安全控制系統(tǒng)的最新要求
| ISO13849-1：2006新標準介紹 控制系統(tǒng)是機器的中樞，控制和檢測著整個機器設(shè)備的所有的輸入、輸出，并確保系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)既定的任務(wù)。所以，評估一臺機器的功能和安全，控制系統(tǒng)常常是評估的重要對象。控制系統(tǒng)作為工廠機器設(shè)備的重要組成部分，在確保機器的可靠工作和安全運行中起著非常重要的作用。無論設(shè)備大小，功能差異，其控制系統(tǒng)不外乎分為電氣、機械、液壓和氣動等系統(tǒng)，或由其中幾個部分組成。然而如何確保一臺設(shè)備控制系統(tǒng)的安全和可靠工作，卻是一個非常復(fù)雜的問題。 EN954-1的不足 在過去，我們評估一個控制系統(tǒng)的安全，常常是確定該控制系統(tǒng)的安全控制類別（CONTROL CATEGORY），這是根據(jù)EN954-1標準的要求。但是隨著新興技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，這種標準不能滿足技術(shù)不斷進步的要求，加上該標準本身存在的一些缺陷，使得對新標準要求的呼聲越來越高。首先因為EN954-1標準已經(jīng)使用了10多年，而沒有進行過更新，使得該標準不能適用現(xiàn)在一些新興技術(shù)的要求；其次，該標準主要適用氣動、液壓、電氣和部分確定的電子產(chǎn)品系統(tǒng)，不能涵蓋目前所有控制系統(tǒng)，特別是電子技術(shù)的快速發(fā)展；第三，使用EN954-1是建立在一定的經(jīng)驗基礎(chǔ)和條件上，對控制系統(tǒng)進行的評估和確定，對于新出現(xiàn)的控制方法則顯得力不從心；第四，EN954-1給大家提供的只是對一個系統(tǒng)定性的評估，沒有也無法實現(xiàn)定量化判斷系統(tǒng)的安全性；第五，過去的標準對于控制系統(tǒng)的組成后的外界因素都假定是一成不變的，而沒有考慮到意外因素對系統(tǒng)可靠性和安全性的影響。另外該標準在1999年已經(jīng)升級為ISO13849-1標準。作為國際標準，必須能夠協(xié)調(diào)吸納最新的普遍使用的技術(shù)，有必要時常進行標準更新，使之能夠更完善更科學。鑒于此種種因素，新的國際標準在2006年出現(xiàn)。即ISO13849-1：2006版。 ISO13849-1：2006新標準 2006年發(fā)布的新的標準，作為國際化的通用標準，是在ISO13849-1：1999版本的基礎(chǔ)上做的修改。它吸納了新的技術(shù)要求，保留了舊的設(shè)計原則，對適用的內(nèi)容作了一定的改進，是比較完善和科學的標準。新標準同舊版本一樣，也是建立在系統(tǒng)風險分析評估的基礎(chǔ)上，同時補充增加了一些新內(nèi)容。首先新的ISO13849-1：2006在以前標準要求的系統(tǒng)的確定性上，增加了系統(tǒng)故障概率方面的評估，從而更全面地實現(xiàn)從元件到系統(tǒng)進行科學地評估。其次最明顯的在原來的EN954-1標準的基礎(chǔ)上做了改進，而且還補充增加了3項內(nèi)容，從而使一個控制系統(tǒng)的安全評估內(nèi)容，需要從4個方面來全面衡量，而不僅僅是風險分析和采用的控制類別。新評估項目的增加，也為設(shè)計人員提供了更多的設(shè)計實現(xiàn)途徑和方法，這一點是過去標準所不可能具有的。這4個參數(shù)分別為： ■ 系統(tǒng)實現(xiàn)的安全等級PLr ■ 系統(tǒng)平均無危險故障時間MTTFd ■ 系統(tǒng)診斷檢測范圍 DC ■ 共因故障預(yù)防CCF 下面就新標準的4個方面新要求具體介紹。 系統(tǒng)實現(xiàn)的安全等級PLr（簡稱安全等級） PLr是一個新名詞，表征一個控制系統(tǒng)防范危險的能力和程度。它是在過去標準的基礎(chǔ)上演變而來。過去大家熟悉的EN954-1標準中，主要是根據(jù)風險評估，確定控制系統(tǒng)一個相應(yīng)的控制類別CCx。 根據(jù)新標準的要求，確定系統(tǒng)安全等級的方式發(fā)生了變化。風險分析參數(shù)還是S，F(xiàn)，P，但是結(jié)果卻不同。新標準中采用了5個新的表示不同安全等級的需求的參數(shù)PLr，即a，b，c，d和e，分別代表了系統(tǒng)安全等級從低到高，對應(yīng)的危險也是從低到高。對應(yīng)于過去安全控制類別B，1，2，3，4。而且改進之處是每個需要的安全等級都和這3個參數(shù)有關(guān)，無論傷害的嚴重與否。在舊標準中，若危險傷害程度小，可以直接確定安全控制類別B或1，這一點是新標準與舊標準的第二個不同點。在稱呼上，新改進標準更能體現(xiàn)控制系統(tǒng)安全等級的實際含義，更合理地體現(xiàn)風險評估的結(jié)果需要，而且可以作為減少風險的措施和最終的檢驗方法。 平均無危險故障時間MTTFd MTTF已經(jīng)存在于其他行業(yè)很多年了，而引入到機器安全控制系統(tǒng)領(lǐng)域，則是剛剛開始。 該值可以屬于一個元件，也可以是針對一個系統(tǒng)的描述。通常，對單個元件，它的MTTFd由該元器件的生產(chǎn)者或供應(yīng)商提供，在今后的產(chǎn)品樣本和說明書中，用戶都可以找到元件對應(yīng)的MTTFd值，時間通常以年為單位。對于一個系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^分段確定每部分的MTTFd，然后計算出系統(tǒng)的平均無故障時間。 需要說明的一點是，有些存在磨損的元件，使用的次數(shù)可能決定了元件首次出現(xiàn)故障的時間。對于這一類器件，供應(yīng)商通常提供的是另外一個參數(shù)B10d，表示每小時出現(xiàn)危險故障的概率。有了B10d，可以通過公式 折算出該元件的MTTFd。其中0.1是一個校正系數(shù)，nop表示每小時操作該元件的平均統(tǒng)計次數(shù)。對于常規(guī)元器件，也可以在相關(guān)標準中找到其MTTFd或B10d值。比如門鎖開關(guān)，在ISO13849-1：2006中給出B10d的值是2，000，000。 系統(tǒng)診斷檢測范圍 DC 系統(tǒng)診斷檢測范圍，是衡量該系統(tǒng)控制范圍的一個參數(shù)，通常以百分比的形式出現(xiàn)。根據(jù)數(shù)值大小，分別表征范圍的高與低。 如何獲得DC值？ 同樣，由供應(yīng)商提供，或者在ISO13849-1標準中查找。對于一個復(fù)雜的系統(tǒng)，獲取DC值，可以將大系統(tǒng)劃分為多個小系統(tǒng)，分別計算出各自的DC值，最后利用公式 計算出平均值。 共因故障預(yù)防與控制CCF 對于一個需要較高安全等級的控制系統(tǒng)，可能采用雙通道。如何控制那些可能導致雙通道同時失效或出現(xiàn)故障的因素？這是新標準中對控制系統(tǒng)增加的最后一個衡量指標。該參數(shù)常常以數(shù)值表示。對于不同的產(chǎn)品，生產(chǎn)制造商應(yīng)該給出采用其產(chǎn)品和相應(yīng)的預(yù)防措施可獲得的結(jié)果。如果供應(yīng)商不能提供，可依據(jù)產(chǎn)品制造符合的標準和采用的方法，在標準IS013849-1標準中查找。通常要求該值要超過65分，才表示該系統(tǒng)采取的控制措施在預(yù)防共因故障方面符合要求。 PL和CC，DC，MTTFd參數(shù)的關(guān)系 在4個參數(shù)中，最重要的還是控制類別。從下面的表中，我們可以發(fā)現(xiàn)，要實現(xiàn)相同的控制安全等級，新標準給出了更多的選擇實現(xiàn)方法。比如對于一個控制安全等級PLd的系統(tǒng)，可以采取以下的方法： ■ 控制類別CC3，DC檢測范圍低，MTTFd高的組合。 ■ 控制類別CC3，DC檢測范圍一般，MTTFd一般的組合。 ■ 控制類別CC2，DC檢測范圍一般，MTTFd高的組合。 還有更多組合選擇。這樣，對設(shè)計人員，可以采取其中任何一種，從而具有更大的靈活性?？梢哉f，PL是控制類別CC，MTTFd，診斷范圍DC 和CCF的一個綜合表現(xiàn)。 EN954-1的總結(jié) ISO13849-1:2006新標準出現(xiàn)，是不是意味著EN954-1的終結(jié)？EN954-1作為歐盟協(xié)調(diào)標準，存在并使用了多年了，很多用戶已經(jīng)非常熟悉，而在發(fā)展中國家，也許有的人才剛剛接觸。但是新的國際標準基本上對舊標準中存在的問題，都已改進解決，方法更科學，內(nèi)容更全面，在2006年頒布實施，而且歐盟也將采用該國際標準。根據(jù)法規(guī)的要求，允許有一個3年的過渡期。在此期間，新舊標準可以并存。到2009年11月，新的國際標準將強制執(zhí)行。 |
