# ISO 13849 安全電路如何保護您的氣動系統免於嚴重故障？

> 來源: https://rodlesspneumatic.com/zh/blog/how-can-iso-13849-safety-circuits-protect-your-pneumatic-systems-from-critical-failures/
> 已發佈: 2025-09-16T02:13:08+00:00
> 已修改: 2026-05-16T03:16:23+00:00
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## 摘要

ISO 13849 規範的氣動安全迴路需要定義的安全功能、基於風險的效能等級目標、備援架構、診斷和驗證。本指南說明如何應用安全閥、壓力監控、位置回饋和文件實務來控制危險的氣動能量。.

## 文章

![圖解說明 ISO 13849 氣動安全迴路，設計用於保護人員和設備。該電路顯示壓縮機連接到雙通道安全閥，而安全閥則饋入安全繼電器模組。緊急停止 (E-STOP) 按鈕非常顯眼，通往代表危險能量的無桿圓筒，柵欄後面有一個簡化的人像，表示保護。關鍵元件都有標籤，包括「安全故障模式」：故障時壓力排氣"。背景是工業設施的模糊影像。](https://rodlesspneumatic.com/wp-content/uploads/2025/09/ISO-13849-Pneumatic-Safety-Circuit-Protecting-Personnel-Equipment.jpg)

ISO 13849 氣動安全迴路 - 保護人員與設備

您的氣動系統是否在沒有適當安全迴路的情況下運作，導致工人處於危險之中，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會造成超過 15,000 宗工傷事故，而每宗違反安全標準的罰款更高達 $140,000 元。.

**[ISO 13849 氣動系統的安全迴路](https://www.iso.org/standard/73481.html?browse=tc)[1](#fn-1) 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，保護人員和設備免受危險氣動能量釋放的傷害。.**

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？](#what-are-the-key-requirements-of-iso-13849-for-pneumatic-safety-circuits)
- [如何計算氣動安全系統的性能等級？](#how-do-you-calculate-performance-levels-for-pneumatic-safety-systems)
- [哪些安全元件對於符合 ISO 13849 標準的氣動電路是必要的？](#which-safety-components-are-essential-for-iso-13849-compliant-pneumatic-circuits)
- [實施氣動安全電路時，您應該避免哪些常見錯誤？](#what-common-mistakes-should-you-avoid-when-implementing-pneumatic-safety-circuits)

## ISO 13849 對於氣動安全迴路有哪些主要要求？

瞭解 ISO 13849 的要求對於建立符合標準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、故障偵測診斷範圍、共通原因故障分析，以及系統能力驗證，以根據風險評估計算達到所需的效能等級 (PLa 至 PLe)。.**

![雙面板資訊圖解說明 ISO 13849 氣動安全系統設計的合規性。左側面板「風險評估」的矩陣是用來根據嚴重性、頻率和避免的可能性來決定效能等級 (PLd，第 3 類)。右側面板「PNEUMATIC SAFETY ARCHITECTURE」顯示了一個具有雙通道備援、安全邏輯單元、緊急停止 (E-STOP) 和診斷範圍的電路圖，展示了具有安全閥、感測器和無杆氣缸等關鍵元件的第 3 類安全系統。](https://rodlesspneumatic.com/wp-content/uploads/2025/09/ISO-13849-Compliance-Pneumatic-Safety-System-Design.jpg)

符合 ISO 13849 規範 - 氣動安全系統設計

### 安全分類與架構

**第 3 類要求：**
[具有交叉監控的雙通道安全架構](https://www.iso.org/standard/87709.html)[2](#fn-2) 確保單一故障不會危及安全功能，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：**
地址 [儲存能量釋放](https://www.osha.gov/laws-regs/regulations/standardnumber/1910/1910.147)[3](#fn-3), 氣動執行器和無桿式氣缸特有的意外運動、壓縮力和與壓力相關的傷害。.

### 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4 | 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！

**性能等級計算結合平均危險故障時間 (MTTFd)、診斷覆蓋範圍 (DC) 和共因故障 (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。.**

![詳細說明 ISO 13849 氣動安全系統性能等級計算的資訊圖表。計算輸入 「部分列出了 MTTFd、DC 和 CCF，從而得出公式 」Σ = PL = f(MTTFd、DC、CCF) 「和 」REQUIRED PL (來自風險評估)"。在 "PNEUMATIC SYSTEM ARCHITECTURE "面板上，顯示了包含壓縮機、安全閥、安全邏輯單元和無桿式氣缸的雙通道冗餘安全系統的示意圖，強調交叉監控和故障檢測。VERIFICATION & RESULT"（驗證與結果）部分確認符合規定。](https://rodlesspneumatic.com/wp-content/uploads/2025/09/ISO-13849-Performance-Level-Calculation-for-Pneumatic-Safety-Systems.jpg)

ISO 13849 氣動安全系統的性能等級計算

### 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/PLe](https://webstore.iec.ch/en/publication/59927)[5](#fn-5)...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。**

![VHS 系列氣動安全閉鎖閥 (排氣)](https://rodlesspneumatic.com/wp-content/uploads/2025/05/VHS-Series-Pneumatic-Safety-Lockout-Valve-Venting-1.jpg)

[VHS 系列氣動安全閉鎖閥 (排氣)](https://rodlesspneumatic.com/zh/products/control-components/vhs-series-pneumatic-safety-lockout-valve-venting/)

### 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

採用符合 ISO 13849 規範的氣動安全迴路，可保護人員安全，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

### **問：氣動安全系統通常需要什麼性能等級？**

大多數氣動應用都需要 PLc 或 PLd 性能等級，而大型執行器或高壓系統等高風險應用則通常需要 PLd 或 PLe，以充分防止嚴重傷害或死亡。

### **問：為了符合 ISO 13849 規範，應該多久測試一次氣動安全迴路？**

檢測間隔取決於計算出的 MTTFd 值，但通常 PLe 系統的檢測間隔為每月一次，而 PLc 系統則為每年一次，並在運作期間持續監控診斷功能。

### **問：現有的氣動系統能否升級以符合 ISO 13849 要求？**

是的，大多數現有系統都可以改裝為安全等級的元件、備援監控和適當的控制架構，但對於複雜的系統而言，完全重新設計可能更具成本效益。

### **問：ISO 13849 氣動安全電路認證需要哪些文件？**

所需的文件包括風險評估、安全功能規格、架構圖、FMEA 分析、效能等級計算、驗證測試結果，以及完整符合性展示的維護程序。

### **問：相較於標準系統，符合 ISO 13849 規範的氣動安全系統的成本通常是多少？**

符合安全標準的氣動系統在初期的成本通常比標準系統高出 150-300%，但卻可避免昂貴的意外事故、法規罰款和保險索賠，其價值遠遠超過額外的投資。

1. “「ISO 13849-1:2023 機械安全 - 控制系統的安全相關零件 - 第 1 部分」、, `https://www.iso.org/standard/73481.html?browse=tc`. .ISO 13849-1 規定了設計和整合控制系統安全相關部分的方法和要求，包括高需求和連續模式下的氣動技術。證據作用: general_support；資料來源類型: 標準。支援：ISO 13849 氣動系統的安全迴路。. [↩](#fnref-1_ref)
2. “「ISO/DIS 13849-2 機械安全 - 控制系統的安全相關零件 - 第 2 部分」、, `https://www.iso.org/standard/87709.html`. .ISO 第 2 部分的修訂草案為機械、氣動、液壓和電氣安全相關控制系統的設計和驗證提供了要求和指南。證據作用: general_support；資料來源類型: 標準。支援：具有交叉監控的雙通道安全架構。. [↩](#fnref-2_ref)
3. “「29 CFR 1910.147 - 控制危險能源（閉鎖/挂牌）」、, `https://www.osha.gov/laws-regs/regulations/standardnumber/1910/1910.147`. .OSHA 的鎖定/標籤標準將氣動能量確定為危險能量來源，並要求釋放、斷開、限制或以其他方式使危險的儲存或殘留能量變得安全。證據作用: general_support；資料來源類型: 政府。支持：儲存能量釋放。. [↩](#fnref-3_ref)
4. “Guideline For Failure Modes and Effects Analysis and Risk Assessment”（失效模式及影響分析與風險評估指南）、, `https://standards.nasa.gov/standard/GSFC/GSFC-HDBK-8004`. .NASA 的手冊提供了執行失效模式、影響和關鍵性分析的統一方法，作為一份活生生的風險評估文件。證據作用: general_support；資料來源類型: 政府。支援：FMEA 分析。. [↩](#fnref-4_ref)
5. “「IEC 62061:2021 機械安全 - 安全相關控制系統的功能安全」、, `https://webstore.iec.ch/en/publication/59927`. .IEC 62061 規定了機械安全相關控制系統的設計、整合、驗證和驗證的要求和建議。證據作用: general_support；資料來源類型: 標準。支援：SIL 3/PLe。. [↩](#fnref-5_ref)