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與安全相關(guān)的控制系統(tǒng)性能檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-16 14:25:03 更新時(shí)間：2025-08-15 14:25:03

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

與安全相關(guān)的控制系統(tǒng)性能檢測(cè)：保障工業(yè)運(yùn)行安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，安全相關(guān)的控制系統(tǒng)（Safety Control System, SCS）是確保生產(chǎn)過(guò)程安全、防止事故發(fā)生的核心組成部分。從石油化工、電力能源到軌道交通、智能制造等領(lǐng)域，控制系統(tǒng)不僅承擔(dān)著設(shè)備運(yùn)行的調(diào)節(jié)與優(yōu)化功能，更肩負(fù)著在異?；蛭ｋU(xiǎn)工況下及時(shí)響應(yīng)、隔離風(fēng)險(xiǎn)、保障人員與設(shè)備安全的重要使命。因此，對(duì)控制系統(tǒng)性能進(jìn)行科學(xué)、全面的檢測(cè)，是實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全的重要手段。控制系統(tǒng)性能檢測(cè)旨在驗(yàn)證其在正常、異常及故障狀態(tài)下的可靠性、響應(yīng)速度、冗余能力、診斷能力及容錯(cuò)性能，確保其滿(mǎn)足相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)要求。檢測(cè)項(xiàng)目涵蓋功能完整性、響應(yīng)時(shí)間、冗余切換、通信可靠性、故障自診斷與安全輸出等多個(gè)維度。為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)檢測(cè)，需配套使用高精度、高穩(wěn)定性的檢測(cè)儀器，如可編程邏輯控制器（PLC）測(cè)試儀、信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)記錄儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等。檢測(cè)方法則包括靜態(tài)測(cè)試、動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試、故障注入測(cè)試、冗余切換測(cè)試等，結(jié)合模擬真實(shí)工況的測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行綜合評(píng)估。而檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方面，國(guó)際上普遍遵循IEC 61508（功能安全基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)）、IEC 61511（過(guò)程工業(yè)安全儀表系統(tǒng)）、ISO 13849（機(jī)械安全控制系統(tǒng)）等，這些標(biāo)準(zhǔn)為檢測(cè)流程、指標(biāo)定義、安全完整性等級(jí)（SIL）評(píng)估等提供了權(quán)威依據(jù)。通過(guò)系統(tǒng)化的檢測(cè)流程與標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)估方法，可有效識(shí)別控制系統(tǒng)潛在缺陷，提升其整體安全性能，為工業(yè)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。

核心檢測(cè)項(xiàng)目

控制系統(tǒng)性能檢測(cè)的核心項(xiàng)目包括：1）功能完整性測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)能否正確執(zhí)行預(yù)設(shè)的安全邏輯；2）響應(yīng)時(shí)間測(cè)試，測(cè)量從危險(xiǎn)信號(hào)輸入到安全輸出動(dòng)作完成的時(shí)間，確保滿(mǎn)足安全要求；3）冗余與切換性能測(cè)試，評(píng)估雙通道或多通道系統(tǒng)在主通道失效時(shí)能否無(wú)擾切換；4）故障診斷與自檢能力測(cè)試，檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部故障（如傳感器失效、通信中斷）的識(shí)別與報(bào)警能力；5）通信可靠性測(cè)試，確保安全信號(hào)在總線或網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臏?zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性；6）安全輸出驗(yàn)證，確認(rèn)輸出模塊在故障條件下處于安全狀態(tài)（如斷電時(shí)關(guān)閉閥門(mén)）。

關(guān)鍵檢測(cè)儀器

為實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)，需配備專(zhuān)業(yè)儀器設(shè)備。常用的檢測(cè)儀器包括：可編程信號(hào)發(fā)生器（模擬傳感器輸入信號(hào)）、PLC測(cè)試儀（用于驗(yàn)證邏輯執(zhí)行）、高精度數(shù)字萬(wàn)用表與示波器（監(jiān)測(cè)信號(hào)電壓與波形）、網(wǎng)絡(luò)分析儀（檢測(cè)PROFIBUS、Ethernet/IP等通信協(xié)議的實(shí)時(shí)性與丟包率）、故障注入工具（模擬斷線、短路等故障）、溫度與壓力模擬裝置（用于過(guò)程控制系統(tǒng)測(cè)試）。此外，部分系統(tǒng)還需配置專(zhuān)用的SIL驗(yàn)證工具，用于評(píng)估系統(tǒng)達(dá)到的安全完整性等級(jí)。

主要檢測(cè)方法

檢測(cè)方法應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境與安全要求，常用方法包括：靜態(tài)測(cè)試（檢查邏輯圖、程序代碼與功能設(shè)計(jì)一致性）、動(dòng)態(tài)測(cè)試（在運(yùn)行狀態(tài)下注入信號(hào)，觀察系統(tǒng)響應(yīng)）、故障注入測(cè)試（人為制造故障，驗(yàn)證系統(tǒng)容錯(cuò)能力）、壓力測(cè)試（長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行以發(fā)現(xiàn)潛在性能退化）、冗余切換測(cè)試（模擬主通道故障，驗(yàn)證冗余路徑切換成功率）、仿真測(cè)試（利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建虛擬系統(tǒng)進(jìn)行全場(chǎng)景測(cè)試）。這些方法可單獨(dú)或組合使用，以全面評(píng)估系統(tǒng)在各種工況下的安全性能。

遵循的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

控制系統(tǒng)性能檢測(cè)必須依據(jù)國(guó)際與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，主要標(biāo)準(zhǔn)包括：

IEC 61508：功能安全基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，適用于所有行業(yè)，定義了安全相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施與驗(yàn)證流程。
IEC 61511：針對(duì)過(guò)程工業(yè)（如煉油、化工）的安全儀表系統(tǒng)（SIS）標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)生命周期管理與SIL等級(jí)評(píng)定。
ISO 13849：機(jī)械安全控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，適用于工業(yè)機(jī)械，定義了性能等級(jí)（PL）與安全完整性等級(jí)（SIL）的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
IEC 62061：針對(duì)機(jī)械安全的電氣、電子與可編程電子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，與ISO 13849協(xié)同使用。

依據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)過(guò)程需明確測(cè)試目標(biāo)、制定測(cè)試用例、記錄測(cè)試結(jié)果，并出具符合性報(bào)告，作為系統(tǒng)認(rèn)證與持續(xù)維護(hù)的依據(jù)。