随着工业的发展,生产装置的复杂性日益增加,如何确保安全逐渐成为研究热点。功能安全的提出革新了安全仪表系统的设计方法,使得安全系统从过去基于“故障”的安全设计过渡到了基于“功能”的安全设计。IEC61508标准的出台使得功能安全得到了规范化,同时也给功能安全设计提供了理论依据与应用指导。本文首先对功能安全的发展概况,包括功能安全标准的发展,功能安全型产品的发展进行了介绍。对功能安全基础标准IEC61508的基本内容做了分析研究,在此基础上,提出了功能安全型安全栅的基本功能要求和功能安全要求,即接收热电阻RTD和热电偶TC信号,转化为4-20mA标准电流输出。满足SIL2等级要求,单通道loo1D结构,安全失效分数SFF为90%～99%,低要求操作模式下安全功能平均失效率PFD达到10-4-10-3。本文从硬件、软件两部分分别进行设计。硬件上确立了安全栅功能的实现方案,选择各类芯片,并完成了各个模块的电路设计。采用24位高精度AD转换器实现信号采样,利用MSP430系列单片机进行数据处理,处理结果以PWM波的形式输出,通过模拟滤波电路实现DA转换,得到最终需输出的电流值。软件部分通过在单片机中利用C语言编程,实现AD采样的电压信号到温度值,再到电流值,最后到待输出PWM码的转换过程,此外还结合硬件电路,通过编程进行单片机自诊断和其他主要功能的监测。最后,利用FMEDA的方法分析每个元件、每个模块以及安全栅整体的安全失效率、可诊断危险失效率、不可诊断危险失效率,据此计算SFF、PFD,验证最终设计结果在一定检验测试时间间隔内符合SIL2的设计要求。