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GBT 16855.100-2005机械安全 控制系统有关安全部件 第100部分:GBT16855.1的应用指南.pdf

时间:2013-4-14 8:59:16 作者:357001826 来源:GB 阅读:2523次
GBT 16855.100-2005机械安全 控制系统有关安全部件 第100部分:GBT16855.1的应用指南.pdf
I CS  1 3.11 0
J  09
荡昌 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准
GB / T  1 6 8 5 5 . 1 0 0 -2 0 0 5
   机械安全
第 1 0 0部分
控制系统有关安全部件
: GB / T  1 6 8 5 5 .  1 的应用指南
   S a f e t y  o f  ma c h i n e r y -S a f e t y - r e l a t e d  p a r t s  o f  c o n t r o l  s y s t e ms -
P a r t  1 0 0 ;  Gu i d e l i n e s  f o r  t h e  u s e  a n d  a p p l i c a t i o n  o f  GB / T  1 6 8 5 5 .  1
( I S O/ T R  1 3 8 4 9 - 1 0 0 : 2 0 0 0 , S a f e t y  o f  ma c h i n e r y -S a f e t y - r e l a t e d
                   p a r t s  o f  c o n t r o l  s y s t e ms -
       P a r t  1 0 0 , Gu i d e l i n e s  f o r  t h e  u s e  a n d  a p p l i c a t i o n  o f
                         I S O  1 3 8 4 9 - 1,  MOD)
2 0 0 5 - 0 2 - 2 1发布 2 0 0 5 - 0 7 - 01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布GB / T  1 6 8 5 5 . 1 0 0 -2 0 0 5
前 言
     本部分是修改采用国际标准技术报告 I S O / T R  1 3 8 4 9 -1 0 0 《 机械安全 控制系统有关安全部件第
1 0 0 部分: I S O  1 3 8 4 9 - 1的应用指南》 制定的。国际标准化组织( I S O) 发布了 I S O  1 3 8 4 9 - 1 之后, 发现各
方在使用过程中对标准内容的理解存在着差异或困难 , 于是起草并发布了这份技术报告, 以给出如何避
免误用 I S O  1 3 8 4 9 - 1的建议。我国于 1 9 9 7年发布了标准号为 G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7 《 机械安全 控制
系统有关安全部件 第一部分: 设计通则》 , 标准发布后也存在着对标准理解和使用的困难。因此有必
要将此国际标准技术报告I S O / T R  1 3 8 4 9 - 1 0 。转化为国家标准, 以促进其使用。
     本部分与 I S O/ T R  1 3 8 4 9 - 1 0 。 相比, 主要有以下不同:
     1 .本部分是按G B / T  1 .  1 -2 0 0 。的规定进行了修改, 并将引用的有关国际、 国外标准改为对应的
国家标准
     2 .取消了原标准的“ I S O前言” 部分。因为该部分只是对 I S O标准的起草和审批程序做的说明, 并
提示该标准的某些要素可能涉及专利, I S O无责任去识别这些专利。其存在与否对本部分的理解和使
用没有影响。
     3 .将“ 参考文献” 中的表“ 本部分引用到的国家标准与相应的国际标准之间的联系” 的“ 国际标准”
改为“ 国家标准” , 将“ 欧洲标准” 改为“ 国际标准” 。因该表中的“ 备注” 栏和“ 脚注 a " 均是针对欧洲标准
而言的, 故予以删除了。
     本部分由全国机械安全标准化技术委员会提出并归口。
     本部分负责起草单位: 机械科学研究院。
     本部分主要起草人: 石俊伟、 李勤、 宁燕、 陈建民、 聂北刚。G B/ T  1 6 8 5 5 . 1 0 0 - 2 0 0 5
引 言
     G B / T  1 6 8 5 5 .  1 发布于 1 9 9 7 年, 从已有经验可以明显地看出, 在理解如何使用 G B / T  1 6 8 5 5 .  1 标准
方面存在一些困难。本技术报告在如何避免产生误解方面给出了一些建议。
     G B / T  1 6 8 5 5 .  1 在有关原则方面给出了一些指导意见:
设计控制系统有关安全部件方面( G B / T  1 6 8 5 5 . 1 -1 9 9 7 , 第4 章) ;
安全功能特性方面( G B / T  1 6 8 5 5 . 1 -1 9 9 7 , 第5 章) ;
     — 对控制系统有关安全部件类别的要求方面( G B / T  1 6 8 5 5 . 1 -1 9 9 7 , 第6 章) 。
     用户的反馈表明, G B / T  1 6 8 5 5 .  1 的范围未能得到充分理解。因此应强调指出, G B / T  1 6 8 5 5 .  1未
在以下方面给出指导:
     — 有关风险减小过程在选 择控 制系统有关安全部件类别方面 的系统性应用 ;
     — 减小风险过程在有关机器全面安全要求方面的应用( 见 G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7 , 图 1的第 2
         步) ;
     — 有关安全部件利用各种不同技术的详细实现方法, 特别是将不同的技术组合地用于一种安全
         功能的场合
     为了将本技术报告的内容与某些补充的意见综合到一起, 正在对 GB / T  1 6 8 5 5 .  1 进行修改和准备
修订版本。修订版一经发布, 本技术报告即行撤销G B/ T  1 6 8 5 5 . 1 0 0 -2 0 0 5
   机械安全 控制系统有关安全部件
第 1 0 0部分: G B / T  1 6 8 5 5 .  1的应用指南
范 围
本标准对恰当的理解和使用 G B / T  1 6 8 5 5 . 1 -1 9 9 7 提供指南。并在以下方面亦给出更多的信息:
— 控制系统如何有利于减少机器风险;
— 控制系统中有关安全部件与安全功能的关系;
— 类别的合理选用;
- G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7附录 B的作用
2 规范性引用文件
     下列文件中的条款通过G B / T  1 6 8 5 5 的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件,
其随后所有的修改单( 不包括勘误的内容) 或修订版均不适用于本部分, 然而, 鼓励根据本部分达成协议的
各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件, 其最新版本适用于本部分。
     G B / T  7 8 2 6 -1 9 8 7 系统可靠性分析技术 失效模式和影响分析程序
     G B / T  1 5 7 0 6 .  1 -1 9 9 5 机械安全 基本概念与设计通则 第 1 部分: 基本术语、 方法学
     G B / T  1 5 7 0 6 .  2 -1 9 9 5机械安全 基本概念与设计通则 第2 部分: 技术原则与规范
     G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7 机械安全 控制系统有关安全部件 第一部分: 设计通则
     G B / T  1 6 8 5 6 -1 9 9 7 机械安全 风险评价的原则
3 正确应用 G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7
     G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7中的内容是复杂的, 各章节相互关联且不能单独使用。因此有必要对 G B / T
1 6 8 5 5 . 1 -1 9 9 7的章节予以全面考虑
4 对设计 程序的解释
     G B / T  1 5 7 0 6 .  1 -1 9 9 5的第 5章给出了全部的设计程序。该程序的一部分是风险评价, 风险评价
的原则已在 G B / T  1 6 8 5 6 -1 9 9 7中给出。此风险评价涉及机器的全寿命期。如果发现存在必须减小的
风险, 那么一定要选择合适的措施。G B / T  1 5 7 0 6 .  2中给出了有关减小风险措施的指导。
     风险减小程序的内容之一是确定机器安全功能( G B / T  1 5 7 0 6 .  1 -1 9 9 5 的 3 . 1 3 ) 。这包括控制系统
的安全功能, 例如急停功能、 启动和重启动( 见G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7的第5章) 。
     安全功能可由控制系统的一个或多个有关安全部件来执行。设计者可以采用任何一种单独的或是组
合的适用的技术。安全功能也可以是一种操作功能, 例如双手操纵就可作为一种循环或过程的启动方式。
     图 1 给出一种典型安全功能, 并示出了有关安全部件( S R P ) :
     — 输人( ( S R P ,  ) ;
     — 逻辑/ 处理( S R P b )  ;
     — 输出/ 动力控制元件( ( S R P , )  ;
     — 相互连接方式( (  Z . b  I  i b e  ) , 例如电学的、 光学的。
     注 1 : 有关安全部件由一个或多个部件组成; 部件由一个或多个元件组成
     注2: 所有相互连接手段均包含在有关安全部件中
     注3 :图2及相应的文字给出了安全功能的示例。GB/ T  1 6 8 5 5 . 1 0 0 -2 0 0 5
S RP, S RP�
     1 一 一 典型安全功能;
     2 一一启动方式, 例如手致动或其他信号;
     3 — 机器致动器、 断开装置、 制动器;
     4— 输人 ;
     5 — 逻辑 ;
     6 — 输出
                     图 1 用于处理典型安全功能的有关安全部件组合的图解
     安全功能的每一种有关安全部件都可以采用不同的技术制作。每一种有关安全部件都可采用各种
不同的技术以实现其功能, 例如输人可由一个与光控信号转换器相连的机械致动器组成。
     确定了控制系统的安全功能后, 必须识别控制系统有关安全部件( 见GB / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7的3 . 1
和第8章) , 然后确定风险减小过程的作用程度。由控制系统提供的保护措施取决于这一作用的大小,
而不直接取决于所考虑危险的全面风险减小。
     注: 如果采取了其他有效的保护( 安全) 措施, 安全功能的丧失不会 自动地导致对健康伤害
     风险减小对控制系统有关安全部件的依赖性越大, 那么, 需要这类部件抗故障的能力也就越高( 根
据 G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7的4 . 2 ) 。因此减小风险的保护措施是必须的, 重要的是:
     — 在部件层面上减小产生故障的可能性。目的在于减小能对安全功能产生影响的故障或失效模
式的可能性。这一点可以通过提高部件可靠性来实现, 例如通过选用经验证的部件和/ 或应用经验证的
安全原则, 以排除关键故障或失效模式。G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7未系统地给出有关可靠性要求方面的
观点 。
     — 改善系统结构。目的在于避免故障的危险影响。有些故障可以被监测到, 那么也就可能需要
一种冗余的和/ 或被监视的结构。
     两种措施可以分别或组合使用。使用某些技术时, 风险减小可通过选择可靠的部件和通过故障排
除的方法实现, 但使用其他一些技术时, 风险减小可能需要一种有两个或多个部件的冗余和/ 或被监视
的系统。另外, 常因失效应予考虑。体现这些措施的一种方式就是应用GB / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7中第6
章建立 的 5种类 型的系统。
5 类别
     类别( 定义见G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7的3 .  2 ) 是用来划分执行安全功能的控制系统有关安全部件的,
这种划分以有关安全部件在故障状态下表现出的性能为基础 这些部件单独或组合使用 从故障发生
的角度来说, 类别宜被看作是控制系统有关安全部件性能的参考点( 见G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7的引言)
类别不能也不宜被看作是精确区分的界限, 因为对所涉及的参数的评价可能是主观的
     一般概念把 G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7 的类别定义总是或单独地与风险水平相应是不正确的。
     设计者在选择类别时应考虑要达到的安全性能, 这取决于有关安全部件的结构和可靠性两个方面。GB / T  1 6 8 5 5 . 1 0 0 -2 0 0 5
G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7 未全面规定可靠性要求
     因此, 可以认为在给定技术下的安全性能:
     a )    1 类、 2 类、 3 类和 4 类都比B类好;
     b ) 在 B类、 1 类和2 类情况下, 单个的故障可能导致安全功能的丧失;
     c )   3 类和 4 类不会因单个故障而失效( 常因故障认为是单个故障) ;
     d ) 在故障允度方面, 4 类具有最好的性能, 因为考虑到了故障积累的情况
     采用某种技术的控制系统总是不能设计成满足所有类别。例如, 一种能满足 1 类要求的机械连接,
却不能满足 3 类或 4 类的要求。然而, 期望执行的安全功能的可能等同或高于对某些满足 2 类、 3 类或
4类的其他系统的安全功能。
     当控制系统由几个有关安全部件执行安全功能时, 可能会出现以下三种情况:
     a ) 每一个有关安全部件都具有同样的类别并能被用于同一类别;
     b ) 有关安全部件为不同的类别, 但组合在一起以一种同一类别的方式使用;
     c ) 由于使用的技术不能被设计得满足每一种类别, 因此不能指派同一类别。
     在故障能自我显现时, 不必总是通过 3类控制系统监测故障, 例如当机器自身通过不允许启动或重
启动显示出其故障的情况时。
     由于类别要求的制约, 特别是可靠性方面的制约, 设计者和G类标准的制定者应知道在按照同一
类别条件提出安全功能的性能要求时的局限性。
6 类别选择
     在选择执行安全功能的有关安全部件类别( 见 G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7的第 6章) 时, 应从以下两个
方面考虑这些部件中可能发生的故障:
     — 评价这些部件中出现失效的可能性或故障的影响;
     — 考虑这些部件中出现失效或发生故障时对安全功能的影响。
     安全功能所要求的性能取决于风险的水平, 如果风险大, 则要求的性能就高, 反之亦然。相关的协
调标准反映了各种应用的技术发展状况, 且这种信息应在选择类别时予以考虑。
     故障发生的可能性通常是通过定性评估来确定的, 因为用作定量判定基础的数据非常不充分。这
就意味着在多数情况下应使用“ 失效模式与影响分析法” ( F ME A 一见 G B / T  7 8 2 6 -1 9 8 7 ) 或类似方法。
应考虑所有有关故障和/ 或失效模式, 并应把故障情况下安全功能的实际性能与所需的性能加以对照。
     如果某些故障或失效模式发生的可能性很低, 那么就可以将其排除。这种可能性取决于应用条件。
一个重要的考虑因素是有关安全功能的需求的频次, 这个频次可能变化非常大( 从很少有需求, 例如急停
装置, 到连续的需求, 例如运动机器部件的控制) 。因此, 通常不能给出可接受失效率的平均值或评估值。
     在风险减小的全部程序完成后, 应进行鉴定( 见GB / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7的第 8 章) 。这种鉴定是对
整个机器系统鉴定的一部分。
     图 2 是有关安全部件的示意图, 有关安全部件提供了一种控制机器致动器的功能。这不是一个功
能/ 工作图, 此图仅为表明在这一功能中将一些类别和技术组合到一起的原则
     这种控制功能是通过电控逻辑线路和流体换向阀而提供的, 并要按适当的时间间隔加以检查( 见
GB / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7 的 6 .  2 . 3 ) 。风险由联锁防护装置来减小, 当防护装置关闭时防止进人危险位置,
当防护装置打开时防止流体致动器的启动。
     对于此示例, 控制系统的有关安全部件组合在第 7 点开始, 在第 1 点结束( 见图 2 ) .
     提供安全功能的有关安全部件是: 防护凸轮、 位置装置、 电控逻辑线路、 流体方向阀和相互联接的
方 式
     这些有关安全部件组合提供停止功能 ( 见 GB / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7的 5 .  2  ) 作为安全功能 ( 见
GB / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7 的3 .  6给出的定义) 。在防护装置打开时, 位置装置中的触点打开并且电控逻辑
线路向流体方向阀提供一个信号, 以停止作为控制系统有关安全部件输出的液体流动。GB / T  1 6 8 5 5 . 1 0 0 -2 0 0 5
     这种有关安全部件组合产生的安全功能表明了以GB / T  1 6 8 5 5 . 1 -1 9 9 7 第 6章要求为基础的类别
划分状况。考虑到发生故障的可能性和几率, 这些故障可能影响到这些组合部件执行安全功能的能力。
应用这些原则 , 图2中所示的有关安全部件可以分类如下:
     — 用于机电一体化位置装置的1 类:
     为了减小故障的概率, 这类装置应用经验证有效的安全原则, 如强制打开操作原则、 超标定原则, 并
由适用的经验证有效的部件组成( 见 G B / T  1 6 8 5 5 . 1 -1 9 9 7的第 3 章和 6 . 2 . 2 ) 0
     — 用于电控逻辑线路的3 类:
     为了提高电控逻辑线路的安全性能水平 , 此类控制系统有关安全部件的结构被设计成能检测多个
单项故障, 例如冗余技术( 见G B / T  1 6 8 5 5 . 1 -1 9 9 7 的6 . 2 . 4 ) 0
     — 用于流体方向检查阀的2 类:
     为了达到所要求的安全性能水平, 这类有关安全部件采用了被周期检查( 例如监视) 的部件, 以便检
测那些应用了经验证有效的安全原则( 见 G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7 的 6 . 2 .  3 ) 还没有得以避免的故障。
     位置、 尺寸以及连接方式的设计方案也应予以考虑。
     总体目标是每个有关安全部件都达到一个相似的安全性能水平, 从而有助于控制系统有关安全部
件达到减小风险的要求。因此, 控制系统有关安全部件的可靠性和结构两方面亦均需加以考虑。
1 - 输出信号;
2 - 流体换向阀;
3 — 流体致动器;
4 — 危险运动;
5 — 检查功能;
6 — 防护装置;
7 - 输入信号;
8 — 电控逻辑线路;
9 — 位置装置;
1 0 —      G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7的范围。
注: 停止和启动功能被省略以保持示例简单。
                               图2 解释类别使用的示例
G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7附录B的作用
在评价风险时, 应遵守 I S 0  1 4 1 2 1 给出的程序。GB / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7附录B仅是提示信息。GB / T  1 6 8 5 5 . 1 0 0 -2 0 0 5
参 考 文 献
口G B / T  1 5 7 0 6 .  1 -1 9 9 5 , 机械安全 基本概念与设计通则 第1 部分: 基本术语、 方法学
]  G B / T  1 5 7 0 6 . 2 -1 9 9 5 , 机械安全 基本概念与设计通则 第2部分: 技术原则与规范
」G B / T  1 6 8 5 5 .  1 -1 9 9 7 , 机械安全 控制系统有关安全部件 第一部分: 设计通则
]  G B / T  1 6 8 5 6 -1 9 9 7 , 机械安全 风险评价的原则
]  G B / T  7 8 2 6 -1 9 8 7 , 系统可靠性分析技术 失效模式和影响分析程序
                 本部分引用到的国家标准与相应的国际标准之间的关系
国家标准 国 际 标 准
GB/ T  1 5 7 0 6 .  1 -1 9 9 5 I SO/ TR  1 2 1 0 0 - 1 ; 1 9 9 2 机械安全 基本概念与设计通则 第 1 部分: 基本术语 方法学
GB /T  1 5 7 06 . 2 -1 9 9 5 I SO/ TR  1 21 0 0 - 2 09 9 2 机械安全 基本概念与设计通则 第2部分: 技术原则与规范
GB / T  1 6 8 5 5 . 1 - 1 9 9 7 I S O  1 3 8 4 9 - 1; 1 9 9 9 机械安全 控制系统有关安全部件 第一部分: 设计通则
GB / T  1 6 8 5 6 -1 9 9 7 I S O  1 4 1 2 1: 1 9 9 9 机械安全 风险评价的原则2523
国家标准下载

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