安全控制系统的要求

ISO13849-1：2006新标准介绍 　　
  控制系统是机器的中枢，控制和检测着整个机器设备的所有的输入、输出，并确保系统的正常运转，实现既定的任务。所以，评估一台机器的功能和安全，控制系统常常是评估的重要对象。控制系统作为工厂机器设备的重要组成部分，在确保机器的可靠工作和安全运行中起着非常重要的作用。无论设备大小，功能差异，其控制系统不外乎分为电气、机械、液压和气动等系统，或由其中几个部分组成。然而如何确保一台设备控制系统的安全和可靠工作，却是一个非常复杂的问题。 
 EN954-1的不足 　　 
    在过去，我们评估一个控制系统的安全，常常是确定该控制系统的安全控制类别（CONTROL CATEGORY），这是根据EN954-1标准的要求。但是随着新兴技术的不断涌现，这种标准不能满足技术不断进步的要求，加上该标准本身存在的一些缺陷，使得对新标准要求的呼声越来越高。首先因为EN954-1标准已经使用了10多年，而没有进行过更新，使得该标准不能适用现在一些新兴技术的要求；其次，该标准主要适用气动、液压、电气和部分确定的电子产品系统，不能涵盖目前所有控制系统，特别是电子技术的快速发展；第三，使用EN954-1是建立在一定的经验基础和条件上，对控制系统进行的评估和确定，对于新出现的控制方法则显得力不从心；第四，EN954-1给大家提供的只是对一个系统定性的评估，没有也无法实现定量化判断系统的安全性；第五，过去的标准对于控制系统的组成后的外界因素都假定是一成不变的，而没有考虑到意外因素对系统可靠性和安全性的影响。另外该标准在1999年已经升级为ISO13849-1标准。作为国际标准，必须能够协调吸纳的普遍使用的技术，有必要时常进行标准更新，使之能够更完善更科学。鉴于此种种因素，新的国际标准在2006年出现。即ISO13849-1：2006版。
ISO13849-1：2006新标准 　　
    2006年发布的新的标准，作为国际化的通用标准，是在ISO13849-1：1999版本的基础上做的修改。它吸纳了新的技术要求，保留了旧的设计原则，对适用的内容作了一定的改进，是比较完善和科学的标准。新标准同旧版本一样，也是建立在系统风险分析评估的基础上，同时补充增加了一些新内容。首先新的ISO13849-1：2006在以前标准要求的系统的确定性上，增加了系统故障概率方面的评估，从而更全面地实现从元件到系统进行科学地评估。其次zui明显的在原来的EN954-1标准的基础上做了改进，而且还补充增加了3项内容，从而使一个控制系统的安全评估内容，需要从4个方面来全面衡量，而不仅仅是风险分析和采用的控制类别。新评估项目的增加，也为设计人员提供了更多的设计实现途径和方法，这一点是过去标准所不可能具有的。这4个参数分别为： 
　　■  系统实现的安全等级PLr
　　■  系统平均无危险故障时间MTTFd
　　■  系统诊断检测范围 DC
　　■  共因故障预防CCF
下面就新标准的4个方面新要求具体介绍。
系统实现的安全等级PLr（简称安全等级） 　　
    PLr是一个新名词，表征一个控制系统防范危险的能力和程度。它是在过去标准的基础上演变而来。过去大家熟悉的EN954-1标准中，主要是根据风险评估，确定控制系统一个相应的控制类别CCx。
    根据新标准的要求，确定系统安全等级的方式发生了变化。风险分析参数还是S，F，P，但是结果却不同。新标准中采用了5个新的表示不同安全等级的需求的参数PLr，即a，b，c，d和e，分别代表了系统安全等级从低到高，对应的危险也是从低到高。对应于过去安全控制类别B，1，2，3，4。而且改进之处是每个需要的安全等级都和这3个参数有关，无论伤害的严重与否。在旧标准中，若危险伤害程度小，可以直接确定安全控制类别B或1，这一点是新标准与旧标准的第二个不同点。在称呼上，新改进标准更能体现控制系统安全等级的实际含义，更合理地体现风险评估的结果需要，而且可以作为减少风险的措施和zui终的检验方法。
平均无危险故障时间MTTFd  　　
    MTTF已经存在于其他行业很多年了，而引入到机器安全控制系统领域，则是刚刚开始。 该值可以属于一个元件，也可以是针对一个系统的描述。通常，对单个元件，它的MTTFd由该元器件的生产者或供应商提供，在今后的产品样本和说明书中，用户都可以找到元件对应的MTTFd值，时间通常以年为单位。对于一个系统。可以通过分段确定每部分的MTTFd，然后计算出系统的平均无故障时间。
    需要说明的一点是，有些存在磨损的元件，使用的次数可能决定了元件出现故障的时间。对于这一类器件，供应商通常提供的是另外一个参数B10d，表示每小时出现危险故障的概率。有了B10d，可以通过公式 
    折算出该元件的MTTFd。其中0.1是一个校正系数，nop表示每小时操作该元件的平均统计次数。对于常规元器件，也可以在相关标准中找到其MTTFd或B10d值。比如门锁开关，在ISO13849-1：2006中给出B10d的值是2，000，000。
系统诊断检测范围 DC　　
    系统诊断检测范围，是衡量该系统控制范围的一个参数，通常以百分比的形式出现。根据数值大小，分别表征范围的高与低。 
    如何获得DC值？ 同样，由供应商提供，或者在ISO13849-1标准中查找。对于一个复杂的系统，获取DC值，可以将大系统划分为多个小系统，分别计算出各自的DC值，zui后利用公式 
    计算出平均值。
共因故障预防与控制CCF 　
    对于一个需要较高安全等级的控制系统，可能采用双通道。如何控制那些可能导致双通道同时失效或出现故障的因素？这是新标准中对控制系统增加的zui后一个衡量指标。该参数常常以数值表示。对于不同的产品，生产制造商应该给出采用其产品和相应的预防措施可获得的结果。如果供应商不能提供，可依据产品制造符合的标准和采用的方法，在标准IS013849-1标准中查找。通常要求该值要超过65分，才表示该系统采取的控制措施在预防共因故障方面符合要求。
PL和CC，DC，MTTFd参数的关系 　　
    在4个参数中，zui重要的还是控制类别。从下面的表中，我们可以发现，要实现相同的控制安全等级，新标准给出了更多的选择实现方法。比如对于一个控制安全等级PLd的系统，可以采取以下的方法：
　　■  控制类别CC3，DC检测范围低，MTTFd高的组合。　　
　　■  控制类别CC3，DC检测范围一般，MTTFd一般的组合。
　　■  控制类别CC2，DC检测范围一般，MTTFd高的组合。
    还有更多组合选择。这样，对设计人员，可以采取其中任何一种，从而具有更大的灵活性。可以说，PL是控制类别CC，MTTFd，诊断范围DC 和CCF的一个综合表现。
EN954-1的总结 　　
    ISO13849-1:2006新标准出现，是不是意味着EN954-1的终结？EN954-1作为欧盟协调标准，存在并使用了多年了，很多用户已经非常熟悉，而在发展中国家，也许有的人才刚刚接触。但是新的国际标准基本上对旧标准中存在的问题，都已改进解决，方法更科学，内容更全面，在2006年颁布实施，而且欧盟也将采用该国际标准。根据法规的要求，允许有一个3年的过渡期。在此期间，新旧标准可以并存。到2009年11月，新的国际标准将强制执行。