EPLAN 中的「安全參考」

2021-08-19 07:36:40 字數 2614 閱讀 3438

為了說明"安全參考"這個功能,先來了解下"功能安全(functional safety)"這個自動化領域相對較時髦的術語。以下引用了"北京機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所的鄧意先生"在"第七屆工業儀表與自動化學術會 議"上的報告,我是從維基百科上看到的。

0  引言

隨著我國工業的發展和國外先進技術的引進,功能安全這個概念給越來越多的為人所知。功能安全這個詞彙源於2023年2 月,國際電工委員會(iec)發布的功能安全基礎標準iec61508。這個標準解決了困擾多年對複雜安全系統功能安全保障的理論與實踐問題。其首次提出 的安全完整性等級(sil),並已逐漸成為各領域內合同的必備條款。iec61508作為功能安全的基礎標準,可應用於機械製造、流程工業、運輸、醫藥等 所有領域。該標準使用的最好方法是在各工業領域制定相應的功能安全標準時引用它。但同時,如領域中沒有相應標準,它也可直接應用於各領域。

1  功能安全的概念

為了理解功能安全這個概念,我們先從安全的定義開始。安全是 把身體、人身健康和直接或者間接對財產或者環境的損害從不可接受的風險解放出來。功能安全是依靠乙個系統或者裝置對其輸入正常響應而獲得全面安全的一部 分。它與系統能否正確執行其設計功能相關。例如過熱保護裝置,是指將乙個熱感測器用在電動機線圈裡,在過熱的時候可以停止電動機運轉,這就是功能安全的一 個例項。

2  安全完整性等級的概念

在 1996 年,隨著工業事故數量的增加,美國儀表協會(isa)(曹大平注:isa – the instrumentation,system and automation society)頒布法律制定了乙個標準來分級規範美國的工業過程;iec又制定了工業國際標準iec61508 來量化可程式設計電子領域的功能安全。這兩個標準結合起來共同規範工業生產,還發現一旦把 sil 這些主要決定因素最優化,就會額外提供更多的可靠性和有關過程的正常執行時間,還說明並且描述了檢測儀表系統的安全性和可靠性以及繪製出安全性和可靠性之 間的對比關鍵部分。

安全完整性等級(sil)是用來衡量乙個特定過程的安全性指 標。需要明確終端使用者對用這些方法來保障安全性的期望有多大,如果功能失效了會發生什麼情況?這些衡量的細節部分都在 iec 61508、 iec 61511、jis c 0508和 isa sp84。01 等這些標準裡面給出了描述。標準指示不能根據個別產品來測定 sil。工業過程的個別構成元件,例如儀表使用方面,只能在特定的 sil 環境裡認證和使用。對工業過程 sil 的評估應基於危險的安全分析(rbsa)。rbsa 的任務是評價乙個工業過程的安全風險,將其量化,並把這些風險分類成可接受和不可接受兩部分。可接受的風險是那些能夠證明在思想上,財政上,或其他方面是 合理的。相反的,不可接受的風險是那些推論太大或者花銷巨大的。不管怎麼樣,風險是能夠判斷的,其目的是為了達到工業安全生產。

現在我們對安全有了初步的認識,那麼eplan 中的"安全參考"與"功能安全"有什麼關係呢?

在歐美,"安全"已經深入人心,電氣裝置或產品必須進行安全認證。在歐洲地區進行銷售的裝置需要進行ce認證;而在北美地區銷售的裝置需要進行ul認證,這都會涉及到對系統的安全效能檢測,其目的是確保設計和生產的裝置能夠達到相應的安全等級。

要實現系統或裝置的"功能安全",設計時通常從兩個方面來完成,其一是系統本身的冗餘設計;其二是採用安全元器件,比如安全plc、安全匯流排、安全繼電器、安全輸入輸出元件(安全門聯鎖、安全光電開關、安全光柵或光幕)等。

冗餘設計是指通過多重備份來增加系統的可靠性。比如,用於電機控制的接觸器主觸點,有可能因為某種原因會發生觸點熔接,無法分斷主迴路導致風險。此時可以 用兩個接觸器的主觸點進行串聯控制電機,這樣風險將會大大地降低。又如,為了防止操作人員在尚未停穩的轉動裝置中新增或取放物品,採用雙按鈕控制方式,也 就是兩隻手必須同時按下相距一定距離的按鈕才能讓裝置開門,避免手接觸旋轉裝置,也就降低了安全風險。

而採用安全器件則能有效防止器件本身失效帶來的風險。比如安全plc,它就有自偵測故障的功能。常規plc內部cpu的數量有乙個或多個,作用是單獨或多 cpu系統協同處理資料,一旦發生程式異常或硬體故障,輸出結果將難以預料;安全plc的cpu至少有兩個或多個,兩個cpu的功能是分別執行同一使用者程 序,然後對執行結果進行比較,如果比較的結果是一致的,就輸出這個結果,如果是不一致的,選擇安全的結果輸出。此外,兩個cpu還可以互相監測,自行發現 異常,確保裝置的安全。又如安全繼電器,它是由數個繼電器與電路組合而成,為的是要能互補彼此的異常缺陷,達到正確且低誤動作的繼電器完整功能,使其失誤 和失效值降低。安全繼電器在內部出現觸點熔接的故障情況下,也能夠把電源安全的從負載斷開。同時通過內部冗餘、強制斷開觸點的結構、自檢測等功能,檢測內 部電路和外部輸入和輸出控制迴路的故障情況。

在eplan 2.0中,元件的屬性對話方塊的"符號功能資料"選項卡下,新增加了乙個功能選項"安全參考(relevant to safety)",如下圖所示;部件庫中,定義部件的功能模板時也可以設定"安全參考"。這個功能是隨同2023年修訂的iec61508增加的。在 iec61508中,使用的術語是"功能安全(functional safety)"。

啟用"安全參考"選項,表明設計過程中所使用的部件,是通過了專門的認證公司(如tuv、fm)按照國際安全標準(如iec61508(詳細資訊見後 面)、iec61511)等進行的安全完整性等級判定(sil)。在進行整機的安全認證時,這些具有"安全參考"的元件無需再次認證(但要提供相關證 明),而不具有"安全參考"的元件需要隨同整機進行測試。在eplan 中,為相應的元件正確地設定"安全參考",最終生成的元器件的部件明細表中可以將元器件標示出來,方便認證過程中的資料審定。

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