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安全控制系統設計的迭代流程中，第一步就是要確定設備的安全功能，一臺設備中可以有多個安全功能被用來降低風險。

什么是安全功能？

安全功能（SF：Safety Function）是指其失效后會立即造成風險增加的機器功能。它是一種通過采取措施（包括控制技術措施）將特定危險所造成的風險降低到可接受水平的功能。

以一臺碼垛設備為例，常用的安全功能有安全門聯鎖開關功能、安全光幕功能。再以一臺AGV為例，常用的安全功能有安全掃描儀、安全速度監控。因此，不同的設備類型，其安全功能可能會不同。確定設備的安全功能可以參考相關設備的C類標準，也可以基于風險評估和工程實踐。

安全功能與相關標準

在確定由安全控制系統執行的安全功能之后，則需要規定每種安全功能所要求的特征。表1中羅列了部分經常應用的安全功能所對應的參考標準。

典型機器安全功能及其某些特征的標準

在規定安全功能特征的過程中，往往要制定安全需求規范，需要考慮的因素包括但不限于以下的幾點：

• 安全功能預定實現或防止的機器動作

• 安全功能的操作頻率

• 操作特征，含操作模式、響應時間等

以數控機床的為例，其需求規范就是在正常操作模式下，每十五分鐘打開一次安全門。當打開安全門觸發安全聯鎖功能時，控制主軸和進給軸的伺服的STO（Safe Torque Off）需要被切斷。

兩種方法，輕松確定性能等級

在規定安全功能之后，需要進行所需性能等級的確定，這是影響安全控制系統設計的重要環節之一。

什么是性能等級？

性能等級（PL: Performance Level）是用于規定安全控制系統在預期條件下執行安全功能的離散等級。如表2所列，性能等級分為5級，從最低PL=a到最高PL=e，各自對應一個明確的每小時危險失效概率范圍。

性能等級（PL）

• 方法1：參考C類標準

在C類標準中，通常會給出執行安全功能的安全控制系統的所需性能等級。如機器人集成，參考GB 11291.2/EN ISO 10218-2，安全控制系統的所需性能等級要求為PLd。一個機器人工作站中的安全門聯鎖功能，通常由安全聯鎖開關、安全控制器以及機器人安全使能構成的安全控制系統（或稱為控制系統安全相關部件）來執行，該系統需要達到性能等級PLd。

• 方法2：參考GB/T 16855.1的附錄A

如果沒有C類標準可參考，則建議通過GB/T 16855.1 中的附錄A確定所需性能等級。如圖1所示，宜根據三個風險參數S、F、P確定所需性能等級。以一臺簡單的手動上下料的裝配設備為例，通常可以選擇S1、F2、P2作為風險參數。參考圖1，針對執行安全光幕這個安全功能的安全控制系統，確定其所需性能等級要求為PLr=c。

用于確定安全功能PLr的風險圖

風險參數：

S ——傷害的嚴重度；

S1——輕微（通常是可恢復的傷害）；

S2——嚴重（通常是不可恢復的傷害或死亡）；

F ——暴露于危險的頻率和/或持續時間；

F1——很少-不常和/或暴露時間短；

F2——頻繁-連續和/或暴露時間長；

P ——避免危險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，這是一個常規方法，假定了在最壞情況下發生危險事件的可能性。這種方法的估計結果可能會不同于C類標準的要求。在有適用C類標準的情況下，PLr以C類標準中的要求為準。

在了解了安全控制系統設計的迭代流程以及安全功能、性能等級這些基礎知識之后，就可以進行具體的安全控制系統的設計了。