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油自动震荡仪时间的确认

油自动震荡仪时间的确认
    国际标准 IEC61508和 IEC61511中规定, 在**仪表体系运行期间, 为确保**仪表体系满足要求, 需要对**仪表体系进行周期性的检验测试, 用以检测**相关体系是否失效, 并在必要时可把体系恢复到正常状态或接近正常的状态。
    标准 IEC61508 . 4. 3 . 8 . 5中提出, 检验测试的有效性取决于体系恢复到正常状态的近似程度, 为使检验测试充分有效,有必要对所有的危险失效进行 100 %的检测。假设**仪表体系在每次检验测试后, 都能恢复到全新的状态, 则**仪表体系的要求时平均失效概率在整个**生命周期都是固定不变的。
    由于环境、检验测试覆盖率, 油自动震荡仪时间的确认( Test Coverage , CTI)不可能达到100%, 即**仪表体系在正常维护条件下, 要求时失效概率 PFD也会随着使用时间的增加而逐渐增大。M ostia和 Jr . P . E.在研究阀门部分行程测试中提出, **仪表体系的平均要求时失效概率(Avarage Probability of Failure on De mand, PFDavg)在整个运行期间不是固定值, 会随着时间而增大。原因是: **, **仪表体系的测试覆盖率不可能是100%; **, **仪表体系的故障率不是常数; 第三, **仪表体系不可靠的时间, 取决于检验测试是否还能影响其可靠性。Rouvroye在研究增强马尔科夫模型中提出, 工程中, **仪表体系的检验测试覆盖率一般为 80%, 其 PFD 随着时间的增加而变大。徐明和阳宪惠究马尔科夫模型状态转移矩阵特征值分解的方法, 揭示了 PFD随时间变化的趋势, **仪表体系的 PFD随着时间的增大变为 1, 即可靠性减小为 0 。
    因此, 当**仪表体系的检验测试覆盖率不能达到 100%时, **仪表体系的可靠性随着时间不断减小, 当可靠性减小到一定程度时, 导致 SIL减小一个等级时, **仪表体系就不能满足要求。这时,需要对**仪表体系进行纠正, 即**生命周期中的第 15阶段。
    任何一个设备在它投入使用时, 工作正常, 随着时间的流逝, 设备正常工作的可能性越来越小, 当时间趋于无穷时设备正常工作的概率为 0。由高可靠性可编程控制体系 PLC 、继电器、检测仪表、开关、电磁阀等组成的**仪表体系的可靠性也会随着时间的流逝, 可靠性越来越小。在**仪表体系的设计阶段, 根据需求 SIL等级, 选择一定型号的器件, 并使之满足要求, 但在使用过程中, 由于检验测试覆盖率达不到 100%, **仪表体系各器件的 PFD 会增大, 可能会导致**仪表体系的 SIL等级不能满足要求。这时, 就需要对**仪表体系进行纠正, 如能预知**仪表体系的 SI L 等级不能满足要求的时间, 及时对**仪表体系进行纠正, 就可以保证**仪表体系在整个运行期间的功能**。
   3.  油自动震荡仪时间的确认
    确认**仪表体系的纠正时间, 即研究**仪表体系的 PFD何时超过目标 SIL等级的范围, 这需要对**仪表体系进行定量分析。定量分析**仪表体系可靠性方法有: 可靠性框图、故障树和马尔科夫模型。马尔科夫模型将体系归为不同的若干状态。一个状态以某种概率转移到其他状态, 并且体系将来所处的状态和体系的历史状态无关, 只和现在的状态有关。**仪表体系失效的指数概率密度正好能够符合马尔科夫模型的这种无记忆性质, 并且利用马尔科夫模型具有以下优点 :
     ( 1)模型既可以包括设备的**失效也可以包括设备的危险失效;       ( 2)通过一次建模可以得到 PFD, PFS,MTTF等多个可靠性指标;
     ( 3)该模型能够反体系从启动到失效再到正常运行的一连串的事件序列, 利于深入了解体系的变化规律, 提高定量可靠性分析精度;     ( 4)马尔科夫模型能够覆盖*多的影响可靠性的因素, 例如结构冗余、共因失效、自诊断、在线或离线测试维修等;
     ( 5)不受设备之间的依赖关系影响, 其计算量主要取决于体系的状态, 不需要假设来简化模型, 因此具有更好的计算精度。
    因此本文采用马尔科夫模型的方法对体系的可靠性进行分析。马尔科夫模型采用状态转移图表示体系状态变化。状态转移图所用的符号, 圆圈表示体系的状态, 可以是正常、失效或者中间状态。带箭头的一条弧线表示体系状态的转移, 起点表示转移前体系状态, 终点表示转移后状态。通常状态之间的转移概率标于相应的弧线旁。
     一个油自动震荡仪时间的确认：每个状态表示正常设备和失效设备的组合。设备的失效和维修通过带箭头的弧线来表示。随着失效和维修, 体系从一个状态转移到另一个状态。体系有四种一般状态: 正常 (OK)、**失效 ( FS)、检测到的危险失效( FDD)和未检测到的危险失效 ( FDU )。其中 OK是正常工作状态, 其余三个是故障状态。
    求解马尔科夫模型的方法有很多，工程上采用一种离散时间矩阵相乘的方法非常有效和方便。首先选择一个时间间隔Δt作为基本的时间单位, 状态的转移概率等于失效率或者维修率与时间间隔的乘积 (λΔt或 μΔt)。时间间隔越小, 模型的精度便越高。为了减少计算量, 同时尽可能的减少精度上的损失, 本文取Δ t为**。
    体系初始状态所有设备均正常工作, 则 n 维初始向量 S0= [ 1 0 0], n为体系状态的个数。若第 n - 1和 n个状态分别是检测到的危险失效和未检测到的危险失效, 则 n 维失效向量为 VD =[ 0 0 0 1 1]T。     故在一个检验测试周期内, 体系状态 Si为:
Si = S0 Piday ( i= 1 , 2 , ?, TI)
PFDi = S0 Piday VD( i= 1, ?, TI)
    体系的要求时平均失效概率 PFDavg为:
PFDavg =1/TI Σ So. Piday .VD
    式中: TI—— 体系的检验测试周期, 天; S0——体系的初始状态; Pday——体系**的状态转移矩阵;VD—— 体系的 n维失效向量。
    本文以 1oo2结构的体系为例, 建立马尔科夫模型。选择参数为: 检验测试周期 ( TestInterva l ，TI) 为 365天, 故障率λ为 1X 10^(-5 ), 共因失效率 β为 10%, 诊断覆盖率 (D iagnostic Coverage ,DC)为 60%。
    本文利用自己编写的 MATLAB程序, 求得体系在**个检验测试周期内的平均要求时失效概率PFDavg= 9. 6 X10^(-4); 根据标准 IEC61508-6中表 B . 12得到 PFDavg= 9. 7 X10^(-4) 两者基本相等, 从而验证了该马尔科夫模型以及程序的正确性。
    油自动震荡仪时间的确认 IEC61508-6中要求, 在一个**生命周期中, 为了保证**仪表体系的可靠性, 需要对体系进行周期性的检验测试。
    在研究**仪表体系的功能**中, 令检验测试的状态转移矩阵为 W , 因为未检测到的危险失效只有通过检验测试才能发现并进行维修。
    一般假设检验测试到的故障都能够完全维修。以前面提到的 1oo2结构为例, 取 CTI= 100 %, 即体系的检验测试覆盖率为 100%, 表示体系每次检验测试后都能回到全新的状态, 经过仿真得到整个**生命周期的 PFDavg变化曲线, 由该图可以看出, 当检验测试覆盖率为 100%时, **仪表体系的平均要求时失效概率是不发生变化的。
    但是在实际过程中, 由于环境、检测技术、维修技术等原因, 体系的检验测试覆盖率不可能达到100%,本文分别取 CTI= 80%, CTI= 50%, CTI= 0,得到体系的 PFDavg变化曲线。
    可以看出体系的PFDavg与体系的检验测试覆盖率有很大的关系。如果体系的检验测试覆盖率达不到 100 %, 那么**仪表体系 PFDavg会随着使用时间的增加而变大。这样就会造成设计时满足要求的体系随着时间的增加可能会不满足要求, 这时就需要对体系进行纠正,使其满足**可靠性要求。
    4.   油自动震荡仪时间的确认
    4. 1 选取实例
    本文将采用国际标准 IEC61508 中第六部分B2. 4提供的示例。取检验测试的时间间隔为 1年, 并将*终元件子体系的关闭阀改为 1oo2结构,其要求的 SI L等级为 SIL2。
    由体系的结构与参数可得其传感器子体系的 PFDS、逻辑子体系的 PFDL和执行子体系的PFDFE分别为:
PFDS = 2. 3X10^(-4 )
   PFDL = 4 . 8 X 10^(- 7)   PFDFE = 4. 4 X 10^(- 3)+ 9. 7X10^(- 4)= 5 . 4X10^(- 3)
    整个体系的要求时失效概率 PFDavg为:
PFDSYS = PFDS+ PFDL + PFDPE
   = 2.3X10^(-4)+4.8 X10^(-7)+5.4X10^(-3)=5.6X10^(-3)
     查 IEC61508-1的表 2, 该体系的**完整性等级为SI L2, 满足要求。
    4.2 仿真各体系的 PFD 变化曲线
    工程中, **仪表体系的检验测试覆盖率达不到 100%, 一般为 80%, 因此本例取 CTI= 80%。首先建立各子体系的马尔科夫模型, 并采用 MATLAB程序对各马尔科夫模型进行仿真,得到各子体系在运行期间 PFD变化曲线。*后根据 PFDSYS= PFDS+ PFDL+ PFDPE得出整个体系的 PFD 及 PFDavg变化曲线见图 , 由图可以看出, 在每个检修时刻, **仪表体系的 PFD 会减小, 这是由于**仪表体系的检验测试能发现并维修未检测到的危险失效。但是由于检验测试覆盖率不能达到 100 %, **仪表体系的要求时失效概率会随着时间的流逝而增大。该**仪表体系在应用三年后, **等级由SIL2变为SIL1, 不满足企业对风险的控制要求, 即第四年需要对**仪表体系进行纠正, 这与实际情况正好符合。采用这种方法, 可以预知**仪表体系在何时不满足要求, 以便及时对**仪表体系进行纠正, 确保**仪表体系在整个**生命周期都能够满足要求。
    5.总   结
    当检验测试覆盖率不能达到 100%时, **仪表体系的 PFDavg会随着时间增加, 导致*初设计的**仪表体系不满足 SI L等级的要求。本文采用马尔科夫模型的方法对体系进行建模, 并采用 MAT-LAB仿真 PFD 的变化曲线,得出**仪表体系的纠正时间。采用这种方法可以及时地对**仪表体系进行纠正, 使**仪表体系维持要求的**完整性等级, 为工程中的实际应用提供一种参考方法。

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