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GB／T 41118-2021 机械安全 安全控制系统设计指南.pdf简介：

GB/T 41118-2021，全称为《机械安全 安全控制系统设计指南》，这是由中国国家标准管理委员会发布的一项国家标准。该标准主要针对机械安全领域，特别是安全控制系统的设计提供了详细的指导原则和规范要求。

安全控制系统设计是保障机械运行过程中的人员和设备安全的关键环节。GB/T 41118-2021明确了安全控制系统的选型、设计、实施、验证和维护等一系列过程，旨在确保控制系统能够在出现危险情况时能够及时响应，有效防止或减轻事故的发生。它涵盖了安全控制系统的硬件、软件、算法、数据处理和人机交互等多个方面，要求设计者在充分考虑机械特性和工作环境的同时，充分考虑到操作人员的安全需求和使用习惯。

该标准适用于工业机器人的设计、自动化生产线、特种设备等各类机械的安全控制系统设计，为机械制造和使用单位提供了重要的设计依据和技术支持，以确保机械操作符合国家的安全标准，降低安全事故的风险。

GB／T 41118-2021 机械安全 安全控制系统设计指南.pdf部分内容预览：

机的全设计说明示例见表

表B.1安全设计说明内容示例

根据表3，如需要实现PL，三c，可以选择类别1作为系统构架。针对子系统的构架构建如下 采用一个工作在直接断开方式下的安全开关B1； 一输出采用一个接触器Q1切断锯片电机供电， 电气控制回路图示例见图B.1。 该设计遵守基本的安全原则，满足类别B架构的要求。采用断电安全原则作为基本安全原则，控 制回路的接地可以被认为是一个经验证的安全原则 位置开关B1是符合GB/T14048.5一2017中附录K的直接断开动作位置开关，因此可认为是经验 证的元件。当保护装置不在安全位置时，断开触点直接以机械方式切断电路， 接触器Q1符合GB/T16855.2一2015中表D.4的附加条件，是一个经验证的元件

B.8平均危险失效间隔时间（MTTF，）

【河北图集】J16J158：CDPA轻集料连锁砌块复合保温连锁砌块构造（带书签）图B.1电气控制回路图示例

按每年200个工作日、每天工作8h以及每次防护罩打开10min的间隔时间，即：d。=200，h= 8，teycle=600，根据GB/T16855.1—2018的公式（C.2），计算得到nap=9600。 位置开关的B10D值为2000000（见表B.1），代入GB/T16855.1一2018的公式（C.1），计算输入子系 统的MTTFD.B1: MTTFp.B=2083年

带直接断开操作的位置开关B1的电气触点可以进行故障排除 类似的，输出子系统的MTTFp.Q1=2083年

B.9诊断覆盖率（DC)的测试和检测措施

针对输人子系统：B1无故障监控功能，因此DCavg=0%。 针对输出子系统，Q1无故障监控功能，因此DC=0%

B.11防止共因失效(CCF)的措施

B.12故障考虑和故障排除

GB/T41118202

安装上采用位置开关进行位置监控。防护装置的稳定布置保证了位置开关的启动。位置开关白 元件受到保护，不会发生位移。仅使用刚性机械部件连接（在执行器和触点之间没有弹簧元件）。

B.13验证安全功能的PL

通过安全设计所构成的安全控制系统的PL三c，满足PL≥PL.

GB/T 41118—2021

附录C （资料性） 码垛机安全控制系统设计及验证示例

使用限制：该码垛机由接受过专业培训的操作人员，每天24h进行持续生产操作。由于生产过程 中的需求，操作人员需要偶尔进人码垛区域进行调节作业，整理箱子箱型或捡起掉落在地面的纸箱，但 人员进人时，需要打开维护门才能进人。正常每8h，需要进入危险区域2次，每次5min。正常生产 时，人员无需进人。 由专业的维修人员进行日常保养和维修。但维修人员进入危险区域前，会按照码垛机厂商的安全 兑明，对危险能源进行上锁挂牌，并针对存在重力坠落危险的机构使用安全插销进行机械方式锁定。 空间限制：码垛机在低位产 最高速度为300层/h

由于码垛机构上下移动，推板的前后移动，以及输送带运动产生的紧点和卷入点，造成的人员 身体的挤压或卷人危险

由于码垛机构上下移动产生对人员双手造成的挤压危险，最严重时可能造成操作员死亡，并且人 ：4h就会进入码垛机内部，暴露在该风险之下，因此在不使用任何防护措施的情况下，该风险是 受的。

考虑通过安全防护，如固定式防护装置、联锁 装置和安全光幕作为安全功能进行风险减小。

C.3规定安全功能特征

在危险区域四周增加固定式防护，针对需要物料进出的位置，增加带有屏蔽功能的安全光幕，当物 料通过且正确触发屏蔽逻辑时，码垛机可保持运行状态，针对人员需要进入进行调节作业或维修的位 置，增加带有安全联锁的活动式防护，确保活动式防护打开时，危险运动停止。 本示例仅对联锁装置的安全功能加以分析

C.4确定所需性能等级

根据图2，确定S、F、P的值，以确定所需性能等级， a S一伤害的严重程度 码垛机结构的移动会对操作人员造成骨折，截肢甚至死亡的伤害，取值S2。 b）F一一暴露于危险的频率和时间。 人员累积的暴露时间每个班次为10min，低于每个班次的运行时间的1/20（24min），取 值F1。 c）P一一规避危险或限制伤害的可能性

根据图2，确定S、F、P的值，以确定所需性能等级， a S一伤害的严重程度 码垛机结构的移动会对操作人员造成骨折，截肢甚至死亡的伤害，取值S2。 b）F一一暴露于危险的频率和时间。 人员累积的暴露时间每个班次为10min，低于每个班次的运行时间的1/20（24min），取 值F1。 c）P一一规避危险或限制伤害的可能性

GB/T 411182021

鸣深机机构的运动速度 根据图3.得出实现该联锁功能

安全功能名称：联锁装置（控制码垛机构运动）。 安全功能定义：安全防护装置，与活动式防护装置一同作为人员进人危险区域的安全防护措施，进 行风险降低。 安全功能描述：联锁装置，通常采用安全门开关，安装在安全门上。当安全门打开的时候，触发安全 门开关，开关输出可靠信号至安全控制系统，确保码垛机构停止运动， 安全控制子系统：安全门开关为输人子系统，安全PLC为逻辑子系统，控制码垛机构动作的变频器 为输出子系统。 根据C.4的评估，所需求性能等级：PL,三d

码垛机的安全设计说明示例见表C.1

表C.1安全设计说明内容示例

根据表3，如果需要实现PL.三d，可选择类别3作为系统构架。针对三个子系统的构架构建如下 根据设备制造商手册，安全门开关B1采用RFID原理，其两个通道符合类别4的要求； 选择满足GB/T16855.1一2018的要求，可以实现类别4的安全PLC； 变频器的安全转矩关断功能符合GB/T16855.1一2018中类别3要求，并且该功能满足 GB/T12668.502 电气控制回路图示例见图C.1。

GB/T 411182021

图C.1电气回路图示例

JTS／T174-2019 自动化集装箱码头设计规范及条文说明C.9防止共因失效(CCF)的措施

本示例采取的防止共因失效措施包括： 隔离（15）； 经验证元件（5）； FMEA(5); 过电压保护等（15）； 环境条件（25+10）。 根据7.3.6，采取的措施总计得分为75分，满足防止CCF的措施要求最低得分为65分的要求

C.10故障考虑和故障排除

安全门开关牢固安装，确保联锁装置正确动作。安全门开关的供电导线可以单独敷设，也可以采用 防止机械损伤的保护措施。 安全PLC满足类别4和PL=e的所有要求。安全相关软件（SRASW)按照PL=d的要求和7.4的 兑明进行编程。安全PLC的每个输出都是由PLC的两个处理通道驱动。 针对伺服电机驱动的码垛机构，如存在重力坠落危险的，宜增加防坠落装置（如插销气缸），并定期 保养检查

GB 50419-2007 煤矿巷道断面和交岔点设计规范C.11验证安全功能的

安全设计所构成的安全控制系统的PL三d，满足

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