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1、Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 机械安全标准及风险评估 徐 凯 Safety Consultant，CSM Contents 2. 机械安全标准ISO 13849-1 3. 风险评估及风险减少 1. 机械安全标准EN954-1 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. Contents 1. 机械安全标准EN954-1 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights
2、reserved. P1 P2 P1 P2 F1 F2 S1 S2 风险评估 等级 B1234 控制系统防护措施 EN 954 1 S_伤害的程度: 1 = 轻伤 2 = 重伤或死亡 F_面临危险的时间和频率: 1 = 从无到经常发生 2 = 从经常发生到持续发生 P_避免危险的可能性: 1 = 在特定条件下可能 2 = 几乎不可能 根据EN954-1进行风险评估 (控制系统安全部分失效） Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 等级要求摘要风险评估安全原则 B 控制器的安全相关部分的选择必 须根据最新的技术，
3、并且可以承 受预期的运行强度，能够承受运 行过程中工作介质的影响和相关 外部环境的影响。 一个故障可以导致 安全功能的丢失 一些故障依然不会 被监测出来 通过元器件和安 全原理的选择。 1 在等级B的基础上，必须使用具有 安全功能保证的元器件和原理 如同等级B,但在安 全功能上更加可靠 等级描述, EN 954-1 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 等级描述, EN 954-1 等级要求摘要风险评估安全原则 2符合等级B和1的要求，在适当的时间 ，控制系统必须监测安全功能 在监测中，一个故障会导致安全 功
4、能的丧失 通过监测故障可以被检查出来 通过设计 3符合等级B和1的要求，控制系统必须 按照以下步骤设计： a.一个单一的故障不会导致安全功 能的丧失。 b.通过使用适当的方法，可以监测 出单一故障（使用最新的技术） 如果单一故障出现，安全功能依 然可以保持 一些但不是所有的故障都可以被 监测出来 一个累积的监测不出的故障能够 导致安全功能的丧失 4符合等级B和1的要求，控制系统必须 按照以下步骤设计： a.控制系统中的单一故障不会导致 安全功能的丧失 b.如果可能，在下一个安全功能实 施前，单一错误可以被检测出来 c.如果b不可能实现，一个累积的故 障不会导致安全功能的丢失 甚至在故障出现的时
5、候，安全功 能总是保持 故障会被及时检测出来，以防止 安全功能的丢失 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 接线示例一 T0 T1 T1 T0 O0 O1 O2 O3 I0 I1 I2 I3 O4 O5 O6 O7 I4 I5 I6 I7 等级 4 等级 3 等级 2 复位 +24 VDC Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 接线示列二 等级 4 输出接线 接触器 T0 T1 T1 T0 O0 O1 O2 O3 I0 I1
6、 I2 I3 O4 O5 O6 O7 I4 I5 I6 I7 +24 VDC CR1 CR2 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 安全控制电路设计 一 急停按钮的直接串联 主回路 不带辅助控制回路 EN 954-1 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. M 3 K1 K2 K2 START STOP K1 E-Stop 不允许, K1 并没有冗余和监控的安全措施. K1的一个主要的故障就会导致危险状态的出现。 急停按钮通过
7、控 制辅助回路里中 间继电器，来控 制主回路里的交 流接触器。 EN 954-1 安全控制电路设计 二 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. EN 954-1: 等级 2 2符合 等级 B 的要求，并且使 用适当的、可靠的安全设计法 则: 在机器启动的时候，执行一个 安全检测功能，若有必要可以 周期性的执行该检测功能 只有系统是安全的，机 器才能够启动 . 通过一个频繁的检测 ，故障可以被检测出来 也就是 高等级的安全特 性 单通道输入 使用启动检测功能 的控制器件 等级基本要求系统特性典型应用 Copyri
8、ght 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 外部接线的分类 等级 2 急停按钮的应用（等级2） 安全触点 根据 EN 60204 安全相关控制部分 根据 VDE 0100 电源控制部分 故障评估 可检测接地故障 可检测安全回路故障 E-Stop on Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. EN 954-1: 等级 3 等级基本要求系统特性典型应用 3 符合 等级 B 的要求，并且使 用适当的、可靠的安全设计法 则 安全相关部分必须按照以下设
9、计: - 在任何部分的单一故障不会 导致安全功能的丢失 并且 - 任何时候，使用适当的方法 ，单一故障能够被检测出来 双通道触点 (或两个分 离的)安全输入 设备， 连接至两个独立的电路 单元。 一个单一故障的出现不会 导致安全功能的丢失 在下一次安全功能实施 前，能够检测出该单一 故障 但并不是所有的故障都 会被检测出来，一个累 计的故障会导致安全功 能的丢失 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 外部接线的分类 等级 3 急停按钮的应用（等级3） 安全触点 反馈回路 反馈回路 E-Stop on 根据 E
10、N 60204 安全相关控制部分 根据 VDE 0100 电源控制部分 故障评估 可检测接地故障 可检测安全电路中的故 障 可检测急停按钮的故障 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. EN 954-1: 等级 4 等级基本要求系统特性 典型应用 4 符合 等级 B 的要求，并且使用 适当的、可靠的安全设计法则 安全相关部分必须按照以下设 计: - 在任何部分的单一故障不会 导致安全功能的丢失 并且 -任何时候，使用适当的方法， 单一故障能够被检测出来 -一个累计的故障不会导致安 全功能的丢失 能够及时检测出单
11、一故障 以防止安全功能的丢失. 先前的、累计的故障不会 导致安全功能的丢失 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 反馈回路 安全触点 反馈回路 安全触点 E-Stop on 故障评估 可检测接地故障 可检测安全电路中的故 障 可检测急停按钮的故障 可检测急停按钮接线的 故障 急停按钮的应用（等级4） 外部接线的分类 等级 4 根据 EN 60204 安全相关控制部分 根据 VDE 0100 电源控制部分 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights r
12、eserved. Contents 2. 机械安全标准ISO 13849-1 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 机器控制系统的安全标准 2005.9.27 EN IEC 61508 基本安全出版物 国际应用 不调整 EN IEC 62061 机器标准部分 综合标准多参照 EN IEC 61508 EN ISO 13849 (EN 954) 在欧洲调整 参考300+ C 标准 13849旧 FDIS2006 13849修订 13849旧 2009 13849修订 Copyright 2007 Rockwel
13、l Automation, Inc. All rights reserved. EN ISO 13849-1:2006 EN 954-1:1996 确定性 IEC 61508:2000 可能性 确定性和可能性之间的平衡关系 安全功能 风险图表 类型 可靠的原理新的概念 分析：可靠性， 测试和共同原因 的故障 软件 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. PL的定义及其与SIL的关系 危险故障的概率（每小时） 10-410-5 310-6 10-610-710-8 EN ISO 13849-1 PLabcde S
14、IL IEC 61508 123 无特殊 安全要求 高风险 要求 低风险 要求 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. EN ISO 13849-1的关键：性能水平PL 安全功能 PLr: 必需的性能 水 平 确定SRP/CS 确定PL值 PL PLr? 验证 类型 软件 MTTFdDCavgCCF 2001 1996 2005 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 简单的方法：通过风险图表进行风险分析 S:伤害的程度 F:危
15、险暴露的频率 和/或时间 P:避免危险或限制 伤 害的可能性 风险评估 的起点 低风险 必需的性能 水平PLr 高风险 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 对于类型发生了什么？ 类型 （冗余，测试） EN 954-1 (1997) CCF 2、3、4类 需要 MTTFd （元件） 1+4类 需要 高 MTTFd值 DCavg （测试） 2+3类只需 低DCavg值， 4类需要 高DCavg值 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserv
16、ed. 每个类型的特定结构 3 I1 I2 L1 L2 O1 O2 ILO B 或 1 I TE LO OTE 2 或 4 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. MTTFd 到（危险）故障的平均时间 MTTFd: 系统的单个通道预计不发生危险故障的平均操作 时间 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. MTTFd 到（危险）故障的平均时间 MTTFd: 系统的单个通道预计不发生危险故障的平均操作 时间 典型值 元件 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. MTTFd: 系统
