测量安全仪表系统

当工程师评估安全仪表系统(SISs)的性能时，有两种测量方法。更常用的度量是按需故障概率(PFD)，另一种度量是每小时危险故障的平均频率(PFH)。简称PFH来自1997年版的IEC 61508，这是一个涵盖自动系统功能安全的多行业国际标准。IEC 61508-1997使用术语每小时故障概率;在最近的文献中，术语PFH仍在使用，但其定义已被指定为危险故障的平均频率(每小时)。在哪些情况下应该使用PFD，或者PFH是一种更有效的ssis测量方法?

低需求，高需求

在通用的国际标准IEC 61508中，指出PFD(平均PFD或PFD_avg在大多数情况下)是ssis在低需求模式下运行的度量，而PFH可用于高需求和连续需求模式。

需求可以是一些需要SISs响应的事件，否则可能会对设备、人员、工厂和环境造成危害。因此，需要定义低需求模式、高需求模式和连续需求模式。

IEC 61508还提供了一些关于如何区分低需求模式和高需求模式的指南。低需求模式是指需求一年不超过一次。高需求模式是指需求一年发生一次以上。

分类简单易懂，但为什么选择一年作为两种模式的界限，而不是半年或两年呢?

从SISs的故障模式和维护策略可以得到一些线索。尽管许多现代ssis都安装了自诊断功能，但一些危险故障仍然无法通过自诊断检测到，只能在常规的证明测试中发现。

这些危险的未检测(DU)故障一直被认为是导致SISs不可用的主要原因。在PFD的简化计算中_avg对于单部件SIS(如关闭阀)，其测量值为其DU故障率与证明测试间隔的一半的乘积，实际上是SIS的平均停机时间。

这样的计算不考虑需求，即假设在需求到来之前将恢复失败的SIS。换句话说，PFD的计算_avg部分是基于这样的假设:当DU发生故障时，在接下来的验证测试中SIS是固定的，维护应该高于需求的到来。从长远来看，验证试验频率应高于需求频率。

许多ssis每年测试一次，因此自然要调整这样一个频率作为最高需求频率，以保证上述假设有效。虽然这样的测试频率实际上意味着失败的SIS恢复速率大约是半年的逆，但一年一次可以作为两种需求模式之间的保守边界。

措施的含义

这两种测量方法的含义略有不同。PFD_avg等于SIS无法履行其功能的长期平均时间比例，因此可以理解为系统的平均不可用性。同时，PFH与可靠性分析中另一常用的指标——故障发生率有相似之处。某一时刻的PFH可以看作是一个项目的无条件故障率。如果我们考虑长期，则PFH可以是平均故障率。

有了这些差异，就可以理解为什么在IEC 61508中为PFD和PFH列出了两套安全完整性水平目标。

刘一柳，挪威科技大学(NTNU)生产与质量工程系副教授。本文由控制工程中国．Joy Chang编辑，控制工程，jchang@cfemedia.com．

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