ISO 13849 安全電路如何保護您的氣動系統免於嚴重故障？

您的氣動系統是否在沒有適當安全迴路的情況下運作，使工人面臨風險，並使您的設施面臨代價高昂的違規行為？🚨不符合規定的氣動安全系統每年造成超過 15,000 宗工作場所傷害，每宗違反安全標準的事件罰金高達 $140,000。

ISO 13849¹ 氣動系統的安全迴路需要雙通道監控、緊急停止功能、安全故障模式和性能等級計算，以達到第 3 類或第 4 類安全完整性等級，保護人員和設備免於危險的氣動能量釋放。

上個月，我接到威斯康辛州一家金屬製造廠的安全工程師 Robert 的緊急電話，他的工廠面臨 OSHA $75,000 的罰款，原因是他們的無桿氣瓶安全電路在例行檢查中不符合 ISO 13849 的合規要求。📞

目錄

• ISO 13849 對於氣動安全迴路有哪些主要要求？
• 如何計算氣動安全系統的性能等級？
• 哪些安全元件對於符合 ISO 13849 標準的氣動電路是必要的？
• 實施氣動安全電路時，您應該避免哪些常見錯誤？

ISO 13849 對於氣動安全迴路有哪些主要要求？

瞭解 ISO 13849 要求對於建立符合要求的氣動安全系統至關重要！🔒

ISO 13849 氣動安全迴路必須包含備援安全通道、故障檢測的診斷範圍、共通原因故障分析，以及系統能力驗證，以達到所需要求。 效能等級 (PLa 至 PLe)² 根據風險評估計算。

安全分類與架構

第 3 類要求：
具有交叉監控功能的雙通道安全架構可確保單一故障不會危及安全功能，這需要冗餘的感測器、邏輯和最終元件。

第 4 類標準：
強化故障偵測與診斷涵蓋範圍，超越第 3 類，具備在累積故障影響安全效能之前即進行偵測的系統能力。

風險評估架構

績效等級確定：
使用嚴重性 (S1-S2)、接觸頻率 (F1-F2) 和避免可能性 (P1-P2) 計算所需的效能等級，以確定 PLa 至 PLe 的要求。

氣動特定危險：
針對氣動執行器和無桿式氣缸，處理儲存能量釋放、意外運動、壓縮力和壓力相關的傷害。

文件要求

ISO 13849 元件	氣動應用	所需文件	驗證方法
安全功能	汽缸緊急停止	功能規格	驗證測試
效能等級	壓碎危險 PLd	風險評估矩陣	計算驗證
類別	Cat 3 雙通道	架構圖	設計審查
診斷範圍	90% 故障偵測	FMEA 分析3	故障注入測試

Robert 的工廠針對他們的無桿式鋼瓶應用，實施了我們建議的 ISO 13849 相容安全電路設計，不僅解決了他們的合規問題，還在運作的第一個月內避免了三起潛在的安全事故。

如何計算氣動安全系統的性能等級？

正確的性能等級計算可確保您的氣動安全迴路符合法規要求！📊

效能等級計算結合 平均危險故障時間 (MTTFd)⁴、診斷覆蓋率 (DC) 和常見故障 (CCF) 值，使用 ISO 13849 公式來確定您的氣動安全迴路是否達到所需的 PLa 至 PLe 安全完整性等級。

MTTFd 計算

元件可靠度資料：
對於氣動元件，請使用製造商提供的 B10d 值，一般而言，優質安全閥的 B10d 值為 20,000,000 循環次，標準致動器的 B10d 值為 10,000,000 循環次。

系統層級計算：
對於雙通道 Category 3 系統，請使用並行可靠度公式計算等效 MTTFd，並將冗餘效益計算在內。

診斷範圍評估

氣動系統監控：
實施壓力監控、位置回饋和閥門反應驗證，以達到更高性能等級所需的 DC ≥ 90%。

故障檢測方法：
使用備援通道之間的交叉比較、可信度檢查和時間監控來偵測氣動元件故障。

常見故障原因分析

分離要求：
安全通道之間的物理、電氣和軟體分離可防止氣動控制系統中的共模故障。

環境因素：
考慮溫度、振動、污染和電磁干擾對氣動安全元件可靠性的影響。

效能等級驗證

計算工具：
使用 ISO 13849 軟體工具或手動計算，驗證達到的效能等級是否符合風險評估的要求等級。

驗證測試：
執行系統測試，包括故障注入、回應時間測量及故障模式驗證，以確認計算的效能等級。

在 Bepto，我們為無桿式鋼瓶和安全元件提供詳細的可靠性資料，可針對符合 ISO 13849 的系統進行精確的效能等級計算。

哪些安全元件對於符合 ISO 13849 標準的氣動電路是必要的？

選擇正確的安全元件是達到 ISO 13849 規範的關鍵！⚙️

必要的 ISO 13849 氣動安全元件包括雙通道安全閥，額定值為 SIL 3/PLe⁵...等多種技術的備援位置感測器、安全等級的壓力監控裝置，以及具備手動復位功能的緊急排氣閥，可提供完整的危險能源控制。

安全閥選擇

雙通道安全閥：
使用 5/2 或 5/3 安全閥，通道之間採用正向機械連結，確保緊急停止時兩個通道同時啟動。

排氣流量容量：
安全閥的尺寸應適合快速釋壓，通常需要 2-3 倍的正常流量才能達到所需的停止時間。

位置監控系統

冗餘感測器技術：
實施多樣化的感測器類型 (磁性 + 感應式)，以防止常見故障，並達到所需的診斷涵蓋層級。

安全等級感測器：
使用經過功能安全應用認證的感測器，並具備故障率記錄和診斷能力。

壓力安全系統

雙通道壓力監測：
使用備援變送器監控供氣壓力和致動器壓力，以偵測危險的壓力狀況或元件故障。

安全壓力等級：
建立最大安全操作壓力，並在超出限制時實施自動減壓。

元件比較

元件類型	標準等級	安全等級	Bepto 優勢	成本因素
安全閥	基本型 3/2 閥門	SIL 3 雙通道	通過 ISO 13849 認證	3 倍標準
位置感測器	標準接近度	多樣化冗餘	整合診斷	2.5 倍標準
壓力監測器	簡易量具	安全等級的傳送器	雙通道輸出	4x 標準
控制邏輯	基本 PLC	安全 PLC/繼電器	預先設定的安全性	2x 標準

Sarah 是密西根州一家汽車組裝廠的廠長，她使用我們符合 ISO 13849 標準的元件升級了氣動安全系統，並取得 PLd 認證，同時安全電路複雜度也比之前的設計降低了 40%。

實施氣動安全電路時，您應該避免哪些常見錯誤？

避免常見的實施錯誤，確保成功符合 ISO 13849！⚠️

常見的氣動安全迴路錯誤包括：診斷範圍計算不足、常見故障原因分析不當、安全功能記錄不足、混合使用安全與非安全迴路，以及未能透過系統測試程序驗證實際的效能等級達成。

設計階段的錯誤

風險評估不足：
未能正確辨識所有氣動危險會導致效能等級要求不足，以及安全措施不夠。

單一渠道思維：
應用電氣安全概念，卻沒有考慮氣動的特殊需求，例如儲存能量和流量特性。

執行錯誤

混合電路架構：
在相同的氣動回路中結合安全與標準控制功能會損害安全完整性，並使驗證變得複雜。

分離不足：
冗餘安全通道之間的物理和功能分隔不足，會導致共因故障。

驗證監督

文件缺口：
不完整的安全功能規格、缺失的失效模式分析，以及不完善的維護程序，都會妨礙認證的成功。

測試缺陷：
證明測試不足、故障注入驗證缺失，以及回應時間驗證不足，都會影響安全系統的可靠性。

保養注意事項

定期測試要求：
根據元件可靠性資料和所需的效能等級維護，建立系統化的驗證測試排程。

備件管理：
維護經安全認證的備用零件，並避免在維護期間以標準零件取代安全等級的零件。

我們的 Bepto 技術團隊提供全面的 ISO 13849 實施支援，協助客戶避免這些常見錯誤，並成功取得無桿式鋼瓶應用的安全系統認證。

總結

實施符合 ISO 13849 標準的氣動安全迴路可保護人員，同時確保符合法規要求及操作可靠性！🛡️

有關氣動安全迴路的常見問題

1. 閱讀 ISO 13849-1 標準的概述，該標準提供了控制系統安全相關部分的設計和整合的安全要求。 ↩

2. 瞭解五個性能等級（PLa 到 PLe），以及它們如何用來定義安全相關零件執行其功能的能力。 ↩

3. 瞭解失效模式與影響分析 (FMEA) 的逐步過程，FMEA 是識別設計流程中潛在失效的系統工具。 ↩

4. 探索平均危險故障時間 (MTTFd) 的概念，這是 ISO 13849 用來估計安全元件可靠性的關鍵指標。 ↩

5. 請參閱 IEC 62061 的安全完整性等級 (SIL) 與 ISO 13849 的效能等級 (PL) 之間的比較，以瞭解它們之間的關係。 ↩