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功能安全是指机器人在发生故障时，仍能进入安全状态而不造成人员伤害的能力。对于与人协作的机器人或高速运行的工业机器人，控制系统功能安全至关重要。本文将解析基于 ISO 13849 及 IEC 61508 标准的机器人控制系统功能安全测试流程。
一、功能安全标准体系
机器人功能安全主要遵循以下两大标准体系：
- ISO 13849-1：针对机械安全控制系统，使用性能等级（PL）进行评估，分为 PL a 至 PL e 五个等级。
- IEC 61508/62061：针对电气/电子/可编程电子安全系统，使用安全完整性等级（SIL）进行评估，分为 SIL 1 至 SIL 3。
企业需根据风险评估结果，确定所需的目标 PL 或 SIL 等级。
二、硬件架构评估
测试首先关注控制系统的硬件架构是否满足冗余要求。
| 架构类别 | 描述 | 适用 PL 等级 |
|---|---|---|
| Category B | 基本结构，无故障检测 | PL a |
| Category 1 | 良好元件，无故障检测 | PL b |
| Category 2 | 定期检测故障 | PL c |
| Category 3 | 双通道，单故障不丧失功能 | PL d |
| Category 4 | 双通道，故障及时检测 | PL e |
三、软件与逻辑测试
除了硬件，控制逻辑的安全性也需验证。
- 故障注入测试：模拟传感器断线、信号 stuck 等故障，观察系统是否进入安全状态。
- 响应时间测试：测量从故障发生到执行停机指令的时间，需在安全距离允许范围内。
- 代码审查：针对安全相关软件代码进行静态分析与审查。
四、验证与确认
功能安全测试不仅仅是实验室测试，还包括现场验证。
- 验证（Verification）：确认设计是否符合安全规范（是否做对了）。
- 确认（Validation）：确认最终产品是否满足用户安全需求（是否做了对的事）。
总结
机器人控制系统功能安全测试是保障人机协作安全的核心。通过架构评估、故障注入及响应时间测试，可确保系统在单一或多重故障下仍能保护人员安全。企业应依据 ISO 13849 标准进行设计，并通过第三方评估获取功能安全认证。
汇策晟安检测业务介绍
汇策晟安检测提供机器人功能安全评估与测试服务。我们熟悉 ISO 13849 及 IEC 61508 标准，可协助企业进行安全架构设计、PL/SIL 等级计算及故障注入测试。我们的专家团队可出具权威的功能安全评估报告，助力产品获得 CE 及 CR 认证中的功能安全合规性。
