安全相关的标准，评估和认证机构介绍

1．主要的功能安全标准

1.1 IEC 61508

IEC 61508是一个用于电气、电子和可编程电子设备的“功能安全”国际标准。这个针对电气/电子/可编程电子安全相关系统冠以“功能安全”的标准，从80年代中期开始建立，当时 IEC 的安全咨询委员会 (ACOS) 设立了一个工作组，考虑对可编程电子系统（PES）使用出现的问题建立标准。那个时候，很多管理机构禁止在安全关键性应用中使用任何基于软件的设备。工作开始于 IEC SC65A内的用于PES标准的第10工作组，这个组融合了第9工作组取得的关于软件安全标准的成果。结合的工作组把安全视为一个系统的问题。

      IEC 61508 标准包含以下7个方面：
    · 第1部分：常规要求（标准化的）；
    · 第2部分：电气/电子/可编程电子安全相关系统的要求（标准化的）；

· 第3部分：软件要求（标准化的）；

· 第4部分：定义和缩写；

    · 第5部分：确定安全完整性等级的方法举例；
    · 第6部分：第2部分和第3部分的应用指南；
    · 第7部分：技术和测量的概述。
        第1、3、4和 5部分在1998年得以通过。第 2、6 和7 部分在2000年2月得到通过。技术要求在第1、2和3部分描述，支持信息在4至7部分给出。
       虽然标准在其扩展文件要求和非认证统计技术的使用遭受批评，但它的确推动了很多行业取得了很大进步。它把注意力集中于基于危险的安全相关系统设计，导致需要执行安全的系统具有更好的性能价格比。它也要求关注安全需求的细节。很多人认为标准是安全系统主要预先考虑的内容。
        IEC 61508是一个国际电子委员会（IEC）基本的安全出版物。同样的，它是一把文件伞，覆盖了多个行业和应用。这个标准的主要目的就是按照不同行业的特殊要求，基于原始标准，开发出特殊的安全版本。标准的第二个目的是那些没有安全标准的应用行业，能够开发电气/电子/可编程电子的安全相关系统。

标准涵盖了这样的安全相关系统：当一个或者多个这样的系统混合了电气/电子/可编程电子设备。标准特别涵盖了当电气/电子/可编程电子安全相关系统执行的安全功能失效而可能发生的危险。
基本上说，功能安全是对安全仪表系统（SIS）合理的设计来达到的。在由安全完整性等级（SIL）所指定的可靠性，完成一个安全仪表功能（SIF）。风险、安全完整性和“保护层”的概念是进一步讨论内容，这是很多SIL选择书中，IEC61508没有涵盖物理安全问题，诸如电气冲击、可燃性气体危险等。它们由其他的标准来定义。它也没有涉及低安全的电气/电子/可编程电子系统，这种情况只有单一的电气/电子/可编程电子系统提供降低危险的能力，而需要的电气/电子/可编程电子系统的安全完整性等级小于SIL1。

IEC 61508 是关于电气/电子/可编程电子安全相关系统一旦失效可能影响到人和/或环境的安全，无论如何，得到公认的是 IEC 61508的方法可以有效的应用于业务的损失和财产的保护。
在IEC61508中的安全生命周期概念来自于英国健康安全执行属(HSE) 的研究结果。该属研究了包括工业控制系统的事故和事故原因的分类，见图1。

图1：控制系统失效的原因 (HSE)

关于IEC61508标准7个部分的进一步信息，请登录 IEC 的网站： (www.iec.ch).

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1.2 IEC 61511
      IEC 61511是国际标准IEC61508在工业流程程部分的执行标准：电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全。总之，IEC 61511 提供了IEC61508在流程工业的自动化保护系统更清晰的应用，使用工业特定的词汇，工业特定的例子和定制的需求。很多人认为它是 ANSI/ISA84.01的继承者，发布于1994年。很多 ISA SP84 会员是 IEC 61511 委员会的积极参与者。标准现在已经完全出版，并且可以在 IEC 的网站www.iec.ch上浏览。
        很多人称赞IEC 61511 提供了一个在流程工业可实际应用的、容易理解的IEC61508版本。 IEC 61511 明确地建立了一套它自己的、用于项目和用于特定应用的文件。它们之间的关系见图2。

图2：IEC 61508 与IEC 61511 之间的关系

       IEC 61511 标准：
      · 流程需要执行的危险和风险分析；
      · 安全要求的鉴定；
      · 用于安全功能的安全设备安置；
      · 相对于安全功能的其他功能；
      · 对于系统结构、硬件配置、应用软件和系统集成的特殊要求；
      · 功能安全、但没有指定执行责任的特殊要求；
      · 使用一个安全生命周期、并且定义用于功能安全行为的列表；
      · 建立用于安全仪表系统性能的数字目标；
      · 指定用于达到性能目标的技术/测量（安全完整性等级）；
      · 提供用于建立安全完整性等级的框架；
      · 定义在安全生命周期内所需信息。
        IEC 61511 标准为自动化保护应用的仪表系统设置了最小的标准和性能等级。这个标准也涉及安全仪表系统和其他安全系统的接口。
           这个标准包含3个部分：
           第1部分：框架、定义、系统、硬件和软件需求；
           第2部分： IEC 61511-1的应用指南；
           第3部分：在应用危险和风险分析后决定安全完整性等级的方法举例。
           同 IEC 61508一样，IEC 61511的一个主要影响就是需要使用盖然论的计算技术量化安全完整性等级（SIL）。
1.3 IEC 62061 和EN ISO 13849
       IEC 62061 是一个针对机械设备的安全标准，直接吸收IEC 61508的源标准。虽然一些术语在IEC 62061中发生变化，为了匹配机械设备的安全领域，采用安全生命周期的原理和基于风险的方法都和 IEC 61508 是一样的。
       IEC 62061 标准同样把注意力集中于机械设备安全功能的量化，按照每小时的失效概率（PFH）来决定安全完整性等级（SIL）。做为设备提供商通常没有可靠性数据用于PFH计算，所以在短期内证实是困难的。不像原始的和升级的 EN 954-1版本，IEC 62061针对可编程系统，因此也包括相当多的软件和管理需求。
       下表归纳了两个机械安全标准的一些基本的不同。

                                                  表1：机械设备安全标准的不同
1.4 ANSI 机械标准
       北美没有统一的界限区分机械设备制造商和最终用户机械设备的安全需求。不幸的是，通常的看法是最终用户对事故负有最终的责任。所以，除非最终用户清楚地指定他的机械设备的安全需要，这个任务就交给了设备制造商――他们在竞争环境下维持价格的压力――来决定是否让系统遵从当前法律和标准。
       新的 ANSI (B11.TR3 (Dec. 2000), B11.TR4, RIA 15.06, 和B11.20) 应用标准的所有点都是基于风险、面向性能的方法。这有点类似于全面章节列出的欧洲和 IEC标准。

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2．评估和认证机构

2.1 BGIA

BGIA 组织 (也称之为 BIA) 的总部位于 Sankt Augustin，离德国的波恩（Bonn）不远, 那里有一个德国法定的机构，根据欧洲机械指令(98/37/EEC)，对产品接线测试和认证。
他们多数证明的产品是安全继电器、传感器、执行器，用于机械设备安全和机械工具应用。他们也认证一些 PLC产品，符合欧洲的机械安全标准。尽管一开始只针对德国市场，后来这个 BG Prüfzert (认证) 在机械安全领域，具有非常高的知名度。
2.2 (暂不可见)

一个位于美国：
          (暂不可见) LLC
          64 N.Main Street
          Sellersville PA 18960
          USA
一个位于德国：
         (暂不可见) GmbH
         Birkensteinstrasse 53
         83730 Fischbachau
         Germany
       exida 成立于 2000年，是由一些世界著名的认证和可靠性专家组成。在很短的时间里，exida 已经确立了它自己作为提供安全领域里评估和认证服务的国际性地位。也许最成功的证明就是：众多过程仪表厂商使用 exida 提供的失效模式影响和诊断分析 (FMEDA)的方法。很多厂商正期望 exida 能提供所有 IEC 61508 的认证服务。
       exida 提供专家和半自动化工具，来减少认证所需的费用和时间。这些工具中包括一个 IEC 61508 要求数据库，称为SafetyCaseDB ，以及一系列文本模板，来自数据库的报告生成器将自动产生文本模板的动态章节，使得文件的更新任务比传统的手工系统要高效得多。exida 也有对硬件失效模式和诊断分析、软件 HAZOP 和危险程度分析、用户文件准备、过程改进和设计指导的专家。
        对于最终用户，exida 提供完整的 SIL 选择、安全要求规范和 SIL 验证工具－exSILentia。不像市场上的其他工具，exSILentia 结合了厂商设备相关数据，包括了几百个传感器、逻辑解算器和执行器产品。这些数据也可以从印刷出版的《安全设备可靠性手册》得到。
2.3 Factory Mutual

            Factory Mutual 总部：
            1151 BOSTON-PROVIDENCE TURNPIKE
            P.O. BOX 9102
            NORWOOD, MA 02062 USA
      FM 全球组织是一个世界最大的商业、工业财产保险和危险管理组织。FM 认证是FM全球组织的一个部门。FM 认证的功能安全认证评估自动化安全产品的可靠性，以及在现实世界和工业应用中这些产品的工作好坏程度。他们检查产品是否遵从 IEC 61508，使用自动化工具，依照已经建立好的可靠性模仿技术，基于接受的工业标准的步骤进行。
       FM 认证包含了 IEC 61508标准，以及 U.S. 标准，ANSI/ISA S84.01。另外，FM 认证已经与TüV Süddeutschland 和 TüV Rheinland 签署了协议，一起工作帮助工厂操作员和供应商，加快安全仪表技术在危险区域里的部署。
       TüV SüD, TüV Rheinland 和FM 认证打算提供对安全仪表供应商的联合认证服务。

2.4 TüV 组织

设备安全认证过程包括了产品硬件和软件的分析，如质量、可靠性、功能安全等。执行认证最著名的机构莫过于 TüV 组织了。实际上，在德国有好几个 TüV 组织。其中3个是国际知名的，他们是：TüV SüD (慕尼黑)， TüV Nord (汉诺威) 和TüV Rheinland (科隆)。每个TüV 的证明都被官方承认。证明的每个组成部分都要对开发商的产品进行资格评定，包括一系列的测试、确认和修改工作。每个 TüV 证明的安全相关产品包含了硬件和/或软件，确认与功能安全标准相一致。

      TüV SüD
      TüV Industrie Service GmbH
      TüV SüD Gruppe
      Ridlerstrasse 65,
      D - 51105 Cologne
      Germany

      TüV Nord
      TüV NORD GmbH
      Am TüV 1
      30519 Hannover
      Germany

TüV Rheinland
Am Grauen Stein

      Konstantin-Wille-Strabe1
      D-80339 München
      Germany

作者：罗克韦尔自动化（中国）有限公司华镕

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