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皮爾磁:GB/T 16855.1—確定安全功能及所需性能等級(jí)

時(shí)間:2020-07-28 14:19:08來(lái)源:皮爾磁工業(yè)自動(dòng)化(上海)有限公司

導(dǎo)語(yǔ):?以數(shù)控機(jī)床的為例,其需求規(guī)范就是在正常操作模式下,每十五分鐘打開(kāi)一次安全門(mén)。當(dāng)打開(kāi)安全門(mén)觸發(fā)安全聯(lián)鎖功能時(shí),控制主軸和進(jìn)給軸的伺服的STO(Safe Torque Off)需要被切斷。

安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的迭代流程中,第一步就是要確定設(shè)備的安全功能,一臺(tái)設(shè)備中可以有多個(gè)安全功能被用來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)。

什么是安全功能?

安全功能(SFSafety Function)是指其失效后會(huì)立即造成風(fēng)險(xiǎn)增加的機(jī)器功能。它是一種通過(guò)采取措施(包括控制技術(shù)措施)將特定危險(xiǎn)所造成的風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受水平的功能。

以一臺(tái)碼垛設(shè)備為例,常用的安全功能有安全門(mén)聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)功能、安全光幕功能。再以一臺(tái)AGV為例,常用的安全功能有安全掃描儀、安全速度監(jiān)控。因此,不同的設(shè)備類(lèi)型,其安全功能可能會(huì)不同。確定設(shè)備的安全功能可以參考相關(guān)設(shè)備的C類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),也可以基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和工程實(shí)踐。

安全功能與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

在確定由安全控制系統(tǒng)執(zhí)行的安全功能之后,則需要規(guī)定每種安全功能所要求的特征。表1中羅列了部分經(jīng)常應(yīng)用的安全功能所對(duì)應(yīng)的參考標(biāo)準(zhǔn)。

 典型機(jī)器安全功能及其某些特征的標(biāo)準(zhǔn)

典型機(jī)器安全功能及其某些特征的標(biāo)準(zhǔn)

在規(guī)定安全功能特征的過(guò)程中,往往要制定安全需求規(guī)范,需要考慮的因素包括但不限于以下的幾點(diǎn):

安全功能預(yù)定實(shí)現(xiàn)或防止的機(jī)器動(dòng)作

安全功能的操作頻率

操作特征,含操作模式、響應(yīng)時(shí)間等

以數(shù)控機(jī)床的為例,其需求規(guī)范就是在正常操作模式下,每十五分鐘打開(kāi)一次安全門(mén)。當(dāng)打開(kāi)安全門(mén)觸發(fā)安全聯(lián)鎖功能時(shí),控制主軸和進(jìn)給軸的伺服的STOSafe Torque Off)需要被切斷。

兩種方法,輕松確定性能等級(jí)

在規(guī)定安全功能之后,需要進(jìn)行所需性能等級(jí)的確定,這是影響安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。

什么是性能等級(jí)?

性能等級(jí)(PL: Performance Level)是用于規(guī)定安全控制系統(tǒng)在預(yù)期條件下執(zhí)行安全功能的離散等級(jí)。如表2所列,性能等級(jí)分為5級(jí),從最低PL=a到最高PL=e,各自對(duì)應(yīng)一個(gè)明確的每小時(shí)危險(xiǎn)失效概率范圍。

 性能等級(jí)(PL)

性能等級(jí)(PL

方法1:參考C類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

C類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)中,通常會(huì)給出執(zhí)行安全功能的安全控制系統(tǒng)的所需性能等級(jí)。如機(jī)器人集成,參考GB 11291.2/EN ISO 10218-2,安全控制系統(tǒng)的所需性能等級(jí)要求為PLd。一個(gè)機(jī)器人工作站中的安全門(mén)聯(lián)鎖功能,通常由安全聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)、安全控制器以及機(jī)器人安全使能構(gòu)成的安全控制系統(tǒng)(或稱(chēng)為控制系統(tǒng)安全相關(guān)部件)來(lái)執(zhí)行,該系統(tǒng)需要達(dá)到性能等級(jí)PLd

方法2:參考GB/T 16855.1的附錄A

如果沒(méi)有C類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)可參考,則建議通過(guò)GB/T 16855.1 中的附錄A確定所需性能等級(jí)。如圖1所示,宜根據(jù)三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)SF、P確定所需性能等級(jí)。以一臺(tái)簡(jiǎn)單的手動(dòng)上下料的裝配設(shè)備為例,通??梢赃x擇S1、F2、P2作為風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)。參考圖1,針對(duì)執(zhí)行安全光幕這個(gè)安全功能的安全控制系統(tǒng),確定其所需性能等級(jí)要求為PLr=c。

 用于確定安全功能PLr的風(fēng)險(xiǎn)圖

用于確定安全功能PLr的風(fēng)險(xiǎn)圖

風(fēng)險(xiǎn)參數(shù):

S  ——傷害的嚴(yán)重度;

S1——輕微(通常是可恢復(fù)的傷害);

S2——嚴(yán)重(通常是不可恢復(fù)的傷害或死亡);

F  ——暴露于危險(xiǎn)的頻率和/或持續(xù)時(shí)間;

F1——很少-不常和/或暴露時(shí)間短;

F2——頻繁-連續(xù)和/或暴露時(shí)間長(zhǎng);

P  ——避免危險(xiǎn)或限制傷害的可能性;

P1——在特定條件下可能;

P2——幾乎不可能。

需要注意,這是一個(gè)常規(guī)方法,假定了在最壞情況下發(fā)生危險(xiǎn)事件的可能性。這種方法的估計(jì)結(jié)果可能會(huì)不同于C類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的要求。在有適用C類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的情況下,PLrC類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)中的要求為準(zhǔn)。

在了解了安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的迭代流程以及安全功能、性能等級(jí)這些基礎(chǔ)知識(shí)之后,就可以進(jìn)行具體的安全控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)了。

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