功能安全设计的相关标准综述

上海辰竹 2023-11-27

随着工业生产和制造领域的智能技术不断深化和快速迭代，使社会生产效率大大提高，但同时也滋生很多隐患和安全问题，甚至有人员伤亡和产线停机等严重事故爆出，影响企业的长期可持续发展，造成资源损失。

面对此类“老大难”的问题，在工业领域的装置，生产线或机器设备的重要功能基础上采取安全的设计，即功能安全，被认为可以有效减少伤害，降低损失的重要措施之一。

什么是功能安全？

是指装置、生产线或机器设备中，避免由其系统功能运行发生故障时导致不可接受的风险。它关注的是系统发生故障之后的行为，而不是系统原有功能或性能。因此功能安全的目的就是当系统发生故障后，及时监测到该故障，响应并启动保护机制，将系统切入安全可控状态，避免对人员和财产造成伤害。

功能安全技术已经在石油化工、铁路交通，新能源汽车，工贸自动化等领域得到广泛应用，并在这些领域中发挥着重要作用，常见示例：安全仪表系统（SIS），列车自动保护系统（ATP）,电池管理系统（BMS），产线紧急停车系统（ESD）和危险运动区域保护系统（HAPS）等。

功能安全相关的标准和应用

IEC（国际电工协会）和ISO（国际标准组织）是两个主要涉及功能安全标准的国际组织。IEC主要关注电气类的器件或系统，ISO更广泛地涵盖了各个行业的功能安全标准。它们在功能安全领域的标准起草和颁布方面发挥着重要的作用。

在国内外的安全标准体系中，各个行业都有基于本行业实际需求的C类功能安全标准，根据不同行业的特点和要求，制定了相应的功能安全要求和指南，以确保系统或设备在特定操作模式下能够正确执行其安全功能。常见例如汽车行业的ISO 26262，核工业IEC 61513等。但这些标准的功能安全要求又主要来源于以下三个基础的B类安全标准：

· IEC 61508（对应国标GB/T 20438）

· IEC 61026（对应国标GB/T 28526）

· ISO 13849（对应国标GB/T 16855）

在做功能安全设计需要寻找对应的标准要求时，以上三标准是绕不开的坎，如何确定自己的功能安全设计应该遵循哪个标准时，可以考虑以下几个因素：

领域和行业：根据项目或产品所属的领域和行业，确定适用的功能安全标准。例如，如果您的项目涉及电气或电气系统，那么IEC 61508可能是一个合适的选择。如果涉及机械系统，那么ISO 13849可能更适用。

标准的适用范围：了解标准的适用范围和要求。比如，IEC 61508适用于电气、电子和可编程电子系统的功能安全，而IEC 61026适用于机械系统的功能安全。

国家和地区要求：考虑所在国家或地区的法规和标准要求。有些国家可能有自己的国家标准或对国际标准进行了修改和引用，需要遵循相应的要求。

标准的特征和要求：了解标准组织的特征和标准的要求，以便更好地理解和应用标准。例如，IEC 61508强调安全完整性能（SIL）评估，而ISO 13849则关注控制系统的安全功能设计总则。

具体科普：

IEC 61508 主要适用于电气或电气系统领域，例如在工业行业的电敏保护装置（如安全光幕），可编程控制器（PLC）等电气控制回路为主的领域，通过安全完整性能等级（SIL）来对功能安全进行评价。

IEC 61026的适用范围相对较窄，主要偏向于机械领域，采用可编程电子技术来实现安全控制，例如安全PLC等。它也采用了IEC 61508中的SIL来衡量安全功能的好坏，一共分三个等级，分别是SIL 1到SIL 3，每个等级代表了不同的安全完整性要求和可靠性水平。

ISO 13849应用范围非常广泛，不仅包括电气电子领域，还包括液压、气动、机械等领域。它是用于对安全控制回路功能进行评价的标准，通过安全可靠性能等级（PL）来衡量安全功能的好坏。ISO 13849标准将安全可靠性性能等级（PL）分为五个等级，分别是a、b、c、d、e。每个等级代表了不同的安全功能要求和可靠性水平。在大型自动化系统集成中，如石油化工和汽车交通等领域，通常会遵循IEC 61508和IEC 61026标准。而在工贸自动化生产领域，大部分采用ISO 13849标准。

如何实现功能安全？

在工贸离散自动化领域，人员往往需要通过安全门等通道频繁进出机器设备危险运动区域开展作业任务，在人员接触到危险区域内的危险运动前或正在接触危险运动时，机器设备可靠地停止不动是预防机械伤害事故的重要原则。

在工贸自动化领域，机器设备装置的安全性是至关重要的。为了保护人员免受危险状况的伤害，可以与安全控制器配合使用联锁装置，联锁装置通常包括安全门开关、安全光幕、急停按钮、速度监控和区域人员存在检测等。这些装置需要按照国际标准进行标准化，以确保其规格的合理性能够通过客观、定量的方法来实现。国际标准如IEC 61508、IEC 62061和ISO 13849等提供了关于联锁装置的功能安全要求和指导，确保其能够在特定条件下正常工作，并降低因故障或误操作而引起的风险。

文章内容来源上海辰竹，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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