SISTEMA常见问题解答

【摘要】本文对使用SISTEMA遇到的常见问题进行了解答。
【关键词】机械安全控制  机械安全控制数据库  四个步骤
Abstract: this article represents frequently asked questions to SISTEMA software.
Key word: SISTEMA  SISTEMA library  4 steps

一、什么是SISTEMA？它扮演什么角色?
         SISTEMA是一种免费的软件工具，它由德国的BGIA (职业安全和健康协会)设计，在使用ISO13849-1时，用于评估安全功能的性能等级(PL) 。
       这个工具实现了一种安全功能的自动化计算，由安全产品制造商的给出的产品数据，计算出该产品达到的性能等级（PL）。

二、谁是SISTEMA的用户?
       需要遵从ISO 13849-1的机械制造商和系统集成商是SISTEMA的潜在用户。如果用户已经从制造商获得所需产品的相关数据，SISTEMA 简化了用户对安全功能性能等级（PL）的计算。
       与实施任何一种新标准一样，用它来进行系统的设计要有个过程。甚至对于像著名的EN 954-1这样的标准, 都要花若干年的时间才能让用户接受，并且熟悉产品的分类。因此，为了使ISO 13849-1容易实施，德国政府组织了BGIA，开发了一个免费可下载的软件工具，名称定为SISTEMA。SISTEMA可以用于机械制造商, 系统集成商以及最终用户，他们都要遵从ISO 13849-1，需要完成性能等级（PL）的计算过程。
        你可以认为BGIA等同于美国的OSHA （职业安全与健康管理局），它是非常著名的机构，也提供认证相关的服务, 非常类似于德国TUV的角色。

三、SISTEMA 比手工计算PL有什么优越性?
       1．用户花费在数据计算和表格查询的时间可以大大降低；
       2．用户对系统设计变化的评估可以节省很大气力；
       3．这个软件具有报告的自动生成功能，用户可以输出PDF格式的报告；
       4．当ISO 13849:1的条件不能满足，并且超过限制值的时候，软件会指出问题所在；
       5．软件由BGIA开发, BGIA是一家著名的, 中立的、政府授权的、专注于机械行业功能安全的机构。
       6． 软件允许使用制造商自建的产品数据库，进一步简化性能等级（PL）计算。
       所以, 当用户需要遵从某一个特定的性能等级（PL）时, 他们有两个选择。一个是手工查表查数据，计算最终结果；另一个是使用软件工具，比如：SISTEMA。

用户使用SISTEMA获得的收益有：
       1．用户可以大大减少表格查找和数据计算的时间，ISO 13849-1的应用中有很多数学计算; 虽然不难, 但需要花费很多的时间；
       2．无论如何, SISTEMA用户不必担心这些计算，因为这个软件可以为我们完成所有工作。我们所有要做的就是输入产品数据, 这已经由产品制造商提供了。另外, SISTEMA 参考了ISO 13849-1中所有需要的图表和附录。
       3．使用SISTEMA另一个超过手工计算和验证PL的优点是对评估系统设计变化非常省力，比如观察一个部件的品质高低或者类别的高低对你系统的影响。
       4．从错误检查的观点来看, 软件指出了系统中ISO 13849:1-2006的哪些条件不能满足，哪些限定值被超过。

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四、SISTEMA比使用其他的PL计算软件有哪些优势?
       SISTEMA是TUV SUD推荐的软件工具!
       “我们推荐SISTEMA。对我们来说，做为第三方评估者重要的因素是SISTEMA来自德国政府的代理机构,所以它不带有任何特定供应商的元素… 它的中立性是非常值得信赖的。” 

——Frank West
高级产品安全服务工程师, TÜV SUD

来自TÜV 2009年3月的网络研讨会：
 

五、罗克韦尔自动化如何支持 SISTEMA 和 ISO 13849-1?
       1．罗克韦尔自动化怎样支持SISTEMA？如何帮助用户执行ISO 13849-1标准?
       罗克韦尔自动化已经开发了免费的、可下载的产品数据库供用户与SISTEMA一起使用 (从2009年4月开始供用户下载，下载的地址为：)。
       2．罗克韦尔自动化的SISTEMA产品数据库怎样帮助用户?
       当你使用SISTEMA工具时，罗克韦尔产品数据库会减少用户的查询时间，用户可以容易地计算性能等级（PL）。另外，罗克韦尔所有产品的可靠性数据都可在同一个地方找到，所以用户不需要花时间通过数据表、用户手册和安全产品选型样本来查找它们。
       3．罗克韦尔自动化的SISTEMA产品数据库包括哪些内容？
       用于SISTEMA 可下载的文件包括功能安全数据，遵从于ISO 13849-1 的需求，接近有90种罗克韦尔自动化的安全产品系列。仅5月份的统计，已经有超过650次的数据库下载。在这90种产品系列中，包括了安全输入设备、逻辑设备和输出设备。对用户而言，一个最基本的收益是：使用SISTEMA能够容易地构成罗克韦尔的解决方案，满足所需的性能等级（PL）。

六、怎样下载SISTEMA？
       1．到网站：
 

       2．点击下载 –  发送e-mail地址连接到下载网页
 

       3．注册, 下载，并按下面的指令进行安装
       为了下载SISTEMA, 你必须先进行注册，然后才能下载到最新版本的软件。 

七、怎样下载罗克韦尔自动化的SISTEMA产品数据库？
       SISTEMA需要输入功能安全的数据才能得到结果。数据的输入可以用手工的方式，或者使用制造商提供的SISTEMA数据库自动完成。下载罗克韦尔自动化SISTEMA数据库，可以到罗克韦尔自动化的安全门户进行：(如果你是第一次访问，你必须注册后才能进入)

       做为选择, 你可以从罗克韦尔自动化的安全门户找到SISTEMA的下载链接, 链接的情况见上图。你还可以通过谷歌一把关键字－“SISTEMA library”找到安全门户，搜索结果的第一个链接将会是安全门户网址。
       第一次登录这个门户网址你需要注册，之后就可以下载罗克韦尔的安全产品数据库，以及很多关于13849-1的白皮书和相关资料。从这里也可以链接到BGIA网站, 然后下载到最新一版的SISTEMA软件。

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八、SISTEMA用户界面 – 软件的主页面
 

九、SISTEMA 的罗克韦尔自动化数据库页面
 

       一旦下载并且打开罗克韦尔自动化的产品数据库, 你将看到上面的页面。所有A-B的产品会加载到左面的窗口, 点击这些产品时，这个产品的数据会显示在中央的窗口。 

十、SISTEMA中的术语概述
       当一个项目（Project）创建后，SISTEMA包含有7个基本组件：
       • 项目（Project）通常对应一个机器或者危险点，是SISTEMA进行分析的对象；
       • 安全功能（Safety Function）用于分析的机器任何功能, 它的失效可能引起危险的直接增加；
       • 子系统（Subsystem）控制系统的一个部分，它处理和生成安全相关的信号; 几个子系统可以串连，执行一个安全功能；
       • 通道（Channel）一个构建单一目的控制系统的容器; 根据类别，一个子系统可以有一个或者两个通道；
       • 测试通道（Test channel）重复测试功能通道是否正常工作。测试通道是子系统的一部分；  
       • 功能块（Block）在逻辑块图中的一个功能模块，即可把一个通道分成多个逻辑功能单元, 比如传感器, 逻辑, 主接触器；
       • 元件（Element）层级结构中最低级的基本单元，可以是电子的, 电子机械的, 液压的, 机械的或者气动的器件；
       SISTEMA不是一个很难用的程序，因为它只有这7个基本组件，组成各种各样的安全系统。我们这里不打算介绍每个组件的详细定义，而是给你举一个应用的例子介绍每个组件的情况。

十一、用一个应用案例阐述SISTEMA中的术语
       SISTEMA中7个组件之间的关系 – 举例

       当我们谈及一个项目的时候, 通常要涉及我们要保护的一个区域, 或者在一台机械上一组可选择的安全功能。每个项目PR会包括一个或者多个安全功能SF，这里的应用案例是一个门互锁系统，安全功能块图由下方的方块表示。
       按顺序，每个安全功能SF可以分解成多个子系统SB，分析子系统最简单的方法就是把一个产品或者产品组，拆分成输入、逻辑和输出。在我们的例子中，互锁系统由两个输入开关组成的输入子系统、SG600逻辑子系统、两个输出接触器组成的输出子系统构成。
       在每个子系统SB中，包含了2个通道CH－在类别3和类别4中的电路是相同的。在每个通道CH中，可以包含一个功能块BL，例如每个安全输出接触器就是这样，你还可以从每个元件EL下面找到一个物理层，比如在这个安全互锁中的机械联接和实际接点。在这个例子中，实际的产品可以表示成一个功能块BL（安全输出接触器），也可以表示成一个子系统SB（SG600）或者元件EL（开关接点）。

十二、用SISTEMA创建安全项目的4个步骤
       1．创建一个SISTEMA的项目，确定需要的安全功能
       在SISTEMA中创建一个项目时 (比如下面这个机械的安全保护)，有4个主要步骤，第一步要组织一次任务分析和危险评估，并且要使用SISTEMA进行分析，决定所需要的安全功能SF，以及基于严重程度、频率和避免概率等参数，决定每个安全功能SF所需要的性能等级PL。

       2．决定系统设计，我们需要决定怎样做才能满足需要的性能等级PL。
       系统设计：使用 ISO 13849 中的图5, 选择类别Cat., 诊断覆盖率DC和部件的 MTTFd 来达到所需的性能等级PL。
 

图5：类别Cat, 每个通道的平均诊断覆盖率DCavg，平均危险失效时间 MTTFd和性能等级PL之间的关系
注：
       1 － 每个通道的MTTFd = low（低）
       2 － 每个通道的MTTFd = medium（中）
       3 － 每个通道的MTTFd = high（高）
      为了达到 PLd，我们决定选择类别3的设计结构，
 

图：类别Cat.3的指定结构
注：
im －连接方式
c －交叉监测
I1, l2 －输入装置，例如：传感器
L1, L2 －逻辑模块
m －监测
O1, O2 －输出装置，例如：主接触器

       无锁保护的互锁系统监测X机器人保护门，保护门的位置由440K-T互锁开关的两个电气通道监测，开关通道的状态由SmartGuard 600逻辑控制器监测，两个输出100S安全接触器与SmartGuard 600控制器的输出连接，接线图应该插入文档并在安全功能窗口做为参考的一个部分。
 

图：系统执行 – 接线示意图
       ISO 13849-1 最强大的方面之一是对安全系统设计的适应性。我们可以选择哪个类别的电路，使用什么质量的组件，以及电路中的诊断等级。这样，我们就可以开发出接线图，为我们提供一个现实的、能够执行所需安全功能的系统。
       下一步是把接线图转化成安全相关的功能块图。我们能够想象这样的功能块图可以做为一种对我们安全电路的逻辑描述。在这个电路中，我们具有互锁开关、SG600和两个100S-C接触器。有三个子系统组成了安全功能，一个输入、一个逻辑处理和一个输出系统。
       下面就是把接线图转换成安全相关的功能块图的例子：
 
 

       以上两张图都可以用作安全功能的模型。 

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     3．在SISTEMA中执行安全功能块图
        对每个安全功能, 增加和创建需要的子系统, 功能块和元件：
 

       下一步, 我们使用安全相关功能块图， 使用罗克韦尔产品的数据库把它输入进SISTEMA中。 

       4．生成文件报告

 报告页面：
 

       最后，我们要生成报告，是控制系统设计文档的一个部分，这也是满足机械指令的要求和得到CE标识的一个步骤。
        从OEM的观点来看，这是无价的－因为这个文档包含几乎所有需要进行验证的内容，文档已经证明我们的机械满足了机械指令的要求。