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產品SIL設計應注意哪些事項
2021-05-17
近些年，針對石油、化工、醫藥、核工業、鐵路、軌道交通類等設備安全控制的要求越來越高，國家正積極引入SIL功能安全的理念，為與歐盟等發達國家的安全要求一致，并使這類產品的安全性能達到一定的規范，等同采用IEC61508標準的中國國家安全標準GB/T20438于2007年1月1日正式實施。隨著功能安全標準的影響逐漸擴大，我國也越來越重視對于產品的功能安全認證。
那么，要通過功能安全完整性認證即SIL認證，產品SIL設計應注意哪些事項呢？
1．安全相關產品的設計與一般系統設計的差異，在于確保產品的設計和實現滿足規定的安全功能和安全完整性要求。
為此，SIL設計需要遵循兩個原則：
原則一就是根據E/E/PES安全要求規范進行設計。首先進行風險分析確定SIL的方法，確定的SIL就是E/E/PE設計時要求實現的安全完整性目標。
原則二就是采取必要的技術與措施保證要求的安全完整性。
2．對硬件結構約束的要求，硬件安全完整性的安全功能所聲明的最高安全完整性等級，須同時滿足硬件故障裕度和安全失效分數要求。
在IEC61508中規定，對于A、B類安全相關子系統的結構約束如下表：
|
安全失效分數 （SFF） |
硬件故障裕度 |
||
|
0 |
1 |
2 |
|
|
＜60% |
SIL1 |
SIL2 |
SIL3 |
|
60%～＜90% |
SIL2 |
SIL3 |
SIL4 |
|
90%～＜99% |
SIL3 |
SIL4 |
SIL4 |
|
≥99% |
SIL3 |
SIL4 |
SIL4 |
硬件安全完整性：B類安全相關子系統的結構約束
|
安全失效分數 （SFF） |
硬件故障裕度 |
||
|
0 |
1 |
2 |
|
|
＜60% |
不允許 |
SIL1 |
SIL2 |
|
60%～＜90% |
SIL1 |
SIL2 |
SIL3 |
|
90%～＜99% |
SIL2 |
SIL3 |
SIL4 |
|
≥99% |
SIL3 |
SIL4 |
SIL4 |
下表為低要求模式、高要求模式或連續要求模式下安全功能目標失效量。
|
安全完整性等級 （SIL） |
安全功能在要求時的危險失效平均概率PFD |
安全功能的每小時危險失效平均頻率PFH |
|
4 |
≥10-5～＜10-4 |
≥10-9～＜10-8 |
|
3 |
≥10-4～＜10-3 |
≥10-8～＜10-7 |
|
2 |
≥10-3～＜10-2 |
≥10-7～＜10-6 |
|
1 |
≥10-2～＜10-1 |
≥10-6～＜10-5 |
在硬件故障裕度大于零的子系統中，對檢測出的危險故障應采取：1）某個規定的動作以達到或維持安全狀態；或者2）隔離子系統的故障部分，以保證EUC繼續安全工作，同時修理故障部分。如果在計算隨機硬件失效概率時設定的平均恢復時間（MRT）內未完成修理，則應采取某一規定的動作以達到或維持安全狀態。
在硬件故障裕度等于零的子系統中，對檢測出的危險故障應采取：1）某個規定的動作以達到或維持安全狀態；或者2）如果在計算隨機硬件失效概率時設定的平均恢復時間（MRT）內維修故障子系統。在此期間內，EUC的連續安全應通過附加措施和約束來保證。
5．在設計和開發活動中，應考慮可維護性和可測試性，以便在最終的E/E/PE安全相關系統中實現這些屬性。所有接口的設計應根據良好的人員操作習慣并應適合操作者的認知能力。安全相關系統設計的一個基本原則，是設計時應對操作者和維護人員所犯的可預見的致命失誤有充分認識，只要有可能都應能通過設計來防止和消除，或者在完成該動作之前對這些動作進行二次確認。
6．軟件SIL分為4個等級，SIL等級越高，軟件的質量管理體系與安全生命周期的嚴格程度要求就越高。在進行軟件設計時，應先根據SIL要求確定軟件結構，不同的軟件結構適合不同的SIL要求。進行軟件結構設計時，需要定義軟件的主要組件和子系統。進行軟件結構設計時，應根據安全完整性等級要求選擇適當的技術與措施，包括適當的編程語言、采用已認證的工具、已認證的翻譯器等，以保證詳細設計和開發滿足軟件要求的SIL。詳細設計和開發，應在軟件安全要求規范、軟件結構設計的描述和軟件安全確認計劃等三份文件的基礎上開展。開發的軟件應具有模塊化、可測試性與安全修改的能力。源代碼應可讀、可理解和可測試，滿足安全計劃編制中規定的所有相關要求。每一軟件代碼模塊應復審。每一軟件模塊應根據規定進行測試，以確定每一模塊執行其預定功能而不執行非預定功能。所有模塊測試結果應文檔化。
隨著國家對安全生產的重視，對產品進行功能安全評估的需求也越來越強烈。計為自動化致力于功能安全產品的生產，對新產品的研發，從一開始就嚴格遵循GB/T20438功能安全標準的理念，按照功能安全產品的全生命周期要求，對產品的危險和風險進行分析，提出整體的安全需求，編制安全計劃，嚴格按照安全需求設計產品，實現E/E/PE安全相關系統，并進行安全調試和安全確認，對后期維護也完全遵循SIL的思想。計為自動化Ring-11音叉液位開關產品已于近日通過了北京機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所安全中心SIL評估并取得了證書，這極大地增強了客戶對產品的信心，顯著提升了產品的競爭力和企業的知名度，也非常有利于企業的可持續發展。
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