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1、机械安全标准及风险评估,徐 凯Safety Consultant，CSM,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,Contents,2. 机械安全标准ISO 13849-1,3. 风险评估及风险减少,1. 机械安全标准EN954-1,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,Contents,1. 机械安全标准EN954-1,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights r
2、eserved.,控制系统防护措施 EN 954 1,S_伤害的程度:1=轻伤2=重伤或死亡 F_面临危险的时间和频率:1=从无到经常发生2=从经常发生到持续发生P_避免危险的可能性:1=在特定条件下可能2= 几乎不可能,根据EN954-1进行风险评估 (控制系统安全部分失效）,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,等级描述, EN 954-1,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,等级描述, EN 954-1,Copyri
3、ght 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,接线示例一,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,接线示列二,等级 4 输出接线 接触器,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,安全控制电路设计 一,急停按钮的直接串联主回路不带辅助控制回路,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,
4、M3,K1,K2,K2,START,STOP,K1,E-Stop,不允许, K1 并没有冗余和监控的安全措施. K1的一个主要的故障就会导致危险状态的出现。,急停按钮通过控制辅助回路里中间继电器，来控制主回路里的交流接触器。,安全控制电路设计 二,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,EN 954-1: 等级 2,2,符合 等级 B 的要求，并且使用适当的、可靠的安全设计法则:在机器启动的时候，执行一个安全检测功能，若有必要可以周期性的执行该检测功能,只有系统是安全的，机器才能够启动. 通过一个频繁的检测，故
5、障可以被检测出来 也就是 高等级的安全特性,单通道输入使用启动检测功能的控制器件,等级,基本要求,系统特性,典型应用,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,外部接线的分类等级 2,急停按钮的应用（等级2）,安全触点,根据 EN 60204安全相关控制部分,根据 VDE 0100电源控制部分,故障评估可检测接地故障 可检测安全回路故障,E-Stop,on,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,EN 954-1: 等级 3,等级
6、,基本要求,系统特性,典型应用,3,符合 等级 B 的要求，并且使用适当的、可靠的安全设计法则安全相关部分必须按照以下设计:- 在任何部分的单一故障不会导致安全功能的丢失 并且- 任何时候，使用适当的方法，单一故障能够被检测出来,双通道触点 (或两个分离的)安全输入 设备，连接至两个独立的电路单元。,一个单一故障的出现不会导致安全功能的丢失在下一次安全功能实施前，能够检测出该单一故障但并不是所有的故障都会被检测出来，一个累计的故障会导致安全功能的丢失,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,外部接线的分类 等级
7、 3,急停按钮的应用（等级3）,安全触点,反馈回路,反馈回路,E-Stop,on,根据 EN 60204安全相关控制部分,根据 VDE 0100电源控制部分,故障评估可检测接地故障 可检测安全电路中的故障可检测急停按钮的故障,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,EN 954-1: 等级 4,等级,基本要求,系统特性,典型应用,4,符合 等级 B 的要求，并且使用适当的、可靠的安全设计法则安全相关部分必须按照以下设计: - 在任何部分的单一故障不会导致安全功能的丢失 并且任何时候，使用适当的方法，单一故障能够
8、被检测出来一个累计的故障不会导致安全功能的丢失,能够及时检测出单一故障以防止安全功能的丢失.先前的、累计的故障不会导致安全功能的丢失,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,反馈回路,安全触点,反馈回路,安全触点,E-Stop,on,故障评估可检测接地故障 可检测安全电路中的故障可检测急停按钮的故障可检测急停按钮接线的故障,急停按钮的应用（等级4）,外部接线的分类 等级 4,根据 EN 60204安全相关控制部分,根据 VDE 0100电源控制部分,Copyright 2007 Rockwell Automat
9、ion, Inc. All rights reserved.,Contents,2. 机械安全标准ISO 13849-1,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,机器控制系统的安全标准,2005.9.27,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,确定性和可能性之间的平衡关系,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,PL的定义及其与SIL的关系,C
10、opyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,PL,EN ISO 13849-1的关键：性能水平PL,安全功能PLr: 必需的性能 水平确定SRP/CS确定PL值PL PLr?验证,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,简单的方法：通过风险图表进行风险分析,S:伤害的程度F:危险暴露的频率 和/或时间P:避免危险或限制 伤害的可能性,风险评估,的起点,低风险,必需的性能水平PLr,高风险,Copyright 2007 Rockwell
11、 Automation, Inc. All rights reserved.,对于类型发生了什么？,类型（冗余，测试）,EN 954-1(1997),Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,每个类型的特定结构,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,MTTFd 到（危险）故障的平均时间,MTTFd: 系统的单个通道预计不发生危险故障的平均操作 时间,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc.
12、 All rights reserved.,MTTFd 到（危险）故障的平均时间,MTTFd: 系统的单个通道预计不发生危险故障的平均操作 时间,典型值,元件,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,MTTFd: 系统的单个通道预计不发生危险故障的平均操作 时间,典型值,元件,通道,MTTFd 到（危险）故障的平均时间,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,MTTFd: 系统的单个通道预计不发生危险故障的平均操作 时间,典型值
13、,综合,元件,通道,系统,MTTFd 到（危险）故障的平均时间,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,MTTFd: 系统的单个通道预计不发生危险故障的平均操作 时间,典型值,综合,等级,元件,通道,系统,MTTFd 到（危险）故障的平均时间,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,DC 诊断覆盖率,已发现的危险故障的概率 所有的危险故障的概率,DC =,Copyright 2007 Rockwell Automation, I
14、nc. All rights reserved.,已发现的危险故障的概率 所有的危险故障的概率,DC =,元件,DC 诊断覆盖率,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,已发现的危险故障的概率 所有的危险故障的概率,DC =,元件,系统,DC 诊断覆盖率,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,已发现的危险故障的概率 所有的危险故障的概率,DC =,系统,元件,DC 诊断覆盖率,Copyright 2007 Rockwell A
15、utomation, Inc. All rights reserved.,CCF 共同原因的故障,适用于多通道结构（2, 3, 4类）,CCF:以65分为起点的评分方法,25,20,10,15,5,5,5,多样性,过压等,EMC,温度等,85,O.K.,CCF,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,性能水平与类型,B无,1无,2低,2中,3低,3中,4高,类型:DCavg:,低中高,性能水平,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserve
16、d.,B无,1无,2低,2中,3低,3中,4高,类型:DCavg:,低中高,性能水平与类型,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,3类MTTFd=202年DC=90%CCFPL d,4类MTTFd=856年DC=99%CCFPL e,安全互锁,安全继电器#2,光耦合器,方向阀,主阀,安全继电器#1,接触器,接触器,4类MTTFd=570年DC=99%CCFPL e,3类MTTFd=139年DC=90,7%CCFPL e,PL = d,1,5,6,7,4,2,3,3,组合,Copyright 2007 Rock
17、well Automation, Inc. All rights reserved.,Contents,3. 风险评估及风险减少,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,EN 1050 风险评估,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,可能性中的因素有哪些?暴露的时间人数发生的可能性,危险 风险,什么是危险? 物体或现场可能造成危害的起源什么是风险?F (严重性 x 可能性),风险分析,Copyright 2007 Rockwe
18、ll Automation, Inc. All rights reserved.,RISK ? ?,风险分析,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,RISK ? ?,风险分析,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,RISK ? ?,风险分析,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,各种危险的描述:,危险,热的,机械的,声音, 噪声,电的,振动
19、,辐射,化学的,功效,危险的综合,功能性故障,保护不足,摩擦, 卷入 , 刺穿, 碾压, 坠落, 稳定性, ,直接 & 间接的接触 , 静电, 绝缘 , 过流, ,风险分析,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,风险减少的步骤,步骤一 : 通过设计减少风险（一般主要是通过设计消除危险的隐患，如减少引起危险的力或速度，通过优良的人类工效学设计）步骤二 : 采用安全防护措施（如防护罩、联锁保险装置）步骤三 : 实施个人保护措施步骤四 : 采用通知和警告提示信息* Mandatory in some country
20、 legislations See also ISO 12100-1,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,步骤一：通过设计减少风险,通过设计来避免危险的接近,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,步骤二：采用安全防护措施,示例 1: 带互锁装置的可移动安全门*b) 固定的安全门* 必须使用安全的控制回路,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved
21、.,步骤二：采用安全防护措施,示例 2: 光栅* 安全地毯* 必须使用安全的控制回路,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,步骤二：采用安全防护措施,示例 3: 紧急停止设备* 必须使用安全的控制回路,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,步骤二：采用安全防护措施,示例 4: 安全缓冲器* 必须使用安全的控制回路,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights rese
22、rved.,步骤二：采用安全防护措施,示例 5: 双手控制* 必须使用安全的控制回路,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,步骤三 : 实施个人保护措施,听力保护安全眼镜防毒面具,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,步骤四 : 采用通知和警告提示信息,固定的危险标志创建安全工作流程培训使用者等等,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,De
23、rived from website HSE UK,机械防护措施,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,安 固定防护罩 全 防护罩 可调试防护罩 防 联锁式防护罩 护 措 保护装置 施,机械防护措施,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,机械防护措施,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,机械防护措施,Copyright 2007 Rock
24、well Automation, Inc. All rights reserved.,EN 811,机械防护措施,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,EN 811,机械防护措施,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,75120 max,机械防护措施,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,机械防护措施,Copyright 2007 Rock
25、well Automation, Inc. All rights reserved.,Fixed guard,机械防护措施,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,EN 294,机械防护措施,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,Enclosing guard,Example from EN 953,Fixed guard,机械防护措施,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All
26、rights reserved.,Distance Guard,Example from EN 953,Fixed guard,机械防护措施,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,EN 294,机械防护措施,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,Fixed guard,机械防护措施,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,机械防护措施,Cop
27、yright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,控制系统防护措施 EN 954 1,S_伤害的程度:1=轻伤2=重伤或死亡 F_面临危险的时间和频率:1=从无到经常发生2=从经常发生到持续发生P_避免危险的可能性:1=在特定条件下可能2= 几乎不可能,根据EN954-1进行风险评估 (控制系统安全部分失效）,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,风险评估、风险减少 示例,机器人单元 PLC 控制机械手以较慢的速度运行，会对操作人员造成较小的
28、伤害。 每一个工作循环，操作人员需要把金属加工件放入剪板机。金属加工件被剪切为2部分，同时机械手取走需要的部分。 当操作人员放入金属加工件时，需要将手直接放入剪板机之下。,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,风险评估、风险减少 示例,A 剪板机部分 能够切断手/手臂，导致致命的伤害。 每一个工作循环，操作人员需要手动地把金属加工件放入剪板机轧刀下，并且需要持续地操作，一天24小时。 剪板机轧刀的剪切速度约为0.5秒；操作人员几乎不可能避免此危险情况。,剪板机轧刀部分,机械手,Copyright 2007 R
29、ockwell Automation, Inc. All rights reserved.,风险评估、风险减少 示例,B 机械手部分 能够导致严重的、不可恢复伤害。 操作人员需要清洗工作单元，频率为每天一次，每次历时10分钟。 可以避免危险,剪板机轧刀部分,机械手,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,风险评估、风险减少 示例,光栅,隔离锁,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,安全系统: 安全输入信号,急停按钮,安全门,双
30、手按钮,光栅,安全地毯和安全缓冲器,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,安全系统: 控制电路,安全继电器,可编程安全继电器安全PLC,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,等级描述, EN 954-1,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,等级描述, EN 954-1,Copyright 2007 Rockwell Automation,
31、 Inc. All rights reserved.,Rockwell 机械安全服务,1. 风险评估,2. 危险评估,3. 机械安全培训,4. 安全控制回路分析,5. 机器停止时间计算服务,7. 安全系统检查,8. 弧闪评估服务,9. LOTO 服务,10. 一致性 / 符合性检查,11. CE 机械指令支持,12. 安全系统交钥匙项目,6. 安全系统设计,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,机械安全服务周期,STEP 2选择减少风险的方法基于风险评估、系统性能和安全标准。,STEP 1风险评估 识别风险点，确定风险等级。,STEP 5运行检查系统是否按要求运行，系统是否达到相关标准的要求。投入正常生产 预防性维护,Life Cycle,STEP 3安全装置设计 安全系统的功能 设计系统构架 安全控制回路设计 方案确认 防护设计,STEP 4项目管理 材料准备 系统集成 综合测试 试运行 培训,Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.,CSM Safety Solutions,
