Mashine, mitambo ya kuchakata na vifaa vingine vinaweza, ikiwa vitafanya kazi vibaya, kuwasilisha hatari kutokana na matukio ya hatari kama vile moto, milipuko, overdose ya mionzi na sehemu zinazosonga. Mojawapo ya njia ambazo mimea, vifaa na mashine kama hizo zinaweza kufanya kazi vibaya ni kutokana na hitilafu za vifaa vya kielektroniki, vya kielektroniki na vinavyoweza kupangwa (E/E/PE) vinavyotumika katika kubuni mifumo yao ya udhibiti au usalama. Hitilafu hizi zinaweza kutokea ama kutokana na hitilafu za kimwili kwenye kifaa (kwa mfano, kutokana na uchakavu unaotokea kwa nasibu kwa wakati (hitilafu za kawaida za vifaa)); au kutokana na hitilafu za kimfumo (kwa mfano, makosa yanayofanywa katika ubainishaji na muundo wa mfumo unaosababisha kushindwa kwa sababu ya (1) mchanganyiko fulani wa pembejeo, (2) hali fulani ya mazingira (3) ingizo zisizo sahihi au zisizo kamili kutoka kwa vitambuzi, ( 4) uwekaji data usio kamili au wenye makosa na waendeshaji, na (5) hitilafu za kimfumo zinazoweza kutokea kutokana na muundo duni wa kiolesura).

Mifumo Inayohusiana na Usalama Imeshindwa

Makala haya yanahusu usalama wa utendaji kazi wa mifumo ya udhibiti inayohusiana na usalama, na inazingatia mahitaji ya kiufundi ya maunzi na programu muhimu ili kufikia uadilifu unaohitajika. Mbinu ya jumla ni kwa mujibu wa IEC 1508 ya Tume ya Kimataifa ya Teknolojia iliyopendekezwa, Sehemu ya 2 na 3 (IEC 1993). Lengo la jumla la rasimu ya viwango vya kimataifa vya IEC 1508, Usalama wa Kiutendaji: Mifumo Inayohusiana na Usalama, ni kuhakikisha kuwa mitambo na vifaa vinaweza kuwa kiotomatiki kwa usalama. Lengo kuu katika ukuzaji wa kiwango cha kimataifa kilichopendekezwa ni kuzuia au kupunguza kasi ya:

• kushindwa kwa mifumo ya udhibiti na kusababisha matukio mengine ambayo yanaweza kusababisha hatari (kwa mfano, kushindwa kwa mfumo wa udhibiti, kupoteza udhibiti, mchakato unatoka nje ya udhibiti na kusababisha moto, kutolewa kwa vitu vya sumu, nk).
• kushindwa katika mifumo ya kengele na ufuatiliaji ili waendeshaji wasipewe taarifa katika fomu ambayo inaweza kutambuliwa haraka na kueleweka ili kutekeleza hatua muhimu za dharura.
• kushindwa kusikojulikana katika mifumo ya ulinzi, na kuifanya isipatikane inapohitajika kwa hatua ya usalama (kwa mfano, kadi ya uingizaji iliyoshindwa katika mfumo wa kuzima kwa dharura).

Kifungu "Mifumo ya usalama ya kielektroniki, ya kielektroniki na inayoweza kuratibiwa" inaweka mbinu ya jumla ya usimamizi wa usalama iliyojumuishwa ndani ya Sehemu ya 1 ya IEC 1508 kwa ajili ya kuhakikisha usalama wa mifumo ya udhibiti na ulinzi ambayo ni muhimu kwa usalama. Makala haya yanaelezea muundo wa jumla wa uhandisi wa dhana unaohitajika ili kupunguza hatari ya ajali hadi kiwango kinachokubalika, ikijumuisha jukumu la mifumo yoyote ya udhibiti au ulinzi kulingana na teknolojia ya E/E/PE.

Katika mchoro 1, hatari kutoka kwa kifaa, kiwanda cha kuchakata au mashine (kwa ujumla hujulikana kama vifaa chini ya udhibiti (EUC) bila vifaa vya kinga) imetiwa alama kwenye ncha moja ya Kiwango cha Hatari cha EUC, na kiwango kinacholengwa cha hatari kinachohitajika kufikia kiwango kinachohitajika cha usalama kiko upande mwingine. Katikati kunaonyeshwa mchanganyiko wa mifumo inayohusiana na usalama na vifaa vya nje vya kupunguza hatari vinavyohitajika kutengeneza upunguzaji wa hatari unaohitajika. Hizi zinaweza kuwa za aina mbalimbali-mitambo (kwa mfano, valves za kupunguza shinikizo), hydraulic, nyumatiki, kimwili, pamoja na mifumo ya E/E/PE. Kielelezo cha 2 kinasisitiza jukumu la kila safu ya usalama katika kulinda EUC ajali inavyoendelea.

Kielelezo 1. Kupunguza hatari: Dhana za jumla

Kielelezo 2. Mfano wa jumla: Tabaka za ulinzi

Isipokuwa kwamba uchambuzi wa hatari na hatari umefanywa kwa EUC kama inavyohitajika katika Sehemu ya 1 ya IEC 1508, muundo wa jumla wa dhana ya usalama umeanzishwa na kwa hivyo kazi zinazohitajika na Kiwango cha Uadilifu cha Usalama (SIL) kwa E/E/ Udhibiti wa PE au mfumo wa ulinzi umefafanuliwa. Lengo la Kiwango cha Uadilifu cha Usalama linafafanuliwa kuhusiana na Kipimo cha Kushindwa Lengwa (tazama jedwali 1).

Jedwali 1. Viwango vya Uadilifu vya Usalama kwa mifumo ya ulinzi: Hatua za kushindwa kwa lengo

Kiwango cha uadilifu wa usalama                        Njia ya uendeshaji ya mahitaji (Uwezekano wa kushindwa kutekeleza kazi yake ya kubuni kwa mahitaji)

4 10^-5 ≤ × 10^-4

3 10^-4 ≤ × 10^-3

2 10^-3 ≤ × 10^-2

1 10^-2 ≤ × 10^-1 

Mifumo ya Ulinzi

Karatasi hii inaangazia mahitaji ya kiufundi ambayo mbuni wa mfumo unaohusiana na usalama wa E/E/PE anapaswa kuzingatia ili kukidhi lengo linalohitajika la Kiwango cha Uadilifu wa Usalama. Lengo ni mfumo wa kawaida wa ulinzi unaotumia vifaa vya kielektroniki vinavyoweza kuratibiwa ili kuruhusu mjadala wa kina zaidi wa masuala muhimu na hasara ndogo kwa ujumla. Mfumo wa kawaida wa ulinzi unaonyeshwa kwenye mchoro wa 3, ambao unaonyesha mfumo wa usalama wa kituo kimoja na kizima cha pili kilichowashwa kupitia kifaa cha uchunguzi. Katika operesheni ya kawaida, hali isiyo salama ya EUC (kwa mfano, kasi ya juu katika mashine, joto la juu kwenye mmea wa kemikali) itagunduliwa na sensor na kupitishwa kwa vifaa vya elektroniki vinavyoweza kupangwa, ambavyo vitaamuru waendeshaji (kupitia relay za pato) kuweka. mfumo katika hali salama (kwa mfano, kuondoa nguvu kwa motor ya umeme ya mashine, kufungua valve ili kupunguza shinikizo).

Kielelezo 3. Mfumo wa ulinzi wa kawaida

Lakini vipi ikiwa kuna kushindwa katika vipengele vya mfumo wa ulinzi? Hii ni kazi ya kuzima kwa sekondari, ambayo imeanzishwa na kipengele cha uchunguzi (kujiangalia) cha kubuni hii. Hata hivyo, mfumo hauko salama kabisa, kwani muundo huo una uwezekano fulani tu wa kupatikana wakati unapoulizwa kutekeleza kazi yake ya usalama (una uwezekano fulani wa kushindwa kwa mahitaji au Kiwango fulani cha Uadilifu wa Usalama). Kwa mfano, muundo ulio hapo juu unaweza kugundua na kuvumilia aina fulani za kushindwa kwa kadi ya pato, lakini hautaweza kuhimili kutofaulu kwa kadi ya ingizo. Kwa hiyo, uadilifu wake wa usalama utakuwa wa chini zaidi kuliko ule wa muundo na kadi ya uingizaji ya kuaminika zaidi, au uchunguzi ulioboreshwa, au mchanganyiko wa haya.

Kuna sababu nyingine zinazowezekana za kushindwa kwa kadi, ikiwa ni pamoja na makosa ya "jadi" ya kimwili katika maunzi, hitilafu za utaratibu ikiwa ni pamoja na makosa katika vipimo vya mahitaji, makosa ya utekelezaji katika programu na ulinzi usiofaa dhidi ya hali ya mazingira (kwa mfano, unyevu). Uchunguzi katika muundo huu wa kituo kimoja hauwezi kufunika aina hizi zote za hitilafu, na kwa hivyo hii itaweka kikomo Kiwango cha Uadilifu wa Usalama kinachopatikana katika mazoezi. (Ufunikaji ni kipimo cha asilimia ya makosa ambayo muundo unaweza kugundua na kushughulikia kwa usalama.)

Mahitaji ya Kiufundi

Sehemu ya 2 na 3 ya rasimu ya IEC 1508 hutoa mfumo wa kutambua sababu mbalimbali zinazoweza kusababisha kushindwa katika maunzi na programu na kwa kuchagua vipengele vya muundo vinavyoshinda sababu zinazowezekana za kushindwa zinazolingana na Kiwango cha Uadilifu cha Usalama kinachohitajika cha mfumo unaohusiana na usalama. Kwa mfano, mbinu ya jumla ya kiufundi ya mfumo wa ulinzi katika mchoro wa 3 umeonyeshwa kwenye mchoro wa 4. Kielelezo kinaonyesha mikakati miwili ya msingi ya kushinda makosa na kushindwa: (1) kuepuka makosa, ambapo utunzaji unachukuliwa ili kuzuia makosa kuundwa; na (2) uvumilivu wa makosa, ambapo kubuni imeundwa mahsusi kuvumilia makosa maalum. Mfumo wa chaneli moja uliotajwa hapo juu ni mfano wa muundo (mdogo) unaostahimili makosa ambapo uchunguzi hutumiwa kugundua makosa fulani na kuweka mfumo katika hali salama kabla ya kushindwa kwa hatari kutokea.

Kielelezo 4. Ufafanuzi wa kubuni: Suluhisho la kubuni

Kuepuka makosa

Majaribio ya kuzuia makosa kuzuia makosa kuletwa kwenye mfumo. Mbinu kuu ni kutumia njia ya kimfumo ya kusimamia mradi ili usalama uchukuliwe kama ubora unaoweza kutambulika na unaoweza kudhibitiwa wa mfumo, wakati wa kubuni na kisha wakati wa operesheni na matengenezo. Mbinu, ambayo ni sawa na uhakikisho wa ubora, inategemea dhana ya maoni na inahusisha: (1) kupanga (kufafanua malengo ya usalama, kutambua njia na njia za kufikia malengo); (2) kupima mafanikio dhidi ya mpango wakati wa utekelezaji na (3) utumiaji maoni kusahihisha mikengeuko yoyote. Mapitio ya kubuni ni mfano mzuri wa mbinu ya kuepuka makosa. Katika IEC 1508 mbinu hii ya "ubora" ya kuepuka makosa inawezeshwa na mahitaji ya kutumia mzunguko wa maisha ya usalama na kutumia taratibu za usimamizi wa usalama kwa maunzi na programu. Kwa upande wa pili, hizi mara nyingi hujidhihirisha kama taratibu za uhakikisho wa ubora wa programu kama zile zilizofafanuliwa katika ISO 9000-3 (1990).

Zaidi ya hayo, Sehemu ya 2 na 3 ya IEC 1508 (kuhusu maunzi na programu, mtawalia) inaweka daraja la mbinu au hatua fulani ambazo huchukuliwa kuwa muhimu kwa kuepuka hitilafu wakati wa awamu mbalimbali za mzunguko wa usalama. Jedwali la 2 linatoa mfano kutoka Sehemu ya 3 kwa awamu ya usanifu na ukuzaji wa programu. Mbuni angetumia jedwali kusaidia katika uteuzi wa mbinu za kuepuka makosa, kulingana na Kiwango cha Uadilifu cha Usalama kinachohitajika. Kwa kila mbinu au kipimo katika majedwali kuna pendekezo kwa kila Kiwango cha Uadilifu wa Usalama, 1 hadi 4. Mapendekezo mbalimbali yanajumuisha Yanayopendekezwa Sana (HR), Yanayopendekezwa (R), Yasiyoegemea upande wowote—si kwa au kupinga (—) na Haipendekezwi. (NR).

Jedwali 2. Ubunifu na maendeleo ya programu

HR = ilipendekezwa sana; R = ilipendekeza; NR = haipendekezwi;— = neutral: mbinu/kipimo si cha au dhidi ya SIL.
Kumbuka: mbinu/kipimo kilichohesabiwa kitachaguliwa kulingana na kiwango cha uadilifu wa usalama.

Uvumilivu wa kosa

IEC 1508 inahitaji kuongezeka kwa viwango vya uvumilivu wa makosa kadri lengo la uadilifu wa usalama linavyoongezeka. Kiwango kinatambua, hata hivyo, kwamba uvumilivu wa hitilafu ni muhimu zaidi wakati mifumo (na vipengele vinavyounda mifumo hiyo) ni changamano (iliyoteuliwa kama Aina B katika IEC 1508). Kwa mifumo isiyo ngumu zaidi, "iliyothibitishwa vizuri", kiwango cha uvumilivu wa makosa kinaweza kupumzika.

Uvumilivu dhidi ya makosa ya vifaa vya nasibu

Jedwali la 3 linaonyesha mahitaji ya ustahimilivu wa hitilafu dhidi ya hitilafu za nasibu za maunzi katika vipengee changamano vya maunzi (km, vichakataji vidogo) vinapotumika katika mfumo wa ulinzi kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro 3. Mbuni anaweza kuhitaji kuzingatia mseto ufaao wa uchunguzi, ustahimilivu wa hitilafu na hundi ya uthibitisho wa mikono ili kushinda aina hii ya makosa, kulingana na Kiwango cha Uadilifu cha Usalama kinachohitajika.

Jedwali 3. Kiwango cha Uadilifu cha Usalama - Mahitaji ya hitilafu kwa vipengele vya Aina B¹

1 Makosa yanayohusiana na usalama ambayo hayajagunduliwa yatagunduliwa na ukaguzi wa uthibitisho.

2 Kwa vipengele bila chanjo ya uchunguzi wa kati ya mtandaoni, mfumo utaweza kufanya kazi ya usalama mbele ya kosa moja. Makosa yanayohusiana na usalama ambayo hayajagunduliwa yatagunduliwa na ukaguzi wa uthibitisho.

3 Kwa vipengele vilivyo na chanjo ya juu ya uchunguzi wa mtandaoni, mfumo utaweza kufanya kazi ya usalama mbele ya kosa moja. Kwa vipengele bila chanjo ya juu ya uchunguzi wa mtandaoni, mfumo utaweza kufanya kazi ya usalama mbele ya makosa mawili. Makosa yanayohusiana na usalama ambayo hayajagunduliwa yatagunduliwa na ukaguzi wa uthibitisho.

4 Vipengele vitakuwa na uwezo wa kufanya kazi ya usalama mbele ya makosa mawili. Makosa yatagunduliwa na chanjo ya juu ya uchunguzi mtandaoni. Makosa yanayohusiana na usalama ambayo hayajagunduliwa yatagunduliwa na ukaguzi wa uthibitisho. Uchambuzi wa kiasi cha maunzi utategemea mawazo ya hali mbaya zaidi.

¹Vipengele ambavyo modi zake za kutofaulu hazijafafanuliwa vizuri au kufanyiwa majaribio, au ambazo kuna data duni ya kutofaulu kutoka kwa uzoefu wa uwanjani (kwa mfano, vifaa vya kielektroniki vinavyoweza kupangwa).

IEC 1508 humsaidia mbunifu kwa kutoa majedwali ya vipimo vya muundo (ona jedwali la 4) na vigezo vya muundo vilivyoainishwa dhidi ya Kiwango cha Uadilifu wa Usalama kwa idadi ya usanifu wa mfumo wa ulinzi unaotumika sana.

Jedwali la 4. Masharti ya Kiwango cha 2 cha Uadilifu wa Usalama - Usanifu wa mifumo ya kielektroniki unaoweza kuratibiwa kwa mifumo ya ulinzi.

Safu ya kwanza ya jedwali inawakilisha usanifu wenye viwango tofauti vya uvumilivu wa makosa. Kwa ujumla, usanifu uliowekwa karibu na chini ya meza una kiwango cha juu cha uvumilivu wa makosa kuliko wale walio karibu na juu. Mfumo wa 1oo2 (moja kati ya miwili) unaweza kuhimili hitilafu yoyote, kama vile 2oo3 inavyoweza.

Safu wima ya pili inaelezea asilimia ya huduma ya uchunguzi wowote wa ndani. Kiwango cha juu cha uchunguzi, makosa zaidi yatafungwa. Katika mfumo wa ulinzi hii ni muhimu kwa sababu, mradi kipengele mbovu (kwa mfano, kadi ya kuingiza) kitarekebishwa ndani ya muda unaofaa (mara nyingi saa 8), kuna hasara ndogo katika usalama wa utendaji. (Kumbuka: hii haitakuwa hivyo kwa mfumo wa udhibiti unaoendelea, kwa sababu hitilafu yoyote inaweza kusababisha hali isiyo salama ya papo hapo na uwezekano wa tukio.)

Safu ya tatu inaonyesha muda kati ya majaribio ya kuthibitisha. Hivi ni vipimo maalum ambavyo vinatakiwa kutekelezwa ili kutekeleza kikamilifu mfumo wa ulinzi ili kuhakikisha kuwa hakuna makosa yaliyofichika. Kawaida haya hufanywa na muuzaji wa vifaa wakati wa kuzima kwa mimea.

Safu ya nne inaonyesha kiwango cha safari cha uwongo. Safari ya uwongo ni ile inayosababisha mtambo au kifaa kuzima wakati hakuna mkengeuko wa mchakato. Bei ya usalama mara nyingi huwa kiwango cha juu cha safari za uwongo. Mfumo rahisi wa ulinzi usiohitajika—1oo2—una, pamoja na vipengele vingine vyote vya usanifu ambavyo havijabadilika, Kiwango cha juu cha Uadilifu wa Usalama lakini pia kiwango cha juu cha safari potofu kuliko mfumo wa chaneli moja (1oo1).

Ikiwa moja ya usanifu kwenye jedwali haitumiwi au ikiwa mbuni anataka kufanya uchambuzi wa kimsingi zaidi, basi IEC 1508 inaruhusu mbadala hii. Mbinu za uhandisi za kutegemewa kama vile uundaji wa Markov zinaweza kutumiwa kukokotoa kipengele cha maunzi cha Kiwango cha Uadilifu cha Usalama (Johnson 1989; Goble 1992).

Uvumilivu dhidi ya kushindwa kwa sababu za kawaida na za kawaida

Aina hii ya kutofaulu ni muhimu sana katika mifumo ya usalama na ndio kigezo cha kufikiwa kwa uadilifu wa usalama. Katika mfumo usiohitajika sehemu au mfumo mdogo, au hata mfumo mzima, unarudiwa ili kufikia kuegemea juu kutoka kwa sehemu za kuegemea chini. Uboreshaji wa kuegemea hutokea kwa sababu, kwa takwimu, nafasi ya mifumo miwili kushindwa wakati huo huo na makosa ya random itakuwa bidhaa ya kuaminika kwa mifumo ya mtu binafsi, na hivyo chini sana. Kwa upande mwingine, makosa ya utaratibu na ya kawaida husababisha mifumo isiyohitajika kushindwa kwa bahati wakati, kwa mfano, hitilafu ya vipimo katika programu husababisha sehemu zilizorudiwa kushindwa kwa wakati mmoja. Mfano mwingine utakuwa kushindwa kwa usambazaji wa umeme wa kawaida kwa mfumo usio na nguvu.

IEC 1508 hutoa majedwali ya mbinu za uhandisi zilizoorodheshwa dhidi ya Kiwango cha Uadilifu wa Usalama kinachozingatiwa kuwa bora katika kutoa ulinzi dhidi ya hitilafu za kimfumo na za kawaida.

Mifano ya mbinu zinazotoa ulinzi dhidi ya kushindwa kwa utaratibu ni utofauti na uchanganuzi redundancy. Msingi wa utofauti ni kwamba ikiwa mbuni atatumia chaneli ya pili katika mfumo usiohitajika kwa kutumia teknolojia au lugha tofauti ya programu, basi hitilafu katika njia zisizohitajika zinaweza kuchukuliwa kuwa huru (yaani, uwezekano mdogo wa kushindwa kwa bahati mbaya). Hata hivyo, hasa katika eneo la mifumo inayotegemea programu, kuna pendekezo fulani kwamba mbinu hii inaweza isiwe na ufanisi, kwani makosa mengi yako katika vipimo. Upungufu wa uchanganuzi hujaribu kutumia habari isiyohitajika katika mtambo au mashine ili kutambua makosa. Kwa sababu nyinginezo za kutofaulu kwa utaratibu—kwa mfano, mikazo ya nje—kiwango hutoa majedwali yanayotoa ushauri kuhusu mbinu bora za uhandisi (kwa mfano, utenganisho wa mawimbi na nyaya za umeme) zilizoorodheshwa dhidi ya Kiwango cha Uadilifu cha Usalama.

Hitimisho

Mifumo ya kompyuta hutoa faida nyingi-sio tu za kiuchumi, lakini pia uwezekano wa kuboresha usalama. Walakini, umakini kwa undani unaohitajika ili kutambua uwezo huu ni mkubwa zaidi kuliko ilivyo kwa kutumia vipengee vya kawaida vya mfumo. Nakala hii imeelezea mahitaji makuu ya kiufundi ambayo mbuni anahitaji kuzingatia ili kutumia teknolojia hii kwa mafanikio.

Back