引言

智能压力变送器（IAD）是一种以传感技术为基础的电子装置，它可以实现对各种液体、气体、蒸汽和其他液体压力的测量。这种装置是为自动化控制系统设计的，主要用于测量和记录过程参数。随着社会经济和科学技术的发展，人们对安全的要求越来越高，这也促进了 IAD向功能安全（Functional Security, FSA）方向发展。在功能安全的概念中，系统通过在设计阶段就考虑其可能存在的故障风险来保证其安全。因此，当出现故障时， IAD能够立即响应，并停止运行，以避免造成进一步的事故和损失。

一、智能压力变送器的功能安全

1.1 功能安全概述

功能安全（Functional Safety）是指系统在其预期使用寿命内，提供足够的保护来不对使用者造成伤害，其目的是避免由功能故障所导致的危险。它是在功能安全产品中实现的一种预防措施，以降低风险和故障。功能安全产品主要包括：可编程逻辑控制器（PLC）、单片机、电源模块、数字电路和嵌入式系统等。这些产品具有执行机构，控制系统，输入输出设备和数据处理等重要部件。当其中某个部件出现故障时，可能会导致系统无法正常工作，从而引起安全事故。因此，功能安全产品要求其部件具有很高的可靠性和安全性。

1.2功能安全的重要性

功能安全是指在产品设计阶段，按照企业的安全标准和流程，充分考虑产品在生产过程中的环境、工艺、原料和产品之间的相互作用，对可能出现的安全风险进行充分识别和评估，并采取有效措施消除或降低风险，从而确保产品在实际使用过程中不会对人体健康或环境造成伤害。

功能安全是确保产品在开发、制造、包装和运输过程中安全的重要手段。功能安全的目标是确保产品不会因为错误的设计而导致有缺陷的零部件被安装在设备中并对人员造成伤害，或者因为不正确地使用而导致对设备或系统造成无法挽回的损害。因此，功能安全是一个系统概念。

1.3智能压力变送器概述

智能压力变送器是一种以微处理器为核心，具有模拟量、数字量输出的压力测量仪表。智能压力变送器主要由测量系统和控制系统组成，其中测量系统是实现压力测量的核心，主要包括信号采集、信号处理、数据显示、通讯传输等几部分。智能压力变送器是由传感器、变送器、控制电路等部分组成，其中传感器是智能压力变送器的核心部分，主要包括半导体电阻应变片、弹性膜盒等；变送器主要由电子元件和电路组成，其中电子元件是实现智能压力变送器功能安全的核心，电路是实现智能压力变送器功能安全的关键，两者缺一不可。

1.4 功能安全在智能压力变送器中的应用

功能安全是一种功能安全标准，是在设计时即考虑到失效后的功能安全。目前国际上提出了功能安全等级，智能压力变送器的安全性可分为3个等级：

（1）基础级，该级是最基本的安全性要求，是确保产品具有安全性的最低要求；

（2）增强级，该级要求比基础级更高一些，是在基础级之上提高的安全性要求；

（3）完善级，该级是最高级的安全性要求，是通过引入冗余、改进系统结构和过程设计来实现的。这一级别已经完全能够满足产品在各个方面对安全性的需求。随着人们对产品安全性要求的不断提高，智能压力变送器中的安全设计也就越来越多。

二、智能压力变送器的自诊断技术

2.1 自诊断技术概述

自诊断技术是指智能压力变送器在运行过程中，其内部的电路出现故障时，根据故障出现的原因和规律，利用软件或硬件的方法使变送器进入自诊断模式，自动监测变送器内部电路，从而判断是否需要检修。在检测过程中，采用检测电路的方式对电路中存在的问题进行分析和判断。通过软件分析系统内部是否存在问题，如果存在问题则及时停止电路运行，避免事故发生。在自诊断过程中，由于故障现象的不同以及影响因素的差异，需要采用不同的自诊断方法进行故障诊断。通过软件、硬件等多种技术手段进行故障检测、分析和判断，确保系统安全稳定运行。

2.2 智能压力变送器的自诊断需求分析

2.2.1 自诊断的意义和优势

智能压力变送器的自诊断功能，可以在生产过程中，避免由于人为操作失误而造成的质量问题或安全事故。为了能够及时发现生产中出现的故障，并且能够进行有效的维修，就必须有一套自诊断技术。在传统的智能压力变送器中，通常采用人工来进行故障的排查和维修，这不仅会浪费大量的人力、物力和财力，还会导致设备利用率下降、产品质量得不到保障等问题。自诊断技术的应用可以有效地减少这种问题的发生。通过自诊断技术，可以对系统中出现的故障进行定位、分析和维修。这样一来，就可以节约大量的人力、物力和财力，提高了设备的利用率，保证了产品质量。

2.2.2 智能压力变送器的自诊断需求

智能压力变送器的自诊断需求包括硬件部分和软件部分。硬件部分是指对压力变送器的内部元件进行检测，其目的是在系统运行过程中排除系统故障，提高系统的可靠性。硬件部分包括电路检测、机械检查、热检查等。软件部分是指对压力变送器内部进行诊断，通过软件分析和判断来判断整个系统是否存在故障，并对故障进行诊断和修复。

其中，自诊断模块包括对系统内部的电路和机械部件进行检测，诊断模块包括对系统中所有部件进行检测和对故障进行诊断。两个模块共同组成了智能压力变送器的自诊断需求。

2.3 智能压力变送器的自诊断方法

（1）智能压力变送器的自诊断方法主要包括：①电源异常检测法，根据电源状态及工作电压，判断是否存在电源故障；②电源参数异常检测法，通过对电源参数的分析，判断是否存在电源异常；③测量信号异常检测法，根据测量信号的变化判断是否存在测量信号异常。

（2）智能压力变送器的自诊断方法主要包括：①信号输出异常检测法，根据输出状态和输出波形的变化，判断是否存在输出故障；②显示报警异常检测法，根据显示报警状态和报警波形的变化判断是否存在显示报警异常；③电源电压异常检测法，通过对供电电压的分析判断是否存在电源故障。

结论

随着技术的不断进步，功能安全越来越被重视。功能安全是指通过持续地改进，降低风险，在设计阶段就考虑到系统的失效模式和后果，并在制造和使用阶段采取措施加以防止。由于系统故障可能导致灾难性的后果，因此功能安全是一个高度重视的问题。智能压力变送器可以通过在制造过程中实现自诊断功能，来提升产品质量和可靠性，降低维修成本，并在出现故障时及时修复。

通过与用户合作，以实现可重复使用的变送器；使用可编程逻辑控制器（PLC）来提高系统的可靠性和效率；并通过自诊断功能减少维护成本。这些都是智能压力变送器实现功能安全的有效途径。

参考文献

[1]基于PLC工程的机械电气设备安全控制系统[J]. 蔡永斌.信息化建设,2021

[2]机械安全控制系统实验台的研制[J]. 周成;居里锴;刘天腾.实验室研究与探索,2018

[3]膨胀压缩机组冗余型安全控制系统的设计[J]. 胡佳琦.自动化与仪表,2014