《EN13849詳解》PPT課件.ppt

EN13849 12006CODE 蒂森克虜伯扶梯 機場系統(tǒng)PERicky 機械安全 控制系統(tǒng)有關安全部件第一部分 設計通則 機械安全標準分類 A類標準 基礎安全標準 適用于所有機械的基本概念 設計原則和一般特征B類標準 通用安全標準 涉及機械的一種安全特征或使用范圍較寬的的一類安全防護裝置 B1類 特定的安全特征 如安全距離 表面溫度 噪聲等 標準B2類 安全裝置 雙手操作器 連鎖裝置 防護裝置 標準C類標準 機器安全標準 對一種特定的機器或一組機器規(guī)定出詳細的安全要求標準該標準屬于B1類標準 EN13849 1術語和定義 1 控制系統(tǒng)有關安全部件Safety relatedpartofacontrolsystemSRP CS控制系統(tǒng)中響應有關安全輸入信號并產生安全輸出信號的部件 1 控制系統(tǒng)有關安全部件的組成 以有關安全信號被觸發(fā)為起點 以控制元件的動力輸出為終點2 如果監(jiān)測系統(tǒng)用于診斷 也可以認為他們是SRP CS 2 類別categoryCat SRP CS在防止故障能力以及故障條件下后續(xù)行為方面的分類 它通過部件的結構布置 故障檢測和部件的可靠性來達到 3 故障Fault產品不能執(zhí)行所需功能的狀態(tài) 預防性維修或其他計劃性活動或缺乏外部資源的情況除外 EN13849 1術語和定義 4 失效Failure產品執(zhí)行所要求的功能能力的終止 a 失效后產品就有故障b 失效時事件 而故障是狀態(tài)c 該定義的概念不適用于僅有軟件組成的產品5 危險失效dangerousfailure使SRP SC處于潛在的危險狀態(tài)或喪失功能狀態(tài)的失效 潛在是否成為事實取決于系統(tǒng)的通道機構 冗余系統(tǒng)中危險硬件失效不太可能導致全面的危險狀態(tài)或功能喪失狀態(tài) 6 共因失效commoncausefailureCCF同一事件引起的不同產品的失效 這些失效相互之間沒有因果關系 EN13849 1術語和定義 7 系統(tǒng)失效Systematicfailure原因確定的失效 只有對設計或制造過程 操作過程 文檔或其他相關因素進行修改后才能排除這種失效 a 沒有修正的矯正性維護通常不能消除失效原因 b 系統(tǒng)失效可以通過模擬失效原因引起8 抑制mutingSRP CS安全功能暫時的自動暫停9 手動復位manualreset重新啟動機器前 SRP CS中用于手動恢一種或多種安全功能的功能 EN13849 1術語和定義 10 傷害harm對健康產生的生理上的損傷或危害 11 危險hazard潛在的傷害源12 危險狀態(tài)hazardoussituation指人員暴露于具有至少一種危險的環(huán)境 這類暴露可能會立即或在一定時間之后對人員產生傷害13 風險risk傷害發(fā)生概率和傷害發(fā)生的嚴重程度的綜合14 遺留風險residualrisk采取保護措施之后仍然存在的風險 EN13849 1術語和定義 15 風險評價Riskassessment包括風險分析和風險評定在內的全過程 16 風險分析Riskanalysis機器限制的確定 危險的識別和風險的評估組合17 風險評定riskevaluation以風險分析為基礎 判斷是否以達到減小風險的目標18 機器的預定使用intendeduseofamachine按照使用說明書提供的信息使用機器19 可預見的誤用reasonablyforeseeablemistuse不是按設計者預定的方法而是按照容易預見的人的習慣來使用機器 EN13849 1術語和定義 20 安全功能safetyfunction其失效后會立即造成風險增加的機器功能21 監(jiān)測monitoring部件或元件執(zhí)行其功能的能力下降或過程條件的改變使風險增加時 保證觸發(fā)保護措施的安全功能 22 可編程電子系統(tǒng)ProgrammableelectronicsystemPES以基于一個或多個可編程電子裝置的控制防護或監(jiān)視系統(tǒng) 包括系統(tǒng)中所有的部件如電源 傳感器和其他輸入裝置 接觸器及其他輸出裝置 23 性能等級PerformancelevelPL在可預期的條件下 用于規(guī)定控制系統(tǒng)有關安全部件執(zhí)行安全功能的離散等級 EN13849 1術語和定義 24 所需的性能等級requiredperformancelevel每種安全功能為達到所需的風險減小所應用的性能等級25 平均危險失效時間meantimetodangerousfailureMTTFd預期的危險失效平均時間26 診斷覆蓋率DiagnosticCoverage診斷有效性的度量 它可以是診斷的危險失效的失效率與所有的危險失效的失效率之間的比率 潛在是否成為事實取決于系統(tǒng)的通道機構 冗余系統(tǒng)中危險硬件失效不太可能導致全面的危險狀態(tài)或功能喪失狀態(tài) 27 保護措施Protectivemeasure用于達到風險減小的措施 EN13849 1術語和定義 28 任務時間missiontimeTmSRP CS預定使用的時間周期29 檢測頻率TestrateSRP CS中檢測故障的自動檢測頻率 即診斷檢測時間的倒數 30 要求頻率Demandrate要求SRP CS進行有關安全動作的頻率31 維修頻率repairrate從在線檢測發(fā)現危險失效或系統(tǒng)出現明顯故障到系統(tǒng) 部件維修或替換后重啟動之間的時間間隔的倒數 EN13849 1術語和定義 32 機器控制系統(tǒng)machinecontrolsystem響應來自機器元件 操作者 外部控制設備或他們的組合的輸入信號 并產生輸出信號使機器按預定方式工作的系統(tǒng)33 安全完整等級SafetyintegritylevelSIL一種離散的等級 四種可能之一 用于規(guī)定分配給E E PE有關安全系統(tǒng)的安全功能的安全完整性要求 安全完整性等級4是最高的 安全完整性等級1是最低的 34 有限可變語言LimitedvariabilitylanguageLVL能夠結合定義和專用的庫函數來實現安全要求規(guī)范的一種語言例如 典型采用LVL的有PLC等 EN13849 1術語和定義 35 全可變語言fullvariabilitylanguageFVl能夠實現多種功能和應用的一種語言例如 C C 匯編語言等a 使用FVL的典型系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)b 在機械領域 FVL通常用在嵌入式軟件中 很少用在應用軟件中36 應用軟件applicationsoftware由機器制造商完成的 面向應用的軟件 通常包括邏輯序列 范圍 表達式 它們控制著相應輸入 輸出計算和結果 以滿足SPR CS的要求如 針對PBB設計的PLC程序 觸摸屏程序等37 嵌入式軟件embeddedsoftware固件 firmware系統(tǒng)軟件 systemsoftware由控制器制造商提供的作為系統(tǒng)的一部分 并且機器的使用者無法修改的軟件 EN13849 14設計方面的考慮 4 1 設計中的安全目標SRP CS的設計和構造應充分考慮風險評價和風險減小的各種情況還必須考慮所有預定使用和可預見的誤用 EN13849 14設計方面的考慮 4 2 風險減小策略機器的危險分析和風險減小過程要求通過以下措施逐步消除或減小危險通過設計消除危險或減小風險通過防護裝置和可能的附加保護措施減小風險通過使用信息中關于遺留風險的規(guī)定減小風險 EN13849 14設計方面的考慮 4 2 2控制系統(tǒng)對風險減小的作用 EN13849 14設計方面的考慮 4 3 確定需要的性能等級PLr對于所選的由SRP CS執(zhí)行的安全功能 應確定和記錄所需的性能等級 PLr 所需性能等級的確定取決于風險評價的結果 并參考了控制系統(tǒng)有關安全部件實現的風險減小量 SRP CS實現的風險減小總和越多 PLr就越高 EN13849 14設計方面的考慮 4 4 SRP CS的設計單一安全功能可以由一個或多個SRP CS來實現 幾種安全功能可能由一個或多個SRP CS來共同實現 單個的SRP CS也有可能實現多種安全功能和標準控制功能基本SRP CS組成 EN13849 14設計方面的考慮 4 5 所需的性能等級PL的估計與SIL的關系對所選的完成安全功能的那個SRP CS或SRP CS的組合 都應完成其PL的估算 應通過估算一下的參數來確定SRP CS的PL單個元件的MTTFdDCCCF結構安全功能在故障條件下的性能有關安全的軟件系統(tǒng)性失效預期環(huán)境條件下 完成安全功能的能力 EN13849 14設計方面的考慮 評估過程的有關參數定量的參數 單個零件的MTTFd值 DC CCF 結構 影響SRP CS性能的不可計量的參數 故障條件下安全功能的性能 有關安全的軟件 系統(tǒng)性失效以及環(huán)境條件等 注意 可定量的參數中 可靠性 MTTFd 結構 的影響隨所采用的技術的變化而變化 任何類型的系統(tǒng) 如復雜結構 PL的可計量參數有幾種方法來估計 馬爾可夫模型廣義隨機Petri網 GSPN 可靠性方框圖 EN13849 1 4 5 1性能等級PL與安全完整性的關系SIL可以使用失效模式及影響分析 FMEA 或類推的方法來估算DC 盡可能考慮所有相關的故障和 或 失效模式 對這所需的性能等級 PLr 檢查執(zhí)行安全功能的CRP CS組合的PL 性能等級PL與安全完整性的關系SIL EN13849 14設計方面的考慮 減小風險的保護措施減小元件級的故障概率 目的是減小影響安全功能的故障或失效的可能性 可以通過增加元件的可靠性來說實現如 選用經驗證的零件和 或 應用經驗驗證的安全原則改善SRP CS的結構 目的是避免故障的危險影響 一些故障是可以檢測到的 而且需要冗余和 或 監(jiān)測結構 EN13849 14設計方面的考慮 4 5 2每個通道的平均危險失效時間 MTTFd 減小元件級的故障概率 目的是減小影響安全功能的故障或失效的可能性 可以通過增加元件的可靠性來說實現如 選用經驗證的零件和 或 應用經驗驗證的安全原則改善SRP CS的結構 目的是避免故障的危險影響 一些故障是可以檢測到的 而且需要冗余和 或 監(jiān)測結構 EN13849 1 4 5 3診斷覆蓋率 DC 可以使用失效模式及影響分析 FMEA 或類推的方法來估算DC 盡可能考慮所有相關的故障和 或 失效模式 對這所需的性能等級 PLr 檢查執(zhí)行安全功能的CRP CS組合的PL 估計DC的簡化方法見附錄E EN13849 1 4 5 4指定結構估算SRP CS的PL方法指定結構以方框圖表示指定結構給出了每一類別的的系統(tǒng)結構的邏輯表示 指定結構是針對SRP CS組合而畫的 起始于觸發(fā)有關安全信號 終止于動力控制元件輸出 指定結構可以用來描述系統(tǒng)中響應輸入信號并產生有關安全輸出信號的部件或子部件指定結構做了典型的假設任務時間為20年在任務時間內失效率恒定對于類別2 需求比率 試驗比率的1 對于類別2 MTTFdTE大于MTTFd 1的一半 PL 性能水平1 每個通道的MTTFd 低2 每個通道的MTTFd 中3 每個通道的MTTFd 高 EN13849 14 6軟件的安全要求 4 6 1一般要求有關安全的嵌入式軟件或應用軟件的所有壽命周期內的活動 主要考慮避免軟件壽命周期內出現的故障 要求的目標主要是 有易讀性易理解可測試可維護 EN13849 14 6估計又SRP CS達到PL的簡單程序 EN13849 14 6軟件安全壽命周期的V模型 安全功能規(guī)范 經確認的軟件 結果確認 EN13849 14 6 2有關安全的嵌入式軟件 SRESW 對于用于PLs為a d的元件的SRESW 應采用以下的幾種方法對軟件安全周期內的活動進行檢驗和確認 見V模型圖 對技術規(guī)范和設計進行歸檔模塊化和結構化設計和編碼系統(tǒng)失效的控制使用基于軟件方法用于控制隨機的硬件失效時 正確執(zhí)行檢驗功能測試 如黑盒測試 修改后 合適的軟件安全壽命周期活動 EN13849 14 6 2有關安全的嵌入式軟件 SRESW 對于用于PLs為c或d的元件的SRESW 應采用以下的幾種附加方法對滿足一定的計劃管理和質量體系要求 按標準執(zhí)行 對軟件安全壽命周期內所有的相關活動進行歸檔用以識別所有結構項目和與SRESW有關的釋放文件的結構管理符合安全要求和設計的結構規(guī)范使用合適的編程語言和便于使用的基于計算機的工具模塊化機構化編程 區(qū)別于非有關安全軟件 具有充分定義接口的受限模塊大小 采用設計和編碼標準用控制流程分析 通過遍查 復查來驗證編碼擴展的功能測試 如灰盒測試 性能測試或仿真沖擊分析依據修改后軟件安全周期內適當的活動 EN13849 14 6 3有關安全的應用軟件 SRASW 件安全壽命周期也適用于SRASW滿足以下要求并且以LVL編寫的SRASW 可使PL達到a e 如果SRASW以LVL編寫 則需要滿足用于SRESW的要求 且PL可達到a e 如果在一個元件中的SRASW的一部分影響到幾種PL不同的安全功能 則應采用與最高PL有關的安全要求 用于PLr為a e的零件的SRESW 應采用以下基本措施對開關周期進行檢查和確認對技術規(guī)范和設計進行歸檔模塊化和結構化編程功能測試修改后適當的開發(fā)對用于PLr為c e的元件的SRESW 需要采用或推薦采用以下提高效率的附加措施 EN13849 14 6 3有關安全的應用軟件 SRASW 提高效率的措施aa 應復查有關安全軟件的技術規(guī)范 使壽命周期內涉及的所有人員可以得到該規(guī)范 且應包含以下內容1具有要求的PL的安全功能依據相關的工作模式2性能準則 如反應時間3具有外部信號界面的硬件結構以及4外部失效的探測和控制 EN13849 14 6 3有關安全的應用軟件 SRASW 提高效率的措施bb 工具 庫 和語言的選擇1可放心使用的合適工具 對于達到PL e的一個元件及其工具 該工具應滿足適當的安全標準 如果使用了帶有不同的工具的兩種不同零件 則可放心使用 采用的技術特征應能檢測可導致系統(tǒng)性錯誤 如 數據類型不匹配 意義不明確的動態(tài)存儲地址 不完善的命令界面 遞歸 指針算法等 的條件 檢測應主要在編譯時間內而不能僅在運行時間內進行 工具宜加強語言子集和編碼指南 或者至少督促或引導開發(fā)者們使用他們 2只要合理可行 應采用經確認的功能模塊FB庫 無論是工具制造商提供的PB庫 強烈推薦PL e 還是符合本部分且用途已被確認的詳細FB庫 3采用合理的適用于模塊化方法的LVL子集 強烈推薦采用圖示語言 如功能模塊圖 梯形圖 EN13849 14 6 3有關安全的應用軟件 SRASW 提高效率的措施CC 軟件設計的特征應該是 1 半正式的方法描述數據和控制流 如 狀態(tài)圖或程序流程圖 2 主要由源自有關安全的經確認的功能模塊庫的功能模塊實現模塊化和結構化設計3 限制了編碼大小的功能模塊4 編碼在功能模塊內執(zhí)行 功能模塊宜有一個入口和出口點5 三個階段的結構模型 輸入 處理 輸出6 在唯一一個程序位置安全輸出的安排7 使用用于檢測外部失效的技術和用于輸入 處理 輸出模塊內置于安全狀態(tài)的預防性編程技術 輸入 處理 輸出 EN13849 14 6 3有關安全的應用軟件 SRASW 提高效率的措施dd 當SRASW和非SRASW組合在一個元件中時 1 SRASW和非SRASW應在與有明確定義的數據鏈接的不同功能塊中編碼 2 不應存在非有關安全數據和有關安全數據的邏輯組合 因為這可導致有關安全信號的完整性下降 如 結果控制有關安全信號的地方采用邏輯 非 組合有關安全和非有關安全的信號 EN13849 14 6 3有關安全的應用軟件 SRASW 提高效率的措施ee 軟件執(zhí)行編碼 1 代碼宜讀 易懂及可測試 為此宜使用符號變量 代替顯式硬件地址 2 應使用合理的或公認的編碼指南3 宜使用應用層 預防性編程 可用的數據完整性和真實性檢查 如 范圍檢查 4 代碼宜接受仿真測試 5 PL d或PL e時 宜通過控制和數據流分析檢驗 EN13849 14 6 3有關安全的應用軟件 SRASW 提高效率的措施ff 測試 1 合適的確認方法是功能性行為哈性能準則 如時序性能 的黑盒子測試 2 PL d或PL e時 推薦由分析邊界值開始進行試驗 3 建議試驗計劃 且宜包括具有完成準則和所需工具的試驗用例 4 I O測試應保證在SRASW內正確使用有關安全信號 EN13849 14 6 3有關安全的應用軟件 SRASW 提高效率的措施gg 文件 1 應對所有壽命周期和修改活動進行歸檔2 文件應完整 可用 易讀和易懂 3 源文件正文中的代碼文檔應包括具有合法實體的模塊標題 功能和I O描述 版本和所使用的庫函數模塊的版本 以及網絡 聲明及公告中足夠的注釋 EN13849 14 6 3有關安全的應用軟件 SRASW 提高效率的措施hh 驗證 1 只對于專用代碼才是必要的 對于經驗證的庫函數則不需要驗證 2 復查 檢查 遍查或其他合適的活動 提高效率的措施ii 結構管理 1 強烈建議建立程序和數據的備份 以識別和歸檔文件 軟件模型 驗證 確認結果以及與SRASW具體版本有關的工具結構 EN13849 14 6 3有關安全的應用軟件 SRASW 提高效率的措施jj 修改SRASW后 應進行影響分析一保證規(guī)范性 修改后應執(zhí)行合適的壽命周期內的活動 應控制修改訪問權限且應歸檔修改歷史 EN13849 14 6 4基于軟件的參數化 應考慮吧基于軟件的有關安全參數參數化 位置軟件安全要求規(guī)范中要描述的SRP CS設計的一個有關方面 應采用SPR CS供應商提供的專門軟件進行從那時化 該工具應有自己的標識 名稱 版本等 且應防止未經授權的修改 例如采用密碼 應保持所有用于參數化的數據完整性 這應通過采取措施控制以下方面來達到 控制有效輸入范圍傳輸前控制數據損壞從參數傳輸進程中控制錯誤的影響控制不完整參數傳輸的影響控制參數化所用工具的硬件和軟件故障和失效的影響 EN13849 14 6 4基于軟件的參數化 參數化工具應滿足對SRP CS的所有要求 或者也可用設定有關參數安全應使用的特別的程序 該程序應包括通過以下兩種方式之一來確認SRP CS的輸入參數1 修改后的參數重新發(fā)送至參數化工具2 確認參數完整性的其他合適方式在傳輸 轉發(fā)過程中 用于編碼 譯碼的軟件模塊以及用戶用于有關安全的參數可視化的軟件模塊 應該至少在功能方面采用多樣性以避免系統(tǒng)性失效 EN13849 14 7檢驗達到的PL是否滿足PLr 對于每種單獨的安全功能 有關的SRP CS的PL應與對應的所確定的所需要的性能等級 PLr 匹配 如果情況并非如此 需要采用相應的描述中的迭代過程 作為安全功能一部分的不同SPR CS 其PL應大于或等于該安全功能所需的性能等級PLr EN13849 14 8設計的人體工學方面 操作者與SPR CS之間的界面的設計和實現應使得所用預定使用和機器可預見的誤用過程中沒有人員有危險 EN 614ISO9355 1 2 3EN1005 3 人體工學原則的使用應使得機器和控制系統(tǒng) 包括有關的安全部件都容易使用 從而使得操作者不能嘗試危險的動作 EN13849 15安全功能 EN13849 15安全功能 EN13849 15安全功能 EN13849 15安全功能 EN13849 15 2安全功能 EN13849 15 2手動復位功能 5 2 3啟動 重啟動功能 5 2 4局部控制功能 5 2 6響應時間 有關安全參數 6類別以及與DCnmCCF和每個通道MTTFd 6 2類別規(guī)范 6 2 3B類 I L 0 iab ibc 6 2 41類 6 2 41類 im 鏈接方式I 輸入裝置 如傳感器等L 邏輯模塊O 輸出裝置 如主接觸器等 6 2 52類 6 2 52類 im 鏈接方式I 輸入裝置 如傳感器等L 邏輯模塊m 監(jiān)測TE試驗設備OTE試驗設備的輸出 6 2 63類 6 2 63類 im 鏈接方式I1 I2 輸入裝置 如傳感器等L 邏輯模塊m 監(jiān)測C交叉監(jiān)測O1 O2輸出裝置 如接觸器等 6 2 74類 6 2 47類 im 鏈接方式I1 I2 輸入裝置 如傳感器等L 邏輯模塊m 監(jiān)測C交叉監(jiān)測O1 O2輸出裝置 如接觸器等 6 3用于實現全部PL的SRP CS組合 6 3用于實現全部PL的SRP CS