近年来,由于石油、化工、冶金、轨道交通等工业的快速发展,防止火灾、爆炸、毒气泄漏和轨道交通事故等危险情况的发生成为非常严峻的问题。在国外,尤其是工业发达国家,在功能安全评估方面有着越来越强烈的要求,以致要取得SIL认证的产品越来越多,.而且产品的范围也在逐渐扩大。而国内对功能安全的研究则处于起步阶段,整体水平与国外相比差距甚远。功能安全在安全控制和工业过程领域已成为一个快速发展的焦点。本文以IEC61508、 IEC61511为基础,对安全仪表的功能安全进行了应用研究,主要工作如下：(1)论述了功能安全对安全仪表的重要性,从功能安全的国内外标准、理论研究、评估认证和产品开发四个方面详细了功能安全的发展现状。在此基础上,提出本文的研究内容,明确论文研究的方法和目的。(2)从物理构成、基本特征、应用功能和冗余结构等方而对工业过程安全仪表进行了详细论述,加深对安全仪表的理解(3)介绍了FMEDA、FTA、ETA和RBD四种故障分析方法,总结各种故障分析方法的优缺点和应用场合；分析了单一故障和共因故障以及其防护设计;针对系统故障从诊断技术、诊断点、诊断量化,诊断测试等方面进行了全面分析；再者,从结构约束方面将故障诊断和安全完整性联系起来,分析如何将故障诊断转化为安全失效分数,进而从结构约束方面判定系统满足的安全完整性等级。(4)-阐述子系统安全完整性以及风险降低和安全完整性等级之间的关系。提出了降低随机硬件失效的措施,同时从硬件结构约束上分析各子系统对安全完整性的影响,针对标准中对多通道系统分析方法的不足,提出改进原则。软件部分主要研究了软件开发模式和软件生命周期,以及如何应用标准中推荐的技术和措施来保证软件的安全完整性等级要求。(5)在分析现有气体报警仪的应用范田和物理构成的基础上,结合IEC61511对安全仪表的安全要求,发现现有仪表功能的不足。运用FMEDA方法识别危潜在风险,计算安全失效分数SFF,分析硬件结构约束。对安全仪表功能进行可靠性框图和故障树建模,计算PFD参数,评估其完全完整性等级。对传感器输入模块、控制器模块提出了诊断设计,对继电器输出提出了冗余设计；改进了仪表执行安全功能的程序流程；改进了仪表安全数据的网络通信方式,针对可能出现各种通信故障,给出了综合应用CRC校验、系列号、关系密钥和时间戳等技术来解决。最后,提出了功能安全对EMC的要求,重点分析了安全相关系统和非安全相关系统试验的严酷等级和性能判据的不同,以体现安全功能对环境适应性能力更强。本文在进行理论分析的基础上,运用多种技术和方法,从各个层面对现有气体报警仪进行改进设计,提出该仪表功能安全的初步实现方案及EMC验证指标。