包装机械安全设计方法

摘要

目前包装机械安全设计方法由于两方面原因仍处于雏形阶段：一方面受传统设计方法的影响，安全设计往往在包装机械设计完成之后才开始进行；另一方面安全定义较为狭隘，认为安全问题只涉及对人造成的危害。这些使得包装机械的安全性难以得到保证。为此，本文提出广义安全概念——认为凡是对包装机械或者工人造成危害的问题均是安全问题，以固体颗粒物料装袋系统为研究对象分析其各个开发阶段安全问题，并探讨其安全相关的软硬件设计方法。 包装机械安全设计应与其开发流程并发进行，并涉及机械、电气和软件部分。本文采用改进的3+1SysML视图模型机电设备设计方法对所研究项目进行设计，根据需求将系统划分为八个机电设备基本组件(MTC)，并针对每个组件进行了详细设计。 而安全分析方面，在需求阶段，针对研究项目需求进行解无关安全分析，预测可能发生的危害。在概念设计、初步设计和详细设计阶段进行解相关安全分析，利用故障树定位其可能发生的危害。最后利用风险图对可能发生的危害进行风险评估，得出安全设计需求和安全相关方案。 根据安全需求进行了机械和电气方案的改进，同时基于ISO13849标准评估方法，从平均危险失效时间、诊断覆盖率和共因故障等指标对安全电气硬件进行了评估，并达到了所需的性能等级。 安全软件设计上，功能安全部分使用PLCopen Safety标准定义的功能块实现，故障处理部分参考PLCopen Safety标准设计了运行状态机。PLCopen Safety标准定义的功能块并没有实现认证，本文基于时间自动机理论，在UPPAAL中建立了仿真模型，并对安全功能块和整个安全软件进行了仿真和认证。

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