專利名稱：基于d-s證據(jù)理論的安全儀表系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)安全儀表系統(tǒng)可靠性控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于D-S證據(jù)理論的安全儀表可靠性控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
工業(yè)安全儀表系統(tǒng)(Safety Instrument System, SIS),又稱為安全聯(lián)鎖系統(tǒng)(Safety interlocking System),主要為工廠控制系統(tǒng)中報警和聯(lián)鎖部分,對控制系統(tǒng)中檢測的結(jié)果實施報警動作或調(diào)節(jié)或停機控制，是工廠企業(yè)自動控制中的重要組成部分。SIS在危險事件發(fā)生前準時并正確地地執(zhí)行其安全控制功能，由此避免或者減少事故的發(fā)生，但是SIS的功能失效將導(dǎo)致其安全控制功能無法實現(xiàn)。國際標準IEC 61508提供了幾種實現(xiàn)功能安全的方法，其中簡單而高效的方法是邏輯表決系統(tǒng)MOON (N選M)。 1001系統(tǒng)如圖I所示，系統(tǒng)沒有提供冗余，也沒有失效模式保護，是典型的非安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。1002系統(tǒng)如圖2所示，系統(tǒng)帶有兩個獨立的邏輯解算器，為了可靠斷開系統(tǒng)，兩個輸出電路采用串行連接。該系統(tǒng)提供了較低的失效可能性，但增加了失效安全斷路的可能性，有助于提高系統(tǒng)的可靠性。1002D系統(tǒng)如圖3所示，系統(tǒng)包含兩個獨立的電路通道和診斷通道，如果輸出通道檢測到一個潛在的危險失效，系統(tǒng)使輸出回路斷路，確保執(zhí)行器處于安全狀態(tài)。系統(tǒng)的診斷功能反映在系統(tǒng)的每個通道中，運用“依據(jù)參考”的方法進行系統(tǒng)診斷。1002D系統(tǒng)既能容忍安全失效，又能容忍危險失效，在檢測到第一個關(guān)鍵失效時，系統(tǒng)通過降級實現(xiàn)1001D的功能，并可通過在線維護，將系統(tǒng)恢復(fù)到1002D結(jié)構(gòu)。更多的邏輯表決系統(tǒng)還有1003，2002，2003，2004D等，其功能通過逐步降級實現(xiàn)1002 (或 1002D)，1001 功能。由此可以看出，在現(xiàn)有的安全儀表系統(tǒng)中，邏輯表決系統(tǒng)要么不具有自診斷機制，要么具有復(fù)雜的診斷電路，造成成本上升，因此急需一種在使用較少硬件設(shè)備的前提下，實現(xiàn)診斷依據(jù)的高可用性、高安全性的具有自診斷功能的安全儀表系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于D-S證據(jù)理論的安全儀表系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)安全儀表系統(tǒng)的自診斷，提高工業(yè)安全儀表系統(tǒng)的可靠性，同時，也具有較低的成本。為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案
本發(fā)明的基本思路是在多通道的邏輯表決系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，通道之間的無論是相互獨立還是相互關(guān)聯(lián)的，其輸出結(jié)果都將為其它通道的診斷提供有力的證據(jù)，通過適當(dāng)?shù)倪\算，這些證據(jù)將在通道點形成一種確定性或不確定性的反饋作用，從而為提高系統(tǒng)的可靠性和安全性提供合理的論據(jù)，而D-S證據(jù)理論正好為處理這種確定性和不確定性提供了一個公理體系。I.證據(jù)的公理化體系
D-S證據(jù)理論由可信度分配函數(shù)、信任函數(shù)、似然函數(shù)等基本概念和Despster證據(jù)合
成法則構(gòu)成。設(shè)辨識框架為Θ，
若函數(shù)謂2%
滿足_:#)=()，5” Μ)=1則稱爾為辨識框架沒 上的基本可信度分配；Vi c Θ，m(A)稱為A的基概率數(shù)，m(A)的意義為若
A !二 O且』Ω ,貝丨J }J.“、A.)表不對A的精確/[目任程度;若」=Ω ,則"K)表不對這個數(shù)不知道如何分配。稱對 vA(Z$，Bel(A) = Yd m(B)定義的函數(shù)制
E [At
Iti: 2, ■~、Jo.是 0 上的f目度函數(shù)，對 [ Θ，_p/() — I — ΜβΙ{Λ^稱為pi為Bel的似然函數(shù)。信度函數(shù)與似然函數(shù)的關(guān)系pHA) > Bel(A),Bel(A)和pi(A)分別
看作是A的下限函數(shù)和上限函數(shù)。2.證據(jù)的組合
對于同樣的證據(jù)，由于來源不同，會得到不同的概率指派。D-S證據(jù)理論提出用正交和來組合這些函數(shù)。設(shè)叫，W2/+'為^上的 個基本概率分配函數(shù)，它們的正交和m = M1 Θ Jii1 θ.,,Θm,;為
;ηι{φ) 二 O
m(A) = k· ^ [[mXA,). A
I" ^.=,i l<i<n
k -
其中:k~s =1- Z IIW )。
^ A.- A3.基本算法
(Ο知識表示設(shè)某個領(lǐng)域的辨識框為Ω =U,命題
A , 5、…是Ω的子集，推理規(guī)則為if E then H, CF
其中E，H為命題的邏輯組合，CF為可信度因子，用&表示可信度。對任何命題A，A的可信度因子CF的可信度應(yīng)滿足
權(quán)利要求
1.一種基于D-S證據(jù)理論的安全儀表系統(tǒng)，包括傳感器、邏輯表決系統(tǒng)和執(zhí)行單元，所述邏輯表決系統(tǒng)包括輸入回路、處理器和輸出回路，其特征在于所述邏輯表決系統(tǒng)中具有基于D-S證據(jù)理論的診斷模塊；所述基于D-S證據(jù)理論的診斷模塊根據(jù)輸入回路的信號，在D-S證據(jù)理論的基礎(chǔ)上進行計算，并將計算結(jié)果傳輸?shù)捷敵龌芈贰?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于D-S證據(jù)理論的安全儀表系統(tǒng)，其特征在于所述基于D-S證據(jù)理論的診斷模塊用于在多通道的邏輯表決系統(tǒng)中，根據(jù)通道之間的相互關(guān)聯(lián)反饋信息，通過基于D-S證據(jù)理論的計算，實現(xiàn)邏輯表決系統(tǒng)的自診斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于D-S證據(jù)理論的安全儀表系統(tǒng)，其特征在于所述邏輯表決系統(tǒng)采用1οο2結(jié)構(gòu)；所述基于D-S證據(jù)理論的診斷模塊包括狀態(tài)空間確定模塊、函數(shù)建立模塊和計算模塊； a.所述狀態(tài)空間確定模塊根據(jù)雙通道結(jié)構(gòu)確定狀態(tài)空間，將狀態(tài)組成一個辨識框架Θ ； 在1οο2邏輯結(jié)構(gòu)，對每一個通道而言，都有兩個確定的狀態(tài){可靠}、{不可靠}及一個不確定狀態(tài){未知}，其中{可靠}和{不可靠}表示對通道一而言，通道二給出了同樣的結(jié)論，分別用{1}、{0}表示，而{未知}表示對通道一而言，通道二給出了相反的結(jié)論，并用{O，1}表示，則這些狀態(tài)組成辨識框架 , {1}, {0} , {O, 1} }； b.所述函數(shù)建立模塊根據(jù)各個通道的可靠性，在辨識框架冪集rw:2f上建立基本的概率指派函數(shù)，進而得到基本概率指派； 對通道一 Jiix {1} =),Mr {0} = PiAl A-, _)，Tiir)+ P)； 對通道二 my {1} = PU2 . A1)，in.. (0} = P(l2 .11)，Otj (01} = P(l2 Ai) + P(A2 J5)； 其中mx表示通道一的概率指派函數(shù)，my表示通道二的概率指派函數(shù)，J1表示通道一給出{可靠}結(jié)論，A2表示通道二給出{可靠}結(jié)論，X表示通道一給出{不可靠}結(jié)論，石表示通道二給出{不可靠}結(jié)論； C.所述計算模塊根據(jù)概率指派計算正交和； 先計算:k I = Σ mV ' · x mJ {·},再計算斯,從而獲得可靠性度量。 X'n",I J
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于D-S證據(jù)理論的安全儀表系統(tǒng)，包括傳感器、邏輯表決系統(tǒng)和執(zhí)行單元，所述邏輯表決系統(tǒng)包括輸入回路、處理器和輸出回路以及基于D-S證據(jù)理論的診斷模塊；所述基于D-S證據(jù)理論的診斷模塊在多通道的邏輯表決系統(tǒng)中，根據(jù)通道之間的相互關(guān)聯(lián)反饋信息，通過基于D-S證據(jù)理論的計算，提高診斷依據(jù)的可靠性；采用本發(fā)明所述的基于D-S證據(jù)理論的安全儀表系統(tǒng)能夠在使用較少硬件設(shè)備的前提下，實現(xiàn)系統(tǒng)的自診斷功能，且具有成本較低，可靠性、安全性較高的優(yōu)點。
文檔編號G05B19/418GK102968109SQ20121050817
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者潘東波, 劉楓 申請人:西南大學(xué)