有的用戶在設(shè)計(jì)安全回路時(shí)，在安全鏈中混用安全和普通元件，覺得不會(huì)有什么大問題，但其實(shí)卻埋下了“事故的隱患”，比如：將安全繼電器的輸出接到普通PLC的輸入端，由普通PLC切斷安全相關(guān)輸出；亦或是在高性能等級(jí)（PLr)要求的前提下，選用了不恰當(dāng)?shù)脑鹊?.....

　　讓人不禁要問：“普通元器件就真的容易失效嗎？安全元器件就能確保不會(huì)失效嗎？”今天來聊聊關(guān)于元器件失效的話題。

　　普通PLC的失效模式

　　以普通PLC為例，普通PLC的輸出端口通常分為晶體管型和繼電器型，當(dāng)輸出端發(fā)生過載或浪涌沖擊時(shí)，就可能會(huì)導(dǎo)致晶體管故障或繼電器觸點(diǎn)粘連的情況。由此導(dǎo)致的具體故障現(xiàn)象可能是輸出導(dǎo)通為ON，指示燈點(diǎn)亮，但并無輸出；更為可怕的是輸出切斷至OFF，指示燈熄滅，但輸出實(shí)際仍然存在，也就是說，PLC對(duì)設(shè)備發(fā)出了停止指令，但設(shè)備卻“不聽號(hào)令”，這將可能導(dǎo)致危險(xiǎn)事件的發(fā)生。

過熱導(dǎo)致集成電路失效

　　在安全有關(guān)部件（SRP/CS）鏈路中，將普通PLC作為其中一個(gè)環(huán)節(jié)，會(huì)使安全功能存有較大的失效概率。因?yàn)槠胀≒LC缺失MTTFd數(shù)據(jù)，根據(jù)ISO 13849-1，可以使用MTTFd=10年的默認(rèn)值，進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，普通PLC作為SRP/CS中一個(gè)環(huán)節(jié)，其性能等級(jí)只能達(dá)到PL=a（Cat.B）。

　　接觸器與繼電器的失效模式

　　接觸器和繼電器是控制柜中必不可少的元器件。在一些安全回路中，我們常用它們作為執(zhí)行元件來切斷危險(xiǎn)能量源。這類元器件最常見的故障就是觸點(diǎn)粘連、熔焊。

熔焊的觸點(diǎn)導(dǎo)致危險(xiǎn)動(dòng)作無法被有效切斷

　　發(fā)生故障的原因常見于通過觸點(diǎn)的電流過大、觸點(diǎn)通斷切換過于頻繁導(dǎo)致觸點(diǎn)過熱。在觸點(diǎn)溫度過高時(shí)，觸點(diǎn)表面金屬可能處于熔融狀態(tài)，最終引起粘連無法斷開。

　　安全元器件就不會(huì)失效嗎？

　　其實(shí)安全元器件也會(huì)有失效概率。我們講的性能等級(jí)PL，其本質(zhì)上就是在評(píng)判控制回路的危險(xiǎn)失效概率。安全元件的手冊(cè)中通常會(huì)標(biāo)注它的每小時(shí)危險(xiǎn)失效概率（PFHd）及其滿足的性能等級(jí)要求。

　　相較于單個(gè)普通元件而言，安全元件的失效概率要遠(yuǎn)低于普通原件，通常要低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，并且在架構(gòu)上，安全元件往往采用冗余設(shè)計(jì)，“雙保險(xiǎn)”的理念進(jìn)一步確保了非常低的失效概率。

PILZ可編程安全模塊的失效概率數(shù)據(jù)（包含單/雙通道應(yīng)用）

　　普通元件就用不得嗎？

　　其實(shí)也不然。經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)，選用適當(dāng)?shù)钠胀ㄔ⒔M成冗余架構(gòu)，也可將失效概率控制在極低的區(qū)間。比如選用強(qiáng)制導(dǎo)向觸點(diǎn)的繼電器，在MTTFd值較高的前提下，輔以冗余設(shè)計(jì)和反饋檢測（需要通過安全控制器實(shí)現(xiàn)），甚至可以實(shí)現(xiàn)最高PL=e的結(jié)果。

　　非安全元器件的選用要點(diǎn)

　　單個(gè)普通元件有明確的失效模式，可能導(dǎo)致設(shè)備危險(xiǎn)源無法停止的可怕后果，因此選用合適的元件就顯得尤為重要。

　　到底哪些普通元件適用于安全回路呢？

　　在ISO 13849-1，《GB/T 16855.1 機(jī)械安全 控制系統(tǒng)安全相關(guān)部件 第1部分：設(shè)計(jì)通則》中規(guī)定，自類別1（category1）開始，就應(yīng)當(dāng)選擇經(jīng)驗(yàn)證的安全元件（well-tried components）和/或經(jīng)驗(yàn)證的安全原則（well-tried safety principles）。

不同類別對(duì)于經(jīng)過驗(yàn)證的元器件與經(jīng)過驗(yàn)證的安全原則要求

　　所以，當(dāng)我們所設(shè)計(jì)的回路架構(gòu)需滿足Cat1及以上要求時(shí)，就需要考慮元器件是否“經(jīng)驗(yàn)證”了。

　　根據(jù)性能等級(jí)（PL）與類別（category）的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖表，cat.1滿足PLr≥c的最低架構(gòu)，因此，當(dāng)回路性能等級(jí)要求PLr=c或更高時(shí)，我們都應(yīng)選用符合經(jīng)驗(yàn)證安全原則的元器件。

　　在ISO 13849-2，《GB/T 16855.2機(jī)械安全 控制系統(tǒng)安全相關(guān)部件 第2部分：確認(rèn)》中，對(duì)經(jīng)驗(yàn)證的安全原則和經(jīng)驗(yàn)證的元器件作了明確定義，感興趣的朋友可以閱讀標(biāo)準(zhǔn)原文。