Hatada güvenli bir asansör uygulaması için elektronik kart tasarımı ve güvenilirlik analizi
An electronic board design for a safety related lift application and its reliability analysis
Yazar: FURKAN KARABAYIR
Danışman: DOÇ. DR. HACI İLHAN ; DOÇ. DR. ÖZGÜR TURAY KAYMAKÇI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Son yıllarda, Elektrik / Elektronik / Programlanbilir Elektronik (E/E/PE) emniyetle ilgili sistemler, emniyetli elektronik cihazlar tasarlamak için tasarımcıların bir hayli dikkatini çekmiştir. Uygulaması medikalden raylı ulaşıma, asansörden otomotiv sektörüne kadar çok çeşitli alanlarda olabilir. EN 61508 standardı emniyet sistemini tasarlamak için donanımsal ve yazılımsal açıdan gerekli bütün spesifikasyonları belirtmiştir. Standart aynı zamanda minimum gerekli güvenlik bütünlük seviyesini (SIL) sağlamak için sistemin normal çalışma ve bakımı için tüm gereklilikleri de belirtmiştir. Bu çalışmada, asansörlerde kullanılan bir güvenlik fonksiyonunun elektronik kart olarak emniyetli tasarımı ve güvenilirlik analizi üzerinde durulmuştur. Asansör kuyusuna erişim sağlayan kapıların açılmasının kontrolü bir elektronik kart ile tasarlanmıştır ve güvenilirlik analizi yapılmış, EN 81-20 standardında bulunan elektrik güvenlik tertibatları tablosundaki gerekli SIL seviyesine ulaşılması amaçlanmıştır. Tasarlanan elektronik kart kat kapılarının pozisyonlarını güvenli bir şekilde izler ve gerekli fonksiyonu çalıştırır. Aynı zamanda tasarımdaki olası donanımsal hataları teşhis eder. Çeşitli emniyet mimarileri araştırılarak sistem için en uygun mimari ile tasarım gerçekleştirilmiştir. 1oo2 emniyet mimarisi kullanılarak güvenilirlik artırılmıştır. Güvenilirlik analizi için, EN 61508 standardındaki güvenilirlik analiz yöntemlerinden bir tanesi olan donanımsal "hata modu ve etki analizi (FMEA) yöntemi" kullanılmıştır. Her bir eleman türünün bütün hata modları açığa çıkarılmıştır, bütün elemanların zaman içinde hata yapma değerleri (FIT) edinilmiş ve EN 61508'in içerdiği formüller ile hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Mantıksal kapılar kullanılarak elektronik emniyetli bir devre tasarımı yapılmıştır. Elektronik tasarıma hata ağacı analiz metodu uygulanmıştır.

Abstract:
Recently, Electrical / Electronic / Programmable Electronic (E/E/PE) Safety Related Systems have paid attention for designers to design safe electronic devices. The application area can be varied from medical to railway, from elevator to automotive industries. The EN 61508 standard gives the specifications to design the safety system in terms of hardware and software. The standard also specifies the requirements for operation and maintenance of a system to provide the minimum required safety integrity level (SIL). In this paper, electronic board design and reliability analysis of a safety function used in lifts is performed. Check of the opening of any door providing access to the pit, which is a safety function used in lifts is designed with an electronic board, then reliability analysis is performed and achieved the desired SIL level, mentioned in EN 81-20 standard, list of electric safety devices table. The designed electronic board monitors the door positions safely and diagnoses the possible hardware failures in the design. Some kinds of safety architectures are researched, then the most available safety architecture is selected for the design. The safety is increased by using 1oo2 safety architecture. Hardware design failure modes and effect analysis (FMEA) method which is one of the reliability analysis methods mentioned in EN 61508 is used in this study. All the failure modes for each component are revealed and calculations are performed by using the Failure in Time (FIT) values of the electronic components which are supplied by the manufacturers according to the test results.  The formulas EN 61508 includes are used during the calculation step. Besides, an electronic circuit design is achieved with the logic gates.  Fault tree analysis method is applied to the electronic design.