ISO13849-1：2006新標(biāo)準(zhǔn)介紹
控制系統(tǒng)是機(jī)器的中樞，控制和檢測(cè)著整個(gè)機(jī)器設(shè)備的所有的輸入、輸出，并確保系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)既定的任務(wù)。所以，評(píng)估一臺(tái)機(jī)器的功能和安全，控制系統(tǒng)常常是評(píng)估的重要對(duì)象。控制系統(tǒng)作為工廠機(jī)器設(shè)備的重要組成部分，在確保機(jī)器的可靠工作和安全運(yùn)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(jī)械、液壓和氣動(dòng)等系統(tǒng)，或由其中幾個(gè)部分組成。然而如何確保一臺(tái)設(shè)備控制系統(tǒng)的安全和可靠工作，卻是一個(gè)非常復(fù)雜的問題。 EN954-1的不足
在過去，我們?cè)u(píng)估一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)的要求。但是隨著新興技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，這種標(biāo)準(zhǔn)不能滿足技術(shù)不斷進(jìn)步的要求，加上該標(biāo)準(zhǔn)本身存在的一些缺陷，使得對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)要求的呼聲越來越高。首先因?yàn)镋N954-1標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)使用了10多年，而沒有進(jìn)行過更新，使得該標(biāo)準(zhǔn)不能適用現(xiàn)在一些新興技術(shù)的要求；其次，該標(biāo)準(zhǔn)主要適用氣動(dòng)、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(yàn)基礎(chǔ)和條件上，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行的評(píng)估和確定，對(duì)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(duì)一個(gè)系統(tǒng)定性的評(píng)估，沒有也無法實(shí)現(xiàn)定量化判斷系統(tǒng)的安全性；第五，過去的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(duì)系統(tǒng)可靠性和安全性的影響。另外該標(biāo)準(zhǔn)在1999年已經(jīng)升級(jí)為ISO13849-1標(biāo)準(zhǔn)。作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)常進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)更新，使之能夠更完善更科學(xué)。鑒于此種種因素，新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)在2006年出現(xiàn)。即ISO13849-1：2006版。
圖1：EN954-1 標(biāo)準(zhǔn)中控制系統(tǒng)安全等級(jí)
圖2：ISO13849-1：2006標(biāo)準(zhǔn)中控制系統(tǒng)安全等級(jí)
ISO13849-1：2006新標(biāo)準(zhǔn)
2006年發(fā)布的新的標(biāo)準(zhǔn)，作為國(guó)際化的通用標(biāo)準(zhǔn)，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(jì)原則，對(duì)適用的內(nèi)容作了一定的改進(jìn)，是比較完善和科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)同舊版本一樣，也是建立在系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估的基礎(chǔ)上，同時(shí)補(bǔ)充增加了一些新內(nèi)容。首先新的ISO13849-1：2006在以前標(biāo)準(zhǔn)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(píng)估，從而更全面地實(shí)現(xiàn)從元件到系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)地評(píng)估。其次最明顯的在原來的EN954-1標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，而且還補(bǔ)充增加了3項(xiàng)內(nèi)容，從而使一個(gè)控制系統(tǒng)的安全評(píng)估內(nèi)容，需要從4個(gè)方面來全面衡量，而不僅僅是風(fēng)險(xiǎn)分析和采用的控制類別。新評(píng)估項(xiàng)目的增加，也為設(shè)計(jì)人員提供了更多的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)途徑和方法，這一點(diǎn)是過去標(biāo)準(zhǔn)所不可能具有的。這4個(gè)參數(shù)分別為：
■ 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的安全等級(jí)PLr
■ 系統(tǒng)平均無危險(xiǎn)故障時(shí)間MTTFd
■ 系統(tǒng)診斷檢測(cè)范圍 DC
■ 共因故障預(yù)防CCF
下面就新標(biāo)準(zhǔn)的4個(gè)方面新要求具體介紹。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的安全等級(jí)PLr（簡(jiǎn)稱安全等級(jí)）
PLr是一個(gè)新名詞，表征一個(gè)控制系統(tǒng)防范危險(xiǎn)的能力和程度。它是在過去標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上演變而來。過去大家熟悉的EN954-1標(biāo)準(zhǔn)中，主要是根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定控制系統(tǒng)一個(gè)相應(yīng)的控制類別CCx。
根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)的要求，確定系統(tǒng)安全等級(jí)的方式發(fā)生了變化。風(fēng)險(xiǎn)分析參數(shù)還是S，F(xiàn)，P，但是結(jié)果卻不同。新標(biāo)準(zhǔn)中采用了5個(gè)新的表示不同安全等級(jí)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(jí)從低到高，對(duì)應(yīng)的危險(xiǎn)也是從低到高。對(duì)應(yīng)于過去安全控制類別B，1，2，3，4。而且改進(jìn)之處是每個(gè)需要的安全等級(jí)都和這3個(gè)參數(shù)有關(guān)，無論傷害的嚴(yán)重與否。在舊標(biāo)準(zhǔn)中，若危險(xiǎn)傷害程度小，可以直接確定安全控制類別B或1，這一點(diǎn)是新標(biāo)準(zhǔn)與舊標(biāo)準(zhǔn)的第二個(gè)不同點(diǎn)。在稱呼上，新改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)更能體現(xiàn)控制系統(tǒng)安全等級(jí)的實(shí)際含義，更合理地體現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果需要，而且可以作為減少風(fēng)險(xiǎn)的措施和最終的檢驗(yàn)方法。 平均無危險(xiǎn)故障時(shí)間MTTFd
MTTF已經(jīng)存在于其他行業(yè)很多年了，而引入到機(jī)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(gè)元件，也可以是針對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的描述。通常，對(duì)單個(gè)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(duì)應(yīng)的MTTFd值，時(shí)間通常以年為單位。對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)。可以通過分段確定每部分的MTTFd，然后計(jì)算出系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間。
需要說明的一點(diǎn)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(shí)間。對(duì)于這一類器件，供應(yīng)商通常提供的是另外一個(gè)參數(shù)B10d，表示每小時(shí)出現(xiàn)危險(xiǎn)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(gè)校正系數(shù)，nop表示每小時(shí)操作該元件的平均統(tǒng)計(jì)次數(shù)。對(duì)于常規(guī)元器件，也可以在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)范圍 DC
系統(tǒng)診斷檢測(cè)范圍，是衡量該系統(tǒng)控制范圍的一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)中查找。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，獲取DC值，可以將大系統(tǒng)劃分為多個(gè)小系統(tǒng)，分別計(jì)算出各自的DC值，最后利用公式
計(jì)算出平均值。 共因故障預(yù)防與控制CCF
對(duì)于一個(gè)需要較高安全等級(jí)的控制系統(tǒng)，可能采用雙通道。如何控制那些可能導(dǎo)致雙通道同時(shí)失效或出現(xiàn)故障的因素？這是新標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)控制系統(tǒng)增加的最后一個(gè)衡量指標(biāo)。該參數(shù)常常以數(shù)值表示。對(duì)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(biāo)準(zhǔn)和采用的方法，在標(biāo)準(zhǔn)IS013849-1標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(shí)現(xiàn)相同的控制安全等級(jí)，新標(biāo)準(zhǔn)給出了更多的選擇實(shí)現(xiàn)方法。比如對(duì)于一個(gè)控制安全等級(jí)PLd的系統(tǒng)，可以采取以下的方法：
■ 控制類別CC3，DC檢測(cè)范圍低，MTTFd高的組合。
■ 控制類別CC3，DC檢測(cè)范圍一般，MTTFd一般的組合。
■ 控制類別CC2，DC檢測(cè)范圍一般，MTTFd高的組合。
還有更多組合選擇。這樣，對(duì)設(shè)計(jì)人員，可以采取其中任何一種，從而具有更大的靈活性。可以說，PL是控制類別CC，MTTFd，診斷范圍DC 和CCF的一個(gè)綜合表現(xiàn)。 EN954-1的總結(jié)
ISO13849-1:2006新標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，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(guó)家，也許有的人才剛剛接觸。但是新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基本上對(duì)舊標(biāo)準(zhǔn)中存在的問題，都已改進(jìn)解決，方法更科學(xué)，內(nèi)容更全面，在2006年頒布實(shí)施，而且歐盟也將采用該國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)法規(guī)的要求，允許有一個(gè)3年的過渡期。在此期間，新舊標(biāo)準(zhǔn)可以并存。到2009年11月，新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)將強(qiáng)制執(zhí)行。
|
