控制器作为组成安全相关系统的核心已广泛应用在石油化工、铁路运输、航空工业等领域。基于安全控制器构建的安全相关系统能够在危险事件发生之前正确地执行其安全功能,避免造成重大人员伤亡和财产损失,是保障生产安全的重要措施。由于系统结构、硬件、软件及现场环境等原因,安全控制器本身也会发生失效,并且安全控制器长期工作在被动状态下,其失效不会自我暴露。因此,研究安全控制器检验测试方法以及研制具有智能化的检验测试仪具有重要理论意义和应用价值。本文结合安全控制器特点,提出了安全控制器的功能安全检验测试方法,该方法给出了测试对象的确定方法、测试周期的确定方法以及测试流程。提出了一种针对安全控制器的便携式功能安全检验测试仪的设计框架,在此基础上研制了便携式功能安全检验测试仪。该测试仪采用嵌入式系统,基于ARM9处理器完成信号采集、数据分析与处理,实现了模拟现场设备发送故障信号、检测安全控制器输出响应和数据通信；基于Linux操作系统和Qt/Embedded构建了测试仪软件系统,实现了测试功能和良好的人机界面。实验表明,安全控制器检验测试方法合理可行,所研制的测试仪输出具有较高精度,能够准确模拟故障信号发生,较好完成对安全控制器的检验测试工作,提高了测试效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 安全控制器特点概述
• 1.3 安全相关系统功能安全检验测试研究现状
• 1.3.1 功能安全标准应用现状
• 1.3.2 功能安全检验测试
• 1.4 课题的研究意义和主要研究内容
• 1.4.1 课题的研究意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 第二章 安全控制器功能安全检验测试方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 检验测试目的与意义
• 2.2.1 相关概念与参数
• 2.2.2 测试目的与意义
• 2.3 安全控制器功能安全检验测试方法
• 2.3.1 安全控制器检验测试对象的确定方法
• 2.3.2 安全控制器检验测试周期的确定方法
• 2.3.3 安全控制器检验测试流程
• 2.4 小结
• 第三章 安全控制器功能安全检验测试仪硬件设计与实现
• 3.1 引言
• 3.2 安全控制器检验测试仪总体设计框架
• 3.2.1 安全控制器检验测试装置功能要求
• 3.2.2 安全控制器检验测试仪系统构架
• 3.3 检验测试仪硬件构架
• 3.4 系统硬件设计
• 3.4.1 处理器模块
• 3.4.2 模拟量输出模块
• 3.4.3 信号采集模块
• 3.4.4 系统电源模块
• 3.4.5 通信接口模块
• 3.4.6 人机接口模块
• 3.5 系统硬件实现
• 3.5.1 硬件抗干扰措施
• 3.5.2 硬件电路PCB实现
• 3.6 小结
• 第四章 安全控制器功能安全检验测试仪软件设计与实现
• 4.1 引言
• 4.2 检验测试仪软件构架
• 4.3 嵌入式Linux操作系统移植
• 4.3.1 在宿主机搭建交叉编译环境
• 4.3.2 移植Boot loader及Linux内核
• 4.3.3 Linux根文件系统
• 4.4 Linux设备驱动程序设计
• 4.5 Qt/Embedded移植
• 4.6 基于Qt/Embedded应用程序实现
• 4.6.1 Qt Creator开发环境
• 4.6.2 基于Qt Creator的应用程序实现
• 4.7 小结
• 第五章 实验与分析
• 5.1 引言
• 5.2 测试仪软硬件测试
• 5.2.1 电源模块测试
• 5.2.2 模拟量输出模块测试
• 5.2.3 功能测试
• 5.2.4 通信模块测试
• 5.3 管道安全控制器的检验测试实验
• 5.3.1 被测设备分析
• 5.3.2 安全控制器检验测试实验
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书