從國(guó)內(nèi)外燃?xì)饩甙l(fā)展的歷程看，燃?xì)饩呖刂蒲b置的發(fā)展經(jīng)歷了全機(jī)械、機(jī)械電氣、到電氣／電子／可編程系統(tǒng)(E／E／PES)控制裝置的發(fā)展，而功能安全的研究最初是從機(jī)械領(lǐng)域開始的，機(jī)械的控制裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受環(huán)境的影響小，失效模式也相對(duì)簡(jiǎn)單，長(zhǎng)期的實(shí)踐應(yīng)用也證明是安全的，如水氣聯(lián)動(dòng)閥、溫度調(diào)節(jié)閥等。電氣／電子／可編程系統(tǒng)(E／E／PES)的應(yīng)用擴(kuò)展了安全方面的功能，實(shí)現(xiàn)了許多機(jī)械控制無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，使得器具顯得更為安全，但容易發(fā)生的潛在的各種失效模式，如溫度濕度電磁干擾等環(huán)境影響產(chǎn)生的失效，威脅到功能的可靠性，從而產(chǎn)生安全問題。國(guó)外在這方面的應(yīng)用及規(guī)范實(shí)施走在前面。
目前，國(guó)內(nèi)中高端燃?xì)饩弋a(chǎn)品控制均采用電氣／電子／可編程系統(tǒng)(E／E／PES)，如點(diǎn)火、燃?xì)怅P(guān)斷、火焰檢測(cè)、恒溫控制、安全時(shí)間控制等功能都是通過電子控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種先進(jìn)智能化技術(shù)應(yīng)用增加了對(duì)燃?xì)饩呦到y(tǒng)安全要求的復(fù)雜程度。由于行業(yè)內(nèi)對(duì)電子控制系統(tǒng)在安全可靠性設(shè)計(jì)方面的認(rèn)識(shí)不足，主要表現(xiàn)在對(duì)家用燃?xì)饩叩墓δ馨踩奶攸c(diǎn)及分類不明確，導(dǎo)致了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒有采取必要的安全措施，存在許多安全隱患。隨著住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的標(biāo)準(zhǔn)《家用燃?xì)馊紵骶唠娮涌刂破鳌稢J／T421—2013的實(shí)施，對(duì)家用燃?xì)饩叩墓δ馨踩奶攸c(diǎn)分析研究表現(xiàn)得更為緊迫和必要。
GB／T 20438標(biāo)準(zhǔn)的定義是功能安全的含義更為廣義，引入“安全相關(guān)系統(tǒng)”的概念，不僅僅是技術(shù)上的安全措施，還包括功能安全的管理等，是整體安全的概念。具體可參考參考文獻(xiàn)[2]，本文只針對(duì)燃?xì)饩呔唧w的控制功能安全做分析。
燃?xì)饩吖δ馨踩饕姎獍踩翱刂乒δ馨踩姎獍踩侨細(xì)饩呋镜墓δ馨踩?，本文不做論述?/div>
按照《家用燃?xì)馊紵骶唠娮涌刂破鳌稢J／T421—2013 4．1節(jié)的規(guī)定。依據(jù)失效產(chǎn)生的結(jié)果的嚴(yán)重性，控制功能的安全性分為：A類、B類、C類。
2．1 A類：控制功能與安全性無(wú)關(guān)
如：室內(nèi)溫控器，其功能具有開／關(guān)機(jī)，設(shè)置運(yùn)行溫度等功能，如果該控制器的功能失效可能導(dǎo)致沒有開關(guān)機(jī)指令，或不能設(shè)置溫度，但受控系統(tǒng)安全不會(huì)因此降低。
但如果這個(gè)室內(nèi)溫控器可以執(zhí)行鎖定功能的解除，是否與安全性有關(guān)需要依受控系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)判定。(具體可參見3．5節(jié))
2．2 B類：控制功能的設(shè)計(jì)能防止可預(yù)見的不安全的運(yùn)行
如：燃燒系統(tǒng)中的對(duì)風(fēng)壓開關(guān)的檢測(cè)，如果檢測(cè)電路失效并不直接導(dǎo)致CO或火焰外溢產(chǎn)牛，但會(huì)存在這種風(fēng)險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)時(shí)要能判定檢測(cè)電路失效或通過另外的回路判斷，起到預(yù)防作用。
2．3 C類：控制功能的設(shè)計(jì)能防止特定的危險(xiǎn)狀況，諸如火災(zāi)、爆炸之類的特別風(fēng)險(xiǎn)
如：燃燒控制及燃?xì)馇袛喙δ?，如果控制功能失效，將?dǎo)致燃?xì)庑孤┒a(chǎn)生火災(zāi)及爆炸，通常在設(shè)計(jì)中通過增加冗余設(shè)計(jì)及錯(cuò)誤檢測(cè)來(lái)降低這種風(fēng)險(xiǎn)的概率。
3 燃?xì)饩吖δ馨踩诸惖慕馕?/strong>
燃?xì)饩咧饕目刂乒δ馨ㄈ細(xì)馇袛喙δ?、燃燒控制功能、溫度控制功能、燃燒產(chǎn)物排放功能、系統(tǒng)重置功能等。通常這些功能的實(shí)現(xiàn)都離不開電氣／電子／可編程系統(tǒng)(E／E／PES)，這與傳統(tǒng)的對(duì)功能安全的要求是不一樣的。由于控制器功能的失效可能導(dǎo)致燃?xì)庑孤┒a(chǎn)生火災(zāi)及爆炸，有毒煙氣及過熱等危險(xiǎn)，功能設(shè)計(jì)就必須能防止這種危險(xiǎn)的發(fā)生，在失效分析的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行控制電路功能及故障保護(hù)的設(shè)計(jì)，從而保證功能安全而不僅僅是實(shí)現(xiàn)功能。要達(dá)到這種目的，必須先正確分析理解這些功能在安全上的特征及要求。
3．1 燃?xì)馇袛喙δ?/strong>
燃?xì)馇袛喙δ艿氖?huì)直接導(dǎo)致燃?xì)庑孤a(chǎn)生著火及爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，燃?xì)馇袛喙δ芤驝級(jí)安全。
燃?xì)馇袛喙δ鼙仨毷褂脙蓚€(gè)截止閥來(lái)保證燃?xì)馇袛?，通常閥的連接組合如下：
(1)兩個(gè)自動(dòng)截止閥連接
由于自動(dòng)截止閥通過已驗(yàn)證的機(jī)械結(jié)構(gòu)及壽命保證可靠性，不存在電子器件，沒有額外補(bǔ)充要求。
(2)一個(gè)自動(dòng)截止閥和一個(gè)儲(chǔ)能關(guān)閉截止閥連接
儲(chǔ)能關(guān)閉截止閥在結(jié)構(gòu)上的功能保證需要補(bǔ)充一些驗(yàn)證措施，具體可參見參考文獻(xiàn)[3]，如果是基于電子元件時(shí)(電容、電池)，在電源斷電后為確保關(guān)閉閥門，電路部分的性能應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)CJ／T 421?D4．4的內(nèi)部故障保護(hù)試驗(yàn)要求。
(3)一個(gè)自動(dòng)截止閥和一個(gè)無(wú)儲(chǔ)能關(guān)閉截止閥連接
無(wú)儲(chǔ)能關(guān)閉截止閥與儲(chǔ)能關(guān)閉截止閥功能安全的要求相同。但這種組合不能用在連續(xù)運(yùn)行的器具上，也就是說24小時(shí)中必須執(zhí)行關(guān)閉重啟，并進(jìn)行故障測(cè)試。
(4)兩個(gè)儲(chǔ)能關(guān)閉截止閥連接
(5)一個(gè)有儲(chǔ)能關(guān)閉截止閥和一個(gè)無(wú)儲(chǔ)能關(guān)閉截止閥連接
(6)兩個(gè)無(wú)儲(chǔ)能關(guān)閉截止閥連接
這種組合方式在電源斷電后不能關(guān)閉閥門(如步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的閥門)，這是不可接受的。
閥的組合符合功能安全要求，但并不意味切斷功能符合安全要求，閥的驅(qū)動(dòng)電路的失效會(huì)直接導(dǎo)致切斷功能失效。燃?xì)庑孤┖鬆顩r較為復(fù)雜，所有的安全措施都是保證不產(chǎn)生泄漏，而不是產(chǎn)生燃?xì)庑孤┖笤龠M(jìn)行保護(hù)。由于儲(chǔ)能關(guān)閉截止閥與無(wú)儲(chǔ)能關(guān)閉截止閥在國(guó)內(nèi)較少使用，本文只分析自動(dòng)截止閥的切斷功能。
第一，兩個(gè)閥門的控制均符合B類安全要求，但組合是不能達(dá)到C安全要求的，如圖1。從閥門組合的容錯(cuò)上分析，當(dāng)其中一個(gè)閥門失控(如有雜物或卡死)，另一個(gè)閥能保持正常即可符合安全要求。例如，自動(dòng)閥2失控，自動(dòng)閥1必須保證安全。B類安全的要求是電子控制1在第一個(gè)故障的條件下保證安全狀態(tài)，但該故障可能不被檢測(cè)到，當(dāng)?shù)诙€(gè)故障仍出現(xiàn)在電子控制1時(shí)，電子控制1可能導(dǎo)致自動(dòng)閥1不受控，這樣兩個(gè)閥都不受控，所以不符合C類安全要求。
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第二，兩個(gè)閥門同時(shí)由符合C類安全的電子控制器控制，整體可以達(dá)到C安全要求，如圖2。當(dāng)自動(dòng)閥1失效，如果電子控制器符合C類安全，自動(dòng)閥2在任意兩個(gè)故障的條件下均可以保證處于安全狀態(tài)，所以整體符合C類安全要求。按照這種分析，自動(dòng)閥1、2是可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)的(并聯(lián))。所以閥的冗余與閥驅(qū)動(dòng)的冗余是安全設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，都必須要做到。
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3．2 燃燒控制功能
燃燒控制功能主要包括點(diǎn)火控制、火焰監(jiān)控、安全時(shí)間、故障反應(yīng)時(shí)間、前后清掃時(shí)間、鎖定時(shí)間等時(shí)序與邏輯的控制。
火焰監(jiān)控通常與燃?xì)馇袛喙δ荜P(guān)聯(lián)，所以燃燒控制功能屬于C類安全。如果燃燒控制不包括火焰監(jiān)控功能，僅是一些時(shí)序與邏輯的控制，其功能安全可根據(jù)失效后果歸為B類，具體可參見表1。
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單獨(dú)的火焰監(jiān)控(獨(dú)立于時(shí)序與邏輯控制之外)裝置應(yīng)是C類安全。因?yàn)樽钪苯拥娘L(fēng)險(xiǎn)是熄火后，不能有效地反饋火焰信號(hào)，導(dǎo)致燃?xì)怅P(guān)閉延遲或不能關(guān)閉。
采用電子系統(tǒng)的火焰監(jiān)控通常與其他燃燒控制，燃?xì)馇袛嗟裙δ軜?gòu)成一個(gè)集成的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須符合C類安全無(wú)疑，這很容易理解。
3．3 溫度控制功能(TCF)
燃?xì)饩邷囟瓤刂乒δ苤饕獙?shí)現(xiàn)溫度恒定，預(yù)防過熱，防止燃?xì)馊紵^熱導(dǎo)致的著火風(fēng)險(xiǎn)。這類風(fēng)險(xiǎn)如：燃?xì)鉄崴魉疁剡^高產(chǎn)生傷人事故、缺水干燒產(chǎn)生的著火事故。
溫度控制功能(TCF)應(yīng)是C類安全，與燃燒控制功能比較，在功能安全方面的實(shí)質(zhì)是相同的。TCF滿足C類安全可以通過完全電子控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以允許較低安全類的電子控制器與結(jié)構(gòu)的安全措施結(jié)合達(dá)到TCF整體符合C類安全。
