误动作等级

误动作等级（STL）是对于架设在安全系统（安全相关系统或安全关键系统）中的安全机能，对误动作次数的要求。STL 1表示安全机能会出现的误动作次数最多，误动作等级最高，表示会出现的误动作最少。误动作等级没有上限的限制。

安全系统及安全机能是为了保护人员设备安全，及避免影响环境所设置，安全机能应该是在出现危险情形时才能启动。但若安全机能在没有危险情形时动作（例如因内部故障而动作），可能不会造成人员设备的危害，但会可能使设备的原始机能无法运作（例如因安全机能误动作，电梯会停在最近楼层，无法正常起降），因此会带来经济上的损失。误动作等级就是表示安全机能出现误动作的几率。

STL（误动作等级）是一种安全机能的性能水平度量，度量其误动作的频繁程度[1]。依IEC 61508、IEC 61511（英语：IEC 61511）、ISA S84[2]及EN 50204[3]等安全标准中有提到一些会因为STL而获益的典型系性。误动作等级可以让使用安全机能的终端客户有可以量化的指标，有助于客户订定期望的安全机能可用性水准。误动作等级可以针对整个安全回路订定，也可以只针对个别的元件。

终端客户常会陷入一个二难的处境，一方面需要安全机能来保护人员、设备及环境，但又不希望因为安全机能的误动作影响正常制程，因而造成经济上的损失。误动作等级可以说明安全机能误动作的几率，有助于让终端客户达到理想的安全性及理想的制程可用度。

如何决定误动作等级

误动作等级会和安全机能误动作时，因制程中断而造成的财物损失有关，若财物损失越大，则需要选择其安全机能的STL越高的设备。各家公司需决定他们可以承受或是愿意承受的财物损失。其中相关的因素有公司的财务实力、其保险政策、停机及重新开机的成本、安全设备本身的成本（若STL较高的设备，其价格也可能较高）等。上述许多因素都会随公司而不同。以下的例子是一家公司评量所需要误动作等级的表。

STL 说明
6 误动作的财物损失在二千万到五千万欧元之间
5 误动作的财物损失在一千万到二千万欧元之间
4 误动作的财物损失在五百万到一千万欧元之间
3 误动作的财物损失在一百万到五百万欧元之间
2 误动作的财物损失在五十万到一百万欧元之间
1 误动作的财物损失在十万到五十万欧元之间
不需STL 误动作的财物损失在十万欧元以下

STL等级

安全机能可以达到的STL等级是依其安全机能的失效安全几率（PFS）而定。失效安全几率和失效安全无关，是指因安全系统内部问题，造成安全机能在不应动作时动作的几率。以下的表说明PFS数值以及对应的误动作等级。

STL等级 平均PFS 误动作频率
X ≥10-(X+1)至<10-X 10X
... ... ...
5 ≥10−6至<10−5 100000
4 ≥10−5至<10−4 10000
3 ≥10−4至<10−3 1000
2 ≥10−3至<10−2 100
1 ≥10−2至<10−1 10

误动作等级和安全完整性等级

目前的安全标准只定义安全机能的安全完整性等级（SIL）。标准中不会定义误动作等级，因为误动作等级考虑的不是安全性，而是安全机能误动作造成的损失。虽然如此，误动作等级仍然是安全系统中的一个属性，尤其是在制程设备、石油及天然气、化工及核能产业的安全机能中格外的重要。这些产业中未预期的停机会使工厂陷入危险的情形，工厂要重新复工也是如此。这些制程的停机及重启是在制程中最危险的二个阶段，因此需设法将其次数降到最低。

在实务上，STL（误动作等级）及SIL（安全完整性等级）是互补的，两者都是安全机能中的属性。误动作等级是依照安全机能的平均PFS（失效安全几率）来决定，也就是依没有需求时安全机能动作的几率来决定，而安全完整性等级是依依照安全机能的平均PFD（失效危险几率）来决定，也就是依有需求时安全机能未动作的几率来决定。两者对终端用户安全及经济的考量上都很重要。

说明 误动作等级 安全完整性等级
计算基础 平均失效安全几率（PFS） 平均失效危险几率（PFD）
代表 制程可用度 安全可用度
表示方式 STL SIL
等级的范围 不受限制 1 到 4

为了计算安全回路中的PFS或PFD，需要有安全回路中每一个元件的可靠度模型及可靠度资料。最理想的可靠度模式是马克夫模型（参照安德雷·马尔可夫）。一般会需要以下的资料：

  • 可被侦测的安全失效率
  • 不可被侦测的安全失效率
  • 可被侦测的危险失效率
  • 不可被侦测的危险失效率
  • 维修率
  • 检验测试覆盖率
  • 检验测试频率
  • 共因因素

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参考文献

  1. ^ Evaluation of Spurious Trip Rate of SIS dependent on demand rate (PDF). [2016-08-26]. （原始内容存档 (PDF)于2016-07-05）. 
  2. ^ ANSI/ISA-84.00.01-2004 Part 1 (IEC 61511-1 Mod) Functional Safety: Safety Instrumented Systems for the Process Industry Sector
  3. ^ EN 50204 - Electrical apparatus for the detection and measurement of combustible or toxic gases or vapours or of oxygen. Requirements on the functional safety of fixed gas detection systems

外部链接