[发明专利]基于D-S证据理论的安全仪表系统

说明书

技术领域

本发明属于工业安全仪表系统可靠性控制领域，特别涉及一种基于D-S证据理论的安全仪表可靠性控制系统。

背景技术

工业安全仪表系统（Safety Instrument System，SIS），又称为安全联锁系统（Safety interlocking System），主要为工厂控制系统中报警和联锁部分，对控制系统中检测的结果实施报警动作或调节或停机控制，是工厂企业自动控制中的重要组成部分。

SIS在危险事件发生前准时并正确地地执行其安全控制功能，由此避免或者减少事故的发生，但是SIS的功能失效将导致其安全控制功能无法实现。国际标准IEC 61508提供了几种实现功能安全的方法，其中简单而高效的方法是逻辑表决系统MOON（N选M）。

1OO1系统如图1所示，系统没有提供冗余，也没有失效模式保护，是典型的非安全系统结构。

1OO2系统如图2所示，系统带有两个独立的逻辑解算器，为了可靠断开系统，两个输出电路采用串行连接。该系统提供了较低的失效可能性，但增加了失效安全断路的可能性，有助于提高系统的可靠性。

1OO2D系统如图3所示，系统包含两个独立的电路通道和诊断通道，如果输出通道检测到一个潜在的危险失效，系统使输出回路断路，确保执行器处于安全状态。系统的诊断功能反映在系统的每个通道中，运用“依据参考”的方法进行系统诊断。1OO2D系统既能容忍安全失效，又能容忍危险失效，在检测到第一个关键失效时，系统通过降级实现1OO1D的功能，并可通过在线维护，将系统恢复到1OO2D结构。

更多的逻辑表决系统还有1OO3，2OO2，2OO3，2OO4D等，其功能通过逐步降级实现1OO2（或1OO2D），1OO1功能。

由此可以看出，在现有的安全仪表系统中，逻辑表决系统要么不具有自诊断机制，要么具有复杂的诊断电路，造成成本上升，因此急需一种在使用较少硬件设备的前提下，实现诊断依据的高可用性、高安全性的具有自诊断功能的安全仪表系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于D-S证据理论的安全仪表系统，该系统能够实现安全仪表系统的自诊断，提高工业安全仪表系统的可靠性，同时，也具有较低的成本。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的基本思路是：在多通道的逻辑表决系统结构中，通道之间的无论是相互独立还是相互关联的，其输出结果都将为其它通道的诊断提供有力的证据，通过适当的运算，这些证据将在通道点形成一种确定性或不确定性的反馈作用，从而为提高系统的可靠性和安全性提供合理的论据，而D-S证据理论正好为处理这种确定性和不确定性提供了一个公理体系。

1.证据的公理化体系

D-S证据理论由可信度分配函数、信任函数、似然函数等基本概念和Despster证据合成法则构成。设辨识框架为                                                ，若函数满足:, 则称为辨识框架上的基本可信度分配；称为A的基概率数, 的意义为：若且，则表示对A的精确信任程度；若，则表示对这个数不知道如何分配。

     称对定义的函数Bel：是上的信度函数，对称为pl为Bel的似然函数。

信度函数与似然函数的关系：分别看作是A的下限函数和上限函数。

2．证据的组合

对于同样的证据，由于来源不同，会得到不同的概率指派。D-S证据理论提出用正交和来组合这些函数。

设上的个基本概率分配函数，它们的正交和为：

     

其中：。

 3.基本算法

（1）知识表示：设某个领域的辨识框为，命题，推理规则为：  if E then H, CF

其中E,H为命题的逻辑组合，CF为可信度因子,用表示可信度。对任何命题A，A的可信度因子CF的可信度应满足：

（2）证据描述：设上定义的基本概率分配函数，则在运算中，应满足：

  

其中表示命题A的元素个数。

（3）不精确推理模型

（a）令A是规则条件部分的命题，在证据E的条件下，命题A与证据E的匹配程度为：

（b）规则条件部分命题A的确定性为：