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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)安全功能被用來降低風(fēng)險(xiǎn)。

什么是安全功能？

安全功能（SF：Safety 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聯(lián)鎖開關(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)

在規(guī)定安全功能特征的過程中，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，每十五分鐘打開一次安全門。當(dāng)打開安全門觸發(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。

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）

• 方法1：參考C類標(biāo)準(zhǔn)

在C類標(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聯(lián)鎖功能，通常由安全聯(lián)鎖開關(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)（或稱為控制系統(tǒng)安全相關(guān)部件）來執(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

如果沒有C類標(biāo)準(zhǔn)可參考，則建議通過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)S、F、P確定所需性能等級(jí)。以一臺(tái)簡單的手動(dòng)上下料的裝配設(shè)備為例，通常可以選擇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

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；

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類標(biāo)準(zhǔn)的要求。在有適用C類標(biāo)準(zhǔn)的情況下，PLr以C類標(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。