便携式安全仪表系统功能测试仪的研制

　0　引言

　　安全仪表系统 (safety　instrumented　system，SIS)作为检测过程装置异常、对潜在危险做出保护动作的系统，已广泛应用于流程工业生产过程及系统中[1-3]。由于安全仪表系统工作在被动模式下，可能抑制其动作的隐性故障只有在离线测试时才能检测到，因此对运行中的SIS进行周期性安全功能验证测试是确定其运行状况及安全完整性等级 (Safety　Integrity　Lev-el，SIL)的重要措施。目前，国内现有工程上SIS的验证测试缺乏针对性的测试技术方法流程[4]，缺少SIS安全功能验证测试的专用设备，因此设计一种用于安全仪表系统安全功能验证测试设备具有重要的实际应用价值。

　　本文在结合SIS的离线功能测试内容基础上，以嵌入式处理器为核心，提出了一种安全仪表系统功能测试仪设计方法，研制了基于ARM9和Linux的便携式SIS功能测试仪，方便、　　高效地实现了SIS安全功能验证测试.

　　1安全仪表系统功能测试仪需求分析

　　安全仪表系统由传感器、逻辑控制器和执行单元组成[5]，因此测试内容包括传感器测试、逻辑控制器测试和执行单元测试。图1给出了安全仪表系统离线测试的主要内容.

　　结合上述安全仪表系统测试内容，综合分析后得出安全仪表系统功能测试仪应具备以下主要功能：　

　(1)信号量采集：包括模拟量、开关量采集;

　(2)模拟量发生：包括2～21mA电流信号和0～5V电压信号发生，仿真设备故障信号;

　　(3)根据被测对象的输入输出逻辑进行安全功能诊断;

　　(4)具有良好人机界面，实时显示重要参数状态;

　　(5)具有通信接口，完成数据通信和程序升级。

　　2便携式SIS功能测试仪总体框架设计

　　结合功能需求，给出测试仪总体设计方案，如图2所示。综合考虑 资 源 性、扩 展 性、经 济 性 等 因 素[6]，测 试 仪 采 用ARM9处理器作为主控芯片，由模拟量输出模块、信号采集模块、处理 器 模 块、通 信 模 块、人 机 接 口 模 块 组 成。利 用ADC采集传感器输出信号;通过高精度DAC和工业级V-I芯片模拟故障信号发生，同时利用　　ARM9自身的GPIO实现控制器的开关量采集。处理器核心模块完成采集数据的处理、存储、分析及诊断，通过通信接口实现与外界PC机数据通信、程序升级，利用PC机的优势完成对数据的记录和管理，为被测设备建立历史记录。人机接口完成参数设置，实时显示各种测试参数及状态。

　　3　测试仪硬件设计

　　为了便于系统功能升级与扩展，测试仪硬件部分采用核心板加资源底板的构成方式。核心板组成ARM9处理器最小系统，包括内存、Flash存储以及一些必要的扩展元器件。资源　　底板集成测试仪其它功能模块。