This thesis is concerned with the problem of ensuring the safety in processing plants, which is usually addressed in three steps: hazard identification, hazard evaluation, hazard limitation. The first step in this procedure is the critical one, because, in order to evaluate a hazard and find ways of avoiding it, it has to be identified in the first place. The approach suggested in this thesis, to identify hazards, is based on a continuous process model in contrast to most of the existing methods that use a mental model of cause and effect. Processing plant are described by continuous dynamics and globally driven by discrete inputs. To study this hybrid systems, we translate the continuous dynamics of the plant (described by continuous differential equations) into a discrete-event system. In this way the interaction of two discrete-event systems is studied, which facilitates the analysis of the original hybrid system. The resulting model contains information about the regions of the space where the dynamical system is expected to be found at some later moment. The idea is to check which discrete input might result in undesired transitions out of the safe state space region; also persistent faults are seen as discrete inputs.

Questa tesi tratta il problema di garantire la sicurezza negli impianti di processo, di solito affrontato in tre fasi: identificazione dei rischi, valutazione rischi, limitazione dei rischi. Il primo passo in questa procedura è critico, perché, al fine di valutare un pericolo e trovare il modo di evitarlo, deve essere in primo luogo identificato. L’approccio suggerito in questa tesi, per identificare i rischi, si basa su un modello continuo del processo in contrasto con la maggior parte dei metodi esistenti che utilizzano un modello mentale di causa ed effetto. Gli impianti di processo sono caratterizzati da dinamiche continue e globalmente guidati da input discreti. Per studiare questo sistema ibrido, traduciamo la dinamica continua dell’impianto (descritta da equazioni differenziali continue) in un discrete event dynamic system (DEDS). In questo modo è studiata l’interazione di due DEDS, semplificando l’analisi del sistema ibrido originale. Il modello risultante fornisce previsioni riguardanti la posizione del sistema dinamico nel dominio delle variabili di stato, in seguito all’applicazione di un determinato input. L’idea è quella di controllare quali input discreti potrebbero causare transizioni indesiderate fuori dalla regione di spazio sicura; anche anomalie persistenti sono viste come input discreti.

Model based safety and operability verification. An hybrid automation approach

CICCIOTTI, MATTEO
2010/2011

Abstract

This thesis is concerned with the problem of ensuring the safety in processing plants, which is usually addressed in three steps: hazard identification, hazard evaluation, hazard limitation. The first step in this procedure is the critical one, because, in order to evaluate a hazard and find ways of avoiding it, it has to be identified in the first place. The approach suggested in this thesis, to identify hazards, is based on a continuous process model in contrast to most of the existing methods that use a mental model of cause and effect. Processing plant are described by continuous dynamics and globally driven by discrete inputs. To study this hybrid systems, we translate the continuous dynamics of the plant (described by continuous differential equations) into a discrete-event system. In this way the interaction of two discrete-event systems is studied, which facilitates the analysis of the original hybrid system. The resulting model contains information about the regions of the space where the dynamical system is expected to be found at some later moment. The idea is to check which discrete input might result in undesired transitions out of the safe state space region; also persistent faults are seen as discrete inputs.
PREISIG, A. HEINZ
BUZZI-FERRARIS, G.
MANENTI, F.
ING III - Scuola di Ingegneria dei Processi Industriali
4-ott-2011
2010/2011
Questa tesi tratta il problema di garantire la sicurezza negli impianti di processo, di solito affrontato in tre fasi: identificazione dei rischi, valutazione rischi, limitazione dei rischi. Il primo passo in questa procedura è critico, perché, al fine di valutare un pericolo e trovare il modo di evitarlo, deve essere in primo luogo identificato. L’approccio suggerito in questa tesi, per identificare i rischi, si basa su un modello continuo del processo in contrasto con la maggior parte dei metodi esistenti che utilizzano un modello mentale di causa ed effetto. Gli impianti di processo sono caratterizzati da dinamiche continue e globalmente guidati da input discreti. Per studiare questo sistema ibrido, traduciamo la dinamica continua dell’impianto (descritta da equazioni differenziali continue) in un discrete event dynamic system (DEDS). In questo modo è studiata l’interazione di due DEDS, semplificando l’analisi del sistema ibrido originale. Il modello risultante fornisce previsioni riguardanti la posizione del sistema dinamico nel dominio delle variabili di stato, in seguito all’applicazione di un determinato input. L’idea è quella di controllare quali input discreti potrebbero causare transizioni indesiderate fuori dalla regione di spazio sicura; anche anomalie persistenti sono viste come input discreti.
Tesi di laurea Magistrale
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