上述的控制電路劃分在國際性標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)要求(1)，而且有關(guān)“工作保護” 的條目，在許多國家法律規(guī)定中也可以找到。

不同的思考方法
帶有安全功能的控制電路-以下也稱為“與機器安全相關(guān)的控制部分”或“安全電路”，通過采取本質(zhì)上和/或結(jié)構(gòu)的措施區(qū)別于控制機器運行的控制電路，從而使在工作范圍內(nèi)由機器對工作人員產(chǎn)生的危險性動作和其它機械危險得到的專門的處理保護，而且在出故障的情況下，工作人員也能得到保護。
這里要研究的一個是機器停止命令，另一個是對機器或機器部件意外起動的保護。


插圖1：機器控制的基本結(jié)構(gòu)

控制機器正常運轉(zhuǎn)的電路結(jié)構(gòu)的可支配性(即可靠性)成為研究的重點。也就是研究：在確定的時間里對可預(yù)見任務(wù)的作用。實現(xiàn)安全功能控制電路的結(jié)構(gòu)關(guān)系到在部件失效和出現(xiàn)故障行為的情況下，對工作人員無法避免的傷害后果進(jìn)行保護。也就是說，在對與安全性有關(guān)的機器控制部件進(jìn)行設(shè)計的過程中，一定要確保安全。即使在出現(xiàn)故障時，也不允許使人員受到生命或健康的損害。與此相關(guān)的問題是下述列舉的情況發(fā)生時，僅在對人員保護方面，機器控制將會怎樣？
• 斷電
• 電纜受到損壞
• 結(jié)構(gòu)性元件(相同種類)失靈，即在對機器給出功能指令時不能打開或不能關(guān)閉機械性折斷、卡死等。
這里只給出幾個例子。在標(biāo)準(zhǔn)IEC13849-2(2)附錄中對所研究的故障或故障可能性有較全面的介紹。
設(shè)計過程的目的應(yīng)當(dāng)是：通過適當(dāng)?shù)拇胧�，實現(xiàn)有安全功能的控制電路，使得引起危險的故障或干擾的可能性減低到最小(3)。這種可能性取決于危險程度的大小。

機器控制與安全有關(guān)部分的類別
為了確定根據(jù)風(fēng)險大小采取的附加措施，從經(jīng)濟、安全技術(shù)角度，對實現(xiàn)安全功能控制電路的技術(shù)要求分為不同的“類別”，例如，在標(biāo)準(zhǔn)ISO13849-1(4)中，被稱為控制類別�？梢哉f，它涉及5 種不同的安全、技術(shù)、質(zhì)量等級。下面再次對此作簡要的敘述(5)：
控制類別B：
控制中涉及安全的部分和/或保護裝置及零部件必須按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行構(gòu)造、制造、選擇、組裝和組合，以能承受預(yù)料的影響。
解釋：應(yīng)根據(jù)一般有效標(biāo)準(zhǔn)的推薦，使用帶有功能和安全技術(shù)特征和特點的部件，例如IEC-和ISO-標(biāo)準(zhǔn)。
控制類別1：
B 類別中的要求必須得以滿足，而且必須用成熟可靠的部件和安全原理。
解釋： 可靠部件是指經(jīng)得住長年使用的(使用中得到驗證的)，例如：機電開關(guān)，而微處理器卻不屬于可靠部件�？煽堪踩�原理，例如像安全電路中的穩(wěn)流原理，開關(guān)的強制斷開式觸點或強制操動的繼電器觸點，保護觸點等。
控制類別2：
必須滿足B 類別中的要求和可靠安全原理的應(yīng)用。安全功能須在適當(dāng)?shù)臅r間間隔內(nèi)通過機器控制得到檢驗。
解釋： 這里要求的是對規(guī)定功能的定期檢驗。例如:每班開始工作起動機器前，保護罩應(yīng)首先被打開再關(guān)上以后，才可進(jìn)行生產(chǎn)，這應(yīng)形成有意識的行為。對于檢驗周期的長短，在專家們間存在不同的觀點。
對類別B、1 、2 的共同解釋:這些控制類別一般為單通道結(jié)構(gòu)。也就是說，機器運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)干擾或故障的情況下，人員可能受損傷。
控制類別3：
必須滿足B 類別中的要求和可靠安全原理的應(yīng)用，任何部件上出現(xiàn)一個故障時不會導(dǎo)致安全功能的損壞。如果可能，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆绞绞构收系靡宰R別。
解釋：這里關(guān)系到對已經(jīng)講過的單故障安全的要求。也就是說，從控制類別3 開始，安全電路一般來講是冗余結(jié)構(gòu)，即雙通道。如果兩通道中其中一個通道出現(xiàn)干擾或故障，第二個通道將承擔(dān)安全功能，或者由于兩通道間出現(xiàn)矛盾時則會斷路。原則上，控制類別3 涉及到故障安全的邏輯比較。對于隱蔽的故障，應(yīng)最晚在機器下次起動前被識別，并鎖住機器防止再運轉(zhuǎn)。
控制類別4：
必須滿足B 類別中的要求和可靠安全原理的應(yīng)用。任何一個部件上出現(xiàn)一個故障時，不會導(dǎo)致安全功能的失效，并且在安全功能被實施或在下一次安全功能被實施之前故障應(yīng)被識別。如果這樣不能做到的話，故障的積累不會導(dǎo)致安全功能的損壞。
解釋：單故障安全的要求在這里一樣適用，但所有可能隱蔽的故障必須能夠被識別。也就是說，控制類別4 中故障識別的措施要嚴(yán)格得多，以至于多到故障的積累。另外，有規(guī)律的且頻繁的對安全電路檢驗是很有效的措施。

根據(jù)ISO13849-1 風(fēng)險評估
控制類別的選擇和使用取決于風(fēng)險評定。對風(fēng)險評定，一個可利用的輔助工具提供了叫做風(fēng)險圖的參考(6)。就像在ISO13849-1 附錄中出版的那樣須根據(jù)下列風(fēng)險參數(shù)評估：
- 受傷害程度.......................................(S)
- 經(jīng)常性和/或危險位置........................(F)
- 避免危險的可能性.............................(P)
下面插圖指出，根據(jù)對參數(shù)S,F,P 的認(rèn)識和評估，將它們進(jìn)行相互組合，實現(xiàn)對風(fēng)險等級劃分，并歸類在到控制類別B 到4 中。風(fēng)險的等級越高，就應(yīng)該選擇越高的保護措施以控制住危險。


插圖2: ISO13849-1 風(fēng)險圖

S 傷害程度
-S1輕度（一般可恢復(fù)）傷害
-S2嚴(yán)重（一般不可恢復(fù)）傷害，包括死亡
F 危險發(fā)生的經(jīng)常性和/或持續(xù)性
-F1很少到經(jīng)常和/或短暫發(fā)生
-F2經(jīng)常到持續(xù)和/或持久地發(fā)生
P 避免危險的可能性
-P1在一定條件下可能
-P2不太可能
類型B、1到4，控制部分用于安全相關(guān)的元件

上述對于風(fēng)險評定的研究總是與安全電路相關(guān)的，并且由信號變送器、安全傳感器、控制邏輯和執(zhí)行元件組成。


插圖3: 安全電路結(jié)構(gòu)

安全-繼電器-組件
鑒于控制類別2,3,4 之間在成本上無顯著區(qū)別，另外尤其是在計劃和數(shù)據(jù)邏輯方面盡可能要簡單化，現(xiàn)今，安全電路的邏輯部分一般都采取安全-繼電器-組件。


插圖4: Schmersal 集團生產(chǎn)的安全-繼電器-組件實例
安全-繼電器-組件是安全傳感器技術(shù)層與機器控制有關(guān)安全的執(zhí)行元件層之間的連接環(huán)節(jié)，此邏輯聯(lián)接使輸入端與輸出端的安全技術(shù)得以實現(xiàn)。按照安全技術(shù)要求，這些器件的制作達(dá)到了故障安全。即有限的線路故障技術(shù)，殼體可打開并可直接安裝，滿足ISO13849-1 類別4 的要求。
安全-繼電器-組件可直接安裝的構(gòu)造形式，可簡便地、節(jié)約空間地裝在機器柜中。使用中節(jié)省了很多布線時間，避免安全電路設(shè)計階段出現(xiàn)錯誤，布線出錯以及找錯，排錯花費的時間。此外這些繼電器在銷售時，提供有著名檢驗機構(gòu)對樣品的檢驗證書，使消費者感到放心。
根據(jù)與輸入和輸出端相連的外部線路的不同，可以實現(xiàn)所有類別的安全電路，只是“線路中最薄弱的環(huán)節(jié)“決定安全標(biāo)準(zhǔn)的高低。也就是說，一個單通道輸入線路和符合控制類別4 的安全-繼電器-組件的組合一般只能達(dá)到類別2，甚至可能是類別1，而不是類別4，但在輸入和輸出端加上“故障排除“是允許的。也就是說，根據(jù)應(yīng)用，選擇超出類別需要的部件或采取附加措施，以排除故障或干擾是可以的。

線路技術(shù)

安全-繼電器-組件線路是按照任務(wù)的不同，通過所謂的2 個或3 個繼電器技術(shù)實現(xiàn)的。
3-繼電器技術(shù)意味著此線路帶有自己的起始繼電器(K1)，繼電器獨自通過起始電路工作并帶動通道繼電器K2 和K3； 2-繼電器-技術(shù)線路所不同的是，線路的起始不通過自己的起始繼電器。更確切地說，在兩個配電繼電器自保功能激活過程中進(jìn)入配電過程。
雖然這兩種線路在安全技術(shù)方面并無區(qū)別，在功能方面卻有不同。例如控制類別2 和4 中所要求的起動檢測或在起動過程中反饋信號的處理，當(dāng)然只有3 個繼電器線路可實現(xiàn)。
應(yīng)用中所有線路的安全繼電器帶有強制動作觸點。根據(jù)結(jié)構(gòu)，大部分的繼電器以旋轉(zhuǎn)電樞原理工作，一部分以樞軸銜鐵原理工作。


插圖5:
分等級保護措施的實現(xiàn)實例，控制類別3
結(jié)構(gòu)
1. 兩個接點，最少其中之一是肯定斷開式的。
2. 接觸器/繼電器的防護等級IP54。
3. 引線用通用的帶護套電線。
4. 接觸器/繼電器的線圈與控制電路的線圈共地。


插圖6:
分等級保護措施的實現(xiàn)實例，控制類別4。
結(jié)構(gòu):
1. 如上所述的控制類別3。
2. 開關(guān)信號的接線，護套導(dǎo)線要分開布線或在線路中帶有短路、交叉識別或“特殊的屏蔽電纜”。
3. 上電檢測。
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(1) 特別參考見ISO 12100-1/-2：機器的安全-基本概念/一般性結(jié)構(gòu)原理。
(2) IEC 13849-2：機器控制中安全相關(guān)部件- 部分2：驗證。
(3) 比較IEC 60204-1：1997，章節(jié)9.4.1： 故障中的控制功能/一般要求。
(4) IEC 13849-1: 機器控制中安全相關(guān)部件- 部分1：一般性結(jié)構(gòu)原理。這是當(dāng)前有效文本，被稱為執(zhí)行層面的標(biāo)準(zhǔn)中的要求正在起草過程中。其它相似的安全標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 61508：與安全功能相關(guān)的電氣/電子/可編程系統(tǒng)。
(5) 在標(biāo)準(zhǔn)ISO13849 的兩個部分及其它一些文獻(xiàn)中有相關(guān)的詳細(xì)信息，所有生產(chǎn)機器安全部件的著名生產(chǎn)商也提供有相關(guān)信息。
(6) 對于復(fù)雜的機器和加工系統(tǒng)，可能會出現(xiàn)是否安裝帶有安全功能的可編程系統(tǒng)的問題。