成绩：本文援用地点：怎样应用高机能监控电路来进步产业功效保险合规性？答复高机能电压监控用具有集成的保险功效，可进步体系机能，以满意IEC 61508功效保险尺度对于定量牢靠性、架构束缚跟体系保险完全性的请求，从而辅助体系合乎该尺度。简介各行各业的保险要害型利用个别都市斟酌遵照功效保险尺度1，由于这些利用一旦产生毛病，可能会对职员、财富跟情况形成迫害。产物计划师依照功效保险尺度对计划的产物停止认证，让客户能够释怀地应用产物，确保产物可能在存在保险法例的国度/地域停止贩卖，并引领功效保险市场的趋向。本文夸大了高机能监控电路2进一步合乎IEC 615083等功效保险尺度的主要性。别的，本文也是探讨与这些电路相干的产业功效保险合规性系列文章中的第一篇。懂得功效保险尺度IEC 61508尺度3也称为电气/电子/可编程电子保险相干体系功效保险尺度，旨在为全部范例的E/E/PE保险相干体系(SRS)的标准、计划跟操纵划定总体请求。它实用于种种行业，由于它是制订多个行业特定尺度的基本，比方进程产业中的IEC 615114、机器产业中的IEC 620615、核电产业中的IEC 615136、汽车产业中的ISO 262627、铁路运输中的IEC 622798、医疗装备10中的IEC 623049等，如图1所示。图1 基础尺度跟一些特定行业的功效保险尺度固然特定行业的尺度一直优先于IEC 61508，但它平日请求应用SRS中的组件来证实合乎功效保险尺度。为此，能够依照特定行业尺度（如ISO 262627）开辟组件，应用“经应用验证”3参数，遵守基础保险尺度IEC 61508（如IEC 6151111），或许应用尺度组件但采用额定的架构缓解办法。什么是保险仪表体系？IEC 61508的E/E/PE SRS在进程产业范畴被称为保险仪表体系(SIS)，在机器行业中称为保险相干电气把持体系(SRECS)，在核电行业中称为仪器仪表跟把持(I C)体系。在本文中，术语“SIS”将用于统称这些体系。11图2 SIS的典范框图图2为典范SIS的表示图，此中包括至少一个保险仪表功效(SIF)。SIF在IEC 61508中也指保险功效，但为了便于探讨，将应用术语SIF。SIF由输入子体系、逻辑解算器子体系跟终极元件子体系构成，用处是在当需要产生时，将受控装备(EUC)置于保险状况。EUC是指受SIS维护的体系。图3表现了SIF的典范框图以及子体系的示例。输入子体系包括至少一个传感器，作为监测体系，能够检测毛病并向逻辑解算器发送旌旗灯号。逻辑解算器会处置接受到的旌旗灯号，而后决议下一步做什么。比方，可能请求终极元件经由过程断路器、继电器或封闭阀等履行安装将SIS置于保险状况。11值得留神的是，监控电路2在SIS中很有效。它们能够在输入子体系中施展感化以检测异样，在逻辑解算器子体系中监测电源或其余微把持器功效跟旌旗灯号毛病，或许作为SIF自身，经由过程复位旌旗灯号使体系进入保险状况。这一点能够从图3中看出。图3 SIF的典范框图高机能监控电路怎样实现产业功效保险合规性能够经由过程保险完全性品级(SIL)来量化IEC 61508合规性。每个SIF都有SIL评级，表现SIF在管控危险方面的表示。IEC 61508划定了SIL 1到SIL 4四个SIL级别，此中SIL 4表现最牢靠。平日，起首停止伤害剖析跟危险评价，以懂得所需的保险功效，而后懂得危险下降系数，从而懂得所需的SIL品级。《进程保险手册一》12中展现了一种应用危险矩阵校准的方式。特定的SIL级别有其本身的请求，受三个要素影响3,11,13：定量牢靠性请求、架构束缚跟体系保险完全性。对每个要素，下一大节将展现监控器怎样经由过程诊断请求辅助实现IEC 61508合规性。定量牢靠性请求表1表现了IEC 61508-1第7.6.2.9节中对于保险完全性请求的择要，这项请求针对SIF的目的毛病丈量划定了响应的SIL。PFDavg是指低需要任务形式下，在须要保险功效时产生伤害毛病的均匀概率。PFH是指高需要形式或持续任务形式下，保险功效每小时产生伤害毛病的均匀频率。表1 与任务形式相干的SIS的SIL目的3,11影响随机硬件毛病均匀概率的要素有良多，此中包含诊断测试笼罩率、诊断测试距离跟未检测到的伤害毛病率（用λDU表现）3,14,15。未检测到的伤害毛病是指无奈经由过程体系诊断检测到而只能经由过程验证测试来辨认的毛病，如图4所示。这就是应用监控电路的主要性地点，由于监控电路能够作为诊断办法，辅助检测伤害毛病，从而下降产生此类毛病的概率。如许，就能够将未检测到的伤害毛病转化为检测到的毛病。图4 影响牢靠性请求的毛病范例12架构束缚除了量化的牢靠性请求外，IEC 61508还对SIS的持重性跟构造提出了请求。这些架构束缚增添了计划职员在抉择硬件架构时须要斟酌的要素。依据IEC 61508-2第7.4.4节，可用于证实合乎SIL的道路之一是道路1H。该道路基于硬件容错(HFT)跟保险生效比率(SFF)观点。面临架构束缚，须要斟酌元件的庞杂性跟范例。A类元件或简略组件存在明白界说的毛病形式、毛病前提下可猜测的行动以及牢靠毛病数据（满意所请求的未检测到的伤害毛病率）。不然视为B类元件或复合组件。表2以集成电路等电子体系为例，表现了B类元件的请求。SFF是权衡元件偏向于酿成保险状况掉败的指标，而HFT为N象征着N+1是可能招致保险功效损失的最小毛病数，因而须要必定量的冗余。这象征着，假如体系的HFT为0，则一次毛病就可能招致保险功效损失，而HFT为1则象征着须要两次毛病才会形成保险功效损失。表2 B类保险相干元件或子体系履行的保险功效的最年夜容许保险完全性品级3SFF的数学公式能够表现为：另一个术语称为诊断笼罩率，能够表现为：此中λ是毛病率，SD表现保险检测到，SU表现保险未检测到，DD表现伤害检测到，DU表现伤害未检测到，如图4所示。诊断笼罩率用于评价SIS的诊断办法在提醒伤害毛病方面的表示。这会影响体系的量化牢靠性，如前所述，而且与SFF相干，如公式1跟2所示。IEC 61508-2在其附件A中还供给了一种方式，用于断定在应用差别技巧跟办法检测随机硬件毛病时，所能到达的最年夜容许诊断笼罩率。表3表现了各个品级的诊断笼罩率分类。表3 IEC 61508诊断笼罩率分类3,11表4摘自IEC 61508-2附件A表A.1，此中指定了在量化随机硬件毛病的影响时要假设的毛病或生效，或在推导SFF时要斟酌的毛病或生效。值得留神的是，诊断笼罩率毛病模子须要到达较高的诊断笼罩率。诊断笼罩率毛病模子包含牢固电平毛病、开路毛病、开路或高阻抗输出以及旌旗灯号线之间的短路等毛病形式，全部这些毛病形式都能够经由过程过压(OV)跟欠压(UV)监督器等监控电路检测到。表4 诊断笼罩率因素的请求自力硬件诊断笼罩率因素的请求低(60％)中(90％)高(99％)数字输入/输出牢固电平诊断笼罩率毛病模子诊断笼罩率毛病模子漂移与振荡模仿输入/输出牢固电平诊断笼罩率毛病模子漂移与振荡电源牢固电平诊断笼罩率毛病模子漂移与振荡总之，IEC 61508依据SIF的HFT跟SFF划定了SIL请求。因为SFF跟诊断笼罩率参数遭到体系检测毛病才能的明显影响，改良诊断办法（比方增加监控电路）也将进步SIF的SIL品级。体系保险完全性体系保险完全性的请求实质上是定性的，用于评价体系开辟进程在打消毛病方面的才能。为此，须要彻底检讨硬件跟软件的计划、出产跟测试顺序。SIL越高，检讨就必需越严厉，而且须要组件制作商供给更多文件来证实合乎请求。IEC 61508划定了计划职员应在实用情形下课实行的多少种技巧跟办法，以打消SIS保险性命周期各个阶段的体系毛病。对此，表5列出了IEC 61508-2表A.16中的一些名目。该表表现了把持由情况压力跟影响惹起的体系毛病所需的技巧跟办法，此中M表现强迫，HR表现激烈推举，R表现推举。这些标志上面是实现此类诊断办法须要支付的任务量。比方，SIL 3品级必需采取电压监督器等办法来应答电压变更，同时激烈倡议采取顺序序列监控（如看门狗准时器），此中诊断笼罩率必需至少到达90%。表5 IEC 61508-2附件A表A.16中的局部名目3技巧/办法SIL 1SIL 2SIL 3SIL 4针对电压击穿、电压变更、过压、低电压以及交换电源频率变更等可能招致伤害毛病的景象采用的办法M 低M 中M 高顺序序列监测HR 低HR 中HR 高针对温度回升的办法HR 低HR 中HR 高检测旌旗灯号线断路跟短路的办法RRRR代码维护R 低R 中R 高体系保险完全性请求的另一个要害是存在精良的品质治理系统(QMS)。构造能够经由过程取得ISO 9001:2015品质治理系统认证来证实16。值得留神的是，IEC 61508对于团体保险性命周期跟功效保险评价的年夜局部请求与ISO 9001对团体保险性命周期的请求相分歧。因而，领有QMS证书能够放慢认证进程17。这与企业的功效保险策略相反相成，比方，在功效保险尺度（如IEC 61508）的基本上依据本身需要停止调剂。应用集成处理计划改良功效保险计划为了计划出合乎功效保险请求的体系，须要细心斟酌后面探讨的请求。此中波及实行充足的保险办法，以确保在产生毛病时仍能牢靠、保险地运转，但可能会由于增添电路元件而增添本钱。因而，应用存在集成保险功效的元件能够简化体系级实行，经由过程增加元件数目进步体系牢靠性，并经由过程收缩诊断测试距离来进步诊断笼罩率13。详细能够拜见图5，ADI的MAX42500能够经由过程将多种保险功效组合在一个封装中（而不是应用独自的监控电路），为保险要害电路供给充足的诊断笼罩率。该电源体系监督器可满意多种办法请求，比方针对电压击穿、电压变更、过压、低电压、可能招致伤害毛病的交换电源频率变更等其余景象以及顺序序列监督的办法，从而辅助实现功效保险合规性。第一个请求夸大了对全部保险要害电压轨停止UV跟OV检测的须要性。第二个请求夸大了单通道体系中尺度微把持器单位须要独自的看门狗准时器。MAX42500可满意这两种需要，它存在七个电源监督器跟一个经由过程I2C通讯的看门狗准时器。另一个考量要素是有不保险文件来证实合乎功效保险请求，尤其是在认证功效保险尺度时。合乎或取得IEC 61508认证的元件（比方MAX42500）已经由过程供给须要的保险文档（保险手册、毛病形式影响跟诊断剖析(FMEDA)、精良的QMS等）来供给这方面的支撑。只管如斯，斟酌到IEC 61508确当前订正版本，依照图5所示，仍能够应用非合规的产物（如LTC2965跟LTC4365）来进步体系的诊断笼罩率跟持重性。但是，体系计划职员须要获取须要的保险文件以满意功效保险合规性请求。图5 在保险计划中引入充足的监测跟维护办法论断本文说明了高机能电压监控器在增进产业功效保险合规方面施展的要害感化。经由过程研讨基本功效保险尺度IEC 61508及其对特定行业尺度的影响，为加深懂得奠基了基本。并且，还界说了要害术语以便于清楚懂得，比方保险仪表体系、保险仪表功效跟保险完全性品级。别的，咱们深刻研讨了IEC 61508的基础请求，包含量化牢靠性、架构束缚跟体系保险完全性，特殊夸大了采取高机能监控电路（如电源监督器跟看门狗准时器）的影响。本文以MAX42500为例探讨了集成保险功效的利用，有助于在体系计划中斟酌除了功效保险合规以外的更多方面。经由过程此次研讨，夸大了高机能电压监控器对保障产业体系保险性跟牢靠性的主要意思。请持续存眷本系列的下一篇文章，咱们将探讨在为保险要害型利用计划功效保险电源体系时应用SIL级电压监控器的上风。参考文献1 Tom Meany。“功效保险跟产业4.0”。ADI公司，2018年3月。2 Noel Tenorio跟Anthony Serquiña。“高机能电压监控器详解——第1局部”。《模仿对话》，第58卷第2期，2024年4月。3 IEC 61508《电气/电子/可编程电子保险相干体系的功效保险》的全部局部。国际电工委员会，2010年。4 IEC 61511《功效保险–进程产业范畴的保险仪表体系》的全部局部。国际电工委员会，2016年。5 IEC 62061《机器保险–保险相干电气、电子跟可编程电子把持体系的功效保险》。国际电工委员会，2005年。6 IEC 61513《核电站–保险主要仪器跟把持–体系的个别请求》。国际电工委员会，2011年。7 ISO 26262《途径车辆功效保险》的全部局部。国际尺度化构造，2011年。8 IEC 62279《铁路利用–通讯、旌旗灯号跟处置体系：铁路把持跟维护体系软件》。国际电工委员会，2015年。9 IEC 62304《医疗装备软件–软件性命周期流程》。国际电工委员会，2006年。10 “罕见成绩解答：医疗装备的功效保险”。TÜV SÜD，2024年。11 Marvin Rausand。“保险要害体系的牢靠性：实践与利用”。Wiley，2014年1月。12 《进程保险手册一：进程产业中的功效保险》。Rockwell Automation，2013年3月。13 Tom Meany。“集成电路的功效保险”。ADI公司，2018年2月。14 Loren Stewart。“回归基本16 PFDavg”。Exida，2019年10月。15 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