摘要：通常情況下，在化工元件設備安全功能分析與驗證過(guò)程中，技術(shù)人員會(huì )采用FMEDA 法對設備運行故障進(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(shí)也為其安全、完整性等級和平均失效概率的計算提供了數據模型。本文shou先針對FMEDA 驗證分析法進(jìn)行了闡述，然后在此理論基礎上，對溫度變送器的驗證方法相關(guān)內容進(jìn)行了重點(diǎn)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(guò)失效模式分析以及影響分析和故障診斷分析，可以找到設備運行過(guò)程中的具體故障，同時(shí)也能對相關(guān)故障進(jìn)行驗證，從而評估其可能造成的嚴重后果，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，提高其運行安全性與穩定性。
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 是一種設備故障分析以及故障驗證的重要技術(shù)方式。其能夠對溫度變送器或者其他相關(guān)化工工程中存在的運行風(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
用FMEDA 對溫度變送器進(jìn)行驗證時(shí)，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準作為驗證分析指標。一般而言，當化工廠(chǎng)的溫度變送器大量生產(chǎn)后，在多次驗證基礎上會(huì )產(chǎn)生設備失效率值。因此，在實(shí)際驗證分析過(guò)程中，周期長(cháng)、驗證基數大，在技術(shù)人員無(wú)法直接測得溫度變送器失效率參數值的前提下，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(mén)子元件為例，采用以下兩種模型對化工廠(chǎng)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，溫度變送器基礎失效率參數采用λref 表示，這一參數值可經(jīng)過(guò)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采用πT 表示，電壓影響參數采用πU 表示，溫度變送器的質(zhì)量參數值采用πQ 表示。因溫度變送器實(shí)際運行中的情況不同，因此上述相關(guān)參數值也存在較大差異，需結合設備在生產(chǎn)運行中的溫度值以及電壓值和質(zhì)量參數等進(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(shí)踐步驟
具體而言，在實(shí)際驗證過(guò)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行模塊，從而對每個(gè)不同運行模塊進(jìn)行驗證分析；②全面了解與熟悉溫度變送器每個(gè)安全功能模塊的硬件構成圖，并熟悉每個(gè)元器件相關(guān)的工作運行環(huán)境等，同時(shí)制作表格，對溫度變送器的每一個(gè)相關(guān)元器件的具體名稱(chēng)和型號、參數值等功能信息進(jìn)行分析；③結合FMEDA 分析法的實(shí)際驗證標準，找到溫度變送器每一個(gè)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)運行失效率；④結合溫度變送器的實(shí)際工作運行環(huán)境，科學(xué)建立相關(guān)失效模型，以此計算其實(shí)際生產(chǎn)運行失效率；⑤科學(xué)分析并驗證溫度變送器每一個(gè)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，需合理設定一個(gè)運行溫度值�？紤]到本項目研究設計的溫度變送器能夠適應的#大環(huán)境溫度為70℃，因此將溫度變送器FMEDA 驗證時(shí)的參考溫度設為70℃。所以，按照這一設計驗證要求，當溫度變送器的實(shí)際運行溫度參數值大于70℃時(shí)，其生產(chǎn)運行的危險失效率也會(huì )不斷上升；如果其運行溫度為70℃，則溫度變送器的實(shí)際平均失效率經(jīng)過(guò)驗證滿(mǎn)足生產(chǎn)運行要求，同樣可知其在70℃以下時(shí)的平均失效率也能滿(mǎn)足生產(chǎn)運行要求。
2 FMEDA 方法在溫度變送器驗證中的應用
因溫度變送器在實(shí)際運行中，通過(guò)時(shí)鐘模塊和信號輸入模塊、MCU 及A/D 轉換模塊和D/A 轉換輸出模塊等組成。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，就復雜條件和簡(jiǎn)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(xiàn)圈等，上述相關(guān)運行元件具有良好的濾波功能。在化工廠(chǎng)中的溫度變送器運行過(guò)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的電壓信號；其中a 和b 均為接入點(diǎn)，基準電壓由U1 提供。因R4 中的電阻值較大，因此溫度變送器運行時(shí)該側電流值為0，從而使A 側電勢保持不變；當如下電路圖中a、b 側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 兩側的電壓信號進(jìn)入A/D 轉換芯片中。
當溫度變送器生產(chǎn)運行時(shí)一旦出現故障，則上述電路圖兩側A/D 轉換芯片中的采樣信號就會(huì )受到嚴重影響。比如，溫度變送器C1出現短路情況時(shí)，電路中C 點(diǎn)的電勢就會(huì )降低到0，D 點(diǎn)為U1提供的基準運行電壓。因電路AB 兩側產(chǎn)生的電勢差遠遠高于D 點(diǎn)的電勢差， 則C1出現短路情況時(shí)，溫度變送器CD 兩側的電壓參數值就會(huì )不斷增大，此時(shí)溫度變速器的A/D 轉換芯片通過(guò)對設備運行時(shí)的相關(guān)信號進(jìn)行采集驗證，經(jīng)過(guò)科學(xué)轉化之后的溫度，就會(huì )低于溫度變送器所對應信號的實(shí)際上限參數值，由此使溫度變送器進(jìn)入安全運行狀態(tài)。在此過(guò)程中，溫度變送器C1中的相關(guān)運行故障就會(huì )科學(xué)得到檢測與驗證。
3 溫度變送器驗證結果分析
在該電路圖中， 假設溫度變送器的實(shí)際運行電壓為1.35V，設備所能承受的#大額定電壓為10V，因此按照上述故障診斷與驗證分析流程，結合該溫度變送器的實(shí)際物理特性和驗證前設定的溫度值70℃，并按照溫度變送器驗證標準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失效率為1×10－9，電壓影響參數πU 為0.053，而溫度變送器的溫度影響參數πT 為3.7，溫度變送器的質(zhì)量參數值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，#終得到的失效參數結果如下：
4 結束語(yǔ)
綜上所述，設備功能安全問(wèn)題在我國當前的化工生產(chǎn)中逐漸得到重視。通過(guò)對化工生產(chǎn)設備的運行風(fēng)險進(jìn)行分析，可提高化工設備生產(chǎn)的安全性。經(jīng)過(guò)實(shí)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(guò)程進(jìn)行分析，而且能夠在安全驗證與分析基礎上，大大提升溫度變送器的整體運行性能，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，#終能夠得到準確的驗證結果。
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