皮尔磁：这些元器件真的会失效

• 关键词：皮尔磁,安全模块
• 摘要：有的用户在设计安全回路时，在安全链中混用安全和普通元件，觉得不会有什么大问题，但其实却埋下了“事故的隐患”，比如：将安全继电器的输出接到普通PLC的输入端，由普通PLC切断安全相关输出；亦或是在高性能等级（PLr)要求的前提下，选用了不恰当的元件，等等......

     有的用户在设计安全回路时，在安全链中混用安全和普通元件，觉得不会有什么大问题，但其实却埋下了“事故的隐患”，比如：将安全继电器的输出接到普通PLC的输入端，由普通PLC切断安全相关输出；亦或是在高性能等级（PLr)要求的前提下，选用了不恰当的元件，等等......

     让人不禁要问：“普通元器件就真的容易失效吗？安全元器件就能确保不会失效吗？”今天来聊聊关于元器件失效的话题。

普通PLC的失效模式

     以普通PLC为例，普通PLC的输出端口通常分为晶体管型和继电器型，当输出端发生过载或浪涌冲击时，就可能会导致晶体管故障或继电器触点粘连的情况。由此导致的具体故障现象可能是输出导通为ON，指示灯点亮，但并无输出；更为可怕的是输出切断至OFF，指示灯熄灭，但输出实际仍然存在，也就是说，PLC对设备发出了停止指令，但设备却“不听号令”，这将可能导致危险事件的发生。

过热导致集成电路失效

     在安全有关部件（SRP/CS）链路中，将普通PLC作为其中一个环节，会使安全功能存有较大的失效概率。因为普通PLC缺失MTTFd数据，根据ISO 13849-1，可以使用MTTFd=10年的默认值，进行计算后发现，普通PLC作为SRP/CS中一个环节，其性能等级只能达到PL=a（Cat.B）。

接触器与继电器的失效模式

     接触器和继电器是控制柜中必不可少的元器件。在一些安全回路中，我们常用它们作为执行元件来切断危险能量源。这类元器件最常见的故障就是触点粘连、熔焊。

熔焊的触点导致危险动作无法被有效切断

     发生故障的原因常见于通过触点的电流过大、触点通断切换过于频繁导致触点过热。在触点温度过高时，触点表面金属可能处于熔融状态，最终引起粘连无法断开。

安全元器件就不会失效吗？

     其实安全元器件也会有失效概率。我们讲的性能等级PL，其本质上就是在评判控制回路的危险失效概率。安全元件的手册中通常会标注它的每小时危险失效概率（PFHd）及其满足的性能等级要求。

     相较于单个普通元件而言，安全元件的失效概率要远低于普通原件，通常要低几个数量级，并且在架构上，安全元件往往采用冗余设计，“双保险”的理念进一步确保了非常低的失效概率。

PILZ可编程安全模块的失效概率数据（包含单/双通道应用）

普通元件就用不得吗？

     其实也不然。经过合理的设计，选用适当的普通元件并组成冗余架构，也可将失效概率控制在极低的区间。比如选用强制导向触点的继电器，在MTTFd值较高的前提下，辅以冗余设计和反馈检测（需要通过安全控制器实现），甚至可以实现最高PL=e的结果。

非安全元器件的选用要点

     单个普通元件有明确的失效模式，可能导致设备危险源无法停止的可怕后果，因此选用合适的元件就显得尤为重要。

到底哪些普通元件适用于安全回路呢？

     在ISO 13849-1，《GB/T 16855.1 机械安全 控制系统安全相关部件 第1部分：设计通则》中规定，自类别1（category1）开始，就应当选择经验证的安全元件（well-tried components）和/或经验证的安全原则（well-tried safety principles）。

不同类别对于经过验证的元器件与经过验证的安全原则要求

     所以，当我们所设计的回路架构需满足Cat1及以上要求时，就需要考虑元器件是否“经验证”了。

     根据性能等级（PL）与类别（category）的对应关系图表，cat.1满足PLr≥c的最低架构，因此，当回路性能等级要求PLr=c或更高时，我们都应选用符合经验证安全原则的元器件。

     在ISO 13849-2，《GB/T 16855.2机械安全 控制系统安全相关部件 第2部分：确认》中，对经验证的安全原则和经验证的元器件作了明确定义，感兴趣的朋友可以阅读标准原文。