GB/T 41118-2021 機械安全 安全控制系統設計指南
- 發表時間：2023-02-01
- 來源：共立消防
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1 范圍
本文件給出了安全控制系統的設計迭代過程、設計準備、設計實施以及確認的指南。
本文件適用于GB/T 15706-2012界定的機械的安全控制系統的設計及升級。
2 規范性引用文件
下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。
GB/T 15706-2012 機械安全 設計通則 風險評估與風險減小
GB/T 16855.1-2018 機械安全 控制系統安全相關部件 第1部分：設計通則
3 術語和定義
GB/T 15706-2012和GB/T 16855.1-2018界定的以及下列術語和定義適用于本文件。
3.1
安全控制系統 safety control system
執行規定的安全功能，以控制或維持某一受控設備的安全狀態，并通過其自身或其他控制系統，以及外部風險減小措施而實現所需性能等級（PLr）的特定控制系統。
3.2
平均危險失效周期數 mean cycles to dangerous failure
B10D
直到10％的元件發生危險失效時的平均循環次數。
注：元件通常指機械元件、機電元件、氣動元件或液壓元件。
4 縮略語
下列縮略語適用于本文件。
AOPD：有源光電保護裝置（Active Optoelectronic Protective Device）
CCF：共因失效（Common Cause Failure）
DC：診斷覆蓋率（Diagnostic Coverage）
FMEA：失效模式及影響分析（Failure Mode and Effects Analysis）
MTTFn：平均危險失效間隔時間（Mean Time to Dangerous Failure）
PFHD：每小時平均危險失效概率（Average Probability of Dangerous Failure Per Hour）
PL：性能等級（Performance Level）
RFID：射頻識別（Radio Frequency IDentification）
SF：安全功能（Safety Function）
SRASW：安全相關應用軟件（Safety-related Application Software）
SRESW：安全相關嵌入式軟件（Safety-related Embedded Software）
SRP/CS：控制系統安全相關部件（Safety-related Part of a Control System）
5 迭代設計過程
安全控制系統的設計和確認宜充分考慮GB/T 15706-2012中圖1的風險評估方法和GB/T 16855.1-2018中圖1給出的風險評估/風險減小概況，并按本文件的圖1所示流程實現其預定安全功能。
圖1 安全控制系統的迭代設計過程
6 設計準備
6.1 風險評估
在設計安全控制系統之前，宜對機械進行風險評估。如果風險評估結果發現存在不可接受的風險，宜通過GB/T 15706-2012中圖1給出的風險減小過程迭代三步法消除危險或者盡可能減小風險。通常，只有在通過安全防護措施無法經濟合理地減小風險的情況下，才可以通過使用信息（包括組織措施）減小風險。因此，在大多數情況下宜采用安全防護措施減小風險，而安全控制系統是實現風險減小的重要措施之一。
注：風險評估和風險減小的策略見GB/T 15706-2012。
6.2 識別安全功能
通過安全控制系統進行風險減小的起點是識別安全功能，即定義由安全控制系統執行的一個或多個安全功能（SF），以實現風險減小。識別安全功能的主要目的就是確定通過控制系統實現的保護措施。通過控制系統實現的保護措施，即為進行風險減小的安全功能。例如，聯鎖裝置可實現安全聯鎖這一個安全功能，但不帶聯鎖裝置的活動式防護裝置無法實現這一安全功能。
6.3 規定安全功能的特征
宜根據應用場合和具體危險規定安全功能需具備的特征。例如，如果存在拋射物，采用光幕就不合適，可以采用活動式防護裝置。如果C類標準沒有相關規定，安全功能可由機器設計者定義，如：
a）運動的受控停止以及在靜止位置宜使用固定抱閘；
b）防止軸/氣缸在設定模式下掉落；
c）人員進入機械臂危險區之前機械臂能主動降速；
d）防止人員被困；
e）人員操作壓力機時，如有其他人員在危險區內，通過光幕檢測來阻止壓力機危險運動的觸發。
表1根據GB/T 16855.1-2018的表8對主要安全功能進行了總結，并增加了各種可能應用的示例。
表1 典型安全功能及應用示例
安全功能 | 應用示例 |
由安全防護裝置觸發的安全相關停止功能 | 由安全轉矩關斷（STO）、安全停止1（SS1）或安全停止2（SS2）響應防護裝置的觸發 |
手動復位功能 | 確認已離開防護裝置保護區域 |
啟動／重啟功能 | 帶啟動功能的聯鎖防護裝置允許重啟 |
本地控制功能 | 從危險區內的某個位置控制機器運動 |
抑制功能 | 保護裝置臨時性暫停，如材料輸送過程中 |
保持-運行功能 | 從危險區內的某個位置控制機器運動，如設定過程中 |
防止意外啟動 | 操作者在危險區進行人為干預 |
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