摘要：通常情況下，在化工元件設(shè)備安全功能分析與驗證過程中，技術(shù)人員會采用FMEDA 法對設(shè)備運(yùn)行故障進(jìn)行全面檢測與驗證。這一驗證方法不但為功能性安全產(chǎn)品的失效風(fēng)險診斷與驗證提供了一種參考范式，同時也為其安全、完整性等級和平均失效概率的計算提供了數(shù)據(jù)模型。本文shou先針對FMEDA 驗證分析法進(jìn)行了闡述，然后在此理論基礎(chǔ)上，對溫度變送器的驗證方法相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了重點論述。
引言
FMEDA 法作為溫度變送器安全工作中故障風(fēng)險診斷及驗證分析的重要技術(shù)之一，其通過失效模式分析以及影響分析和故障診斷分析，可以找到設(shè)備運(yùn)行過程中的具體故障，同時也能對相關(guān)故障進(jìn)行驗證，從而評估其可能造成的嚴(yán)重后果，以此制定積極的處理對策，可降低溫度變送器故障發(fā)生的概率，提高其運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性。
1 溫度變送器驗證中FMEDA 方法概述
1.1 FMEDA 驗證方法的概念
FMEDA 是一種設(shè)備故障分析以及故障驗證的重要技術(shù)方式。其能夠?qū)?a target="_blank" href="http://3721yy.com/cp/wdbsq/">溫度變送器或者其他相關(guān)化工工程中存在的運(yùn)行風(fēng)險進(jìn)行診斷、分析以及驗證。
1.2 FMEDA 驗證方法的理論依據(jù)
用FMEDA 對溫度變送器進(jìn)行驗證時，主要將溫度變送器的失效概率以及失效百分比和失效模式排除標(biāo)準(zhǔn)作為驗證分析指標(biāo)。一般而言，當(dāng)化工廠的溫度變送器大量生產(chǎn)后，在多次驗證基礎(chǔ)上會產(chǎn)生設(shè)備失效率值。因此，在實際驗證分析過程中，周期長、驗證基數(shù)大，在技術(shù)人員無法直接測得溫度變送器失效率參數(shù)值的前提下，可建立失效率模型，驗證溫度變送器的失效率。本文就以西門子元件為例，采用以下兩種模型對化工廠溫度變送器生產(chǎn)失效率進(jìn)行驗證分析。
λ=λref×πT×πU×πQ ⑴
λ=λref×πT ⑵
其中，在上述模型中，溫度變送器基礎(chǔ)失效率參數(shù)采用λref 表示，這一參數(shù)值可經(jīng)過對大量芯片進(jìn)行驗證分析得到；溫度變送器的溫度影響參數(shù)采用πT 表示，電壓影響參數(shù)采用πU 表示，溫度變送器的質(zhì)量參數(shù)值采用πQ 表示。因溫度變送器實際運(yùn)行中的情況不同，因此上述相關(guān)參數(shù)值也存在較大差異，需結(jié)合設(shè)備在生產(chǎn)運(yùn)行中的溫度值以及電壓值和質(zhì)量參數(shù)等進(jìn)行驗證分析。對此，本文需針對不同條件下的溫度變送器不同驗證分析方法進(jìn)行論述。
1.3 FMEDA 驗證方法的實踐步驟
具體而言，在實際驗證過程中可按照以下步驟進(jìn)行操作：①將溫度變送器劃分為不同的安全功能運(yùn)行模塊，從而對每個不同運(yùn)行模塊進(jìn)行驗證分析；②全面了解與熟悉溫度變送器每個安全功能模塊的硬件構(gòu)成圖，并熟悉每個元器件相關(guān)的工作運(yùn)行環(huán)境等，同時制作表格，對溫度變送器的每一個相關(guān)元器件的具體名稱和型號、參數(shù)值等功能信息進(jìn)行分析；③結(jié)合FMEDA 分析法的實際驗證標(biāo)準(zhǔn)，找到溫度變送器每一個相關(guān)元件的失效模式，從而科學(xué)確定溫度變送器生產(chǎn)運(yùn)行失效率；④結(jié)合溫度變送器的實際工作運(yùn)行環(huán)境，科學(xué)建立相關(guān)失效模型，以此計算其實際生產(chǎn)運(yùn)行失效率；⑤科學(xué)分析并驗證溫度變送器每一個元件的失效情況以及失效率對溫度變送器的相關(guān)影響，評估每一種失效情況屬于危險失效率還是安全失效率。
1.4 溫度變送器FMEDA 驗證條件
shou先，本文在驗證分析之前，需合理設(shè)定一個運(yùn)行溫度值�？紤]到本項目研究設(shè)計的溫度變送器能夠適應(yīng)的#大環(huán)境溫度為70℃，因此將溫度變送器FMEDA 驗證時的參考溫度設(shè)為70℃。所以，按照這一設(shè)計驗證要求，當(dāng)溫度變送器的實際運(yùn)行溫度參數(shù)值大于70℃時，其生產(chǎn)運(yùn)行的危險失效率也會不斷上升；如果其運(yùn)行溫度為70℃，則溫度變送器的實際平均失效率經(jīng)過驗證滿足生產(chǎn)運(yùn)行要求，同樣可知其在70℃以下時的平均失效率也能滿足生產(chǎn)運(yùn)行要求。
2 FMEDA 方法在溫度變送器驗證中的應(yīng)用
因溫度變送器在實際運(yùn)行中，通過時鐘模塊和信號輸入模塊、MCU 及A/D 轉(zhuǎn)換模塊和D/A 轉(zhuǎn)換輸出模塊等組成。因此，本文此次分析主要基于溫度變送器的MCU 和信號輸入兩大模塊，就復(fù)雜條件和簡單條件下的FMEDA 驗證方法進(jìn)行分析。
如下電路圖為該溫度變送器信號輸入模塊中的一部分，其主要包括電感器以及電阻器和電容器、扼流線圈等，上述相關(guān)運(yùn)行元件具有良好的濾波功能。在化工廠中的溫度變送器運(yùn)行過程中，需要科學(xué)采集以下電路圖A 端與B 端的熱電偶或熱電阻兩側(cè)的電壓信號；其中a 和b 均為接入點，基準(zhǔn)電壓由U1 提供。因R4 中的電阻值較大，因此溫度變送器運(yùn)行時該側(cè)電流值為0，從而使A 側(cè)電勢保持不變；當(dāng)如下電路圖中a、b 側(cè)連接共模扼流圈并科學(xué)將電感元件L1 與L2 接入后，此溫度變送器中的相關(guān)元件能夠充分發(fā)揮其良好的濾波功能，從而使C、D 兩側(cè)的電壓信號進(jìn)入A/D 轉(zhuǎn)換芯片中。
當(dāng)溫度變送器生產(chǎn)運(yùn)行時一旦出現(xiàn)故障，則上述電路圖兩側(cè)A/D 轉(zhuǎn)換芯片中的采樣信號就會受到嚴(yán)重影響。比如，溫度變送器C1出現(xiàn)短路情況時，電路中C 點的電勢就會降低到0，D 點為U1提供的基準(zhǔn)運(yùn)行電壓。因電路AB 兩側(cè)產(chǎn)生的電勢差遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于D 點的電勢差， 則C1出現(xiàn)短路情況時，溫度變送器CD 兩側(cè)的電壓參數(shù)值就會不斷增大，此時溫度變速器的A/D 轉(zhuǎn)換芯片通過對設(shè)備運(yùn)行時的相關(guān)信號進(jìn)行采集驗證，經(jīng)過科學(xué)轉(zhuǎn)化之后的溫度，就會低于溫度變送器所對應(yīng)信號的實際上限參數(shù)值，由此使溫度變送器進(jìn)入安全運(yùn)行狀態(tài)。在此過程中，溫度變送器C1中的相關(guān)運(yùn)行故障就會科學(xué)得到檢測與驗證。
3 溫度變送器驗證結(jié)果分析
在該電路圖中， 假設(shè)溫度變送器的實際運(yùn)行電壓為1.35V，設(shè)備所能承受的#大額定電壓為10V，因此按照上述故障診斷與驗證分析流程，結(jié)合該溫度變送器的實際物理特性和驗證前設(shè)定的溫度值70℃，并按照溫度變送器驗證標(biāo)準(zhǔn)SN29500 中的相關(guān)技術(shù)要求、兩種驗證模型λ=λref×πT×πU×πQ 和λ=λref×πT 可知，該溫度變送器的基礎(chǔ)失效率為1×10－9，電壓影響參數(shù)πU 為0.053，而溫度變送器的溫度影響參數(shù)πT 為3.7，溫度變送器的質(zhì)量參數(shù)值πQ 為2。因此，本文采用FMEDA 驗證方法對溫度變送器進(jìn)行分析，#終得到的失效參數(shù)結(jié)果如下：
4 結(jié)束語
綜上所述，設(shè)備功能安全問題在我國當(dāng)前的化工生產(chǎn)中逐漸得到重視。通過對化工生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行風(fēng)險進(jìn)行分析，可提高化工設(shè)備生產(chǎn)的安全性。經(jīng)過實踐驗證研究可知，采用FMEDA 方法對溫度變送器進(jìn)行驗證分析，不僅能夠針對溫度變送器的失效模式以及失效影響因素和驗證過程進(jìn)行分析，而且能夠在安全驗證與分析基礎(chǔ)上，大大提升溫度變送器的整體運(yùn)行性能，特別是采用FMEDA 方法對溫度變送器相關(guān)功能安全模塊中的器件進(jìn)行驗證分析，#終能夠得到準(zhǔn)確的驗證結(jié)果。
相關(guān)tuijian：論溫度變送器校準(zhǔn)與蒸汽比例閥調(diào)整；
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