IEC 61508：功能安全：电气/电子/可编程电子安全相关系统的设计要求-【浩博电池】

IEC 61508 是一项国际标准，旨在为涉及电气、电子和可编程电子系统的安全功能提供一个框架。该标准的重点是确保这些系统在设计、开发、安装、运行和维护过程中能始终满足安全要求。IEC 61508 是一个非常重要的标准，尤其在工业自动化、核能、石油天然气、交通运输以及其他安全关键领域广泛应用。

IEC 61508 简介

全称：

IEC 61508：功能安全：电气/电子/可编程电子安全相关系统的设计要求

标准目标：

IEC 61508 主要目的是确保电气、电子和可编程电子系统在其生命周期中具备足够的安全性，避免系统出现故障或意外事故，确保设备的可靠性和安全性。

一、IEC 61508 的主要内容

IEC 61508 标准提供了一种方法论，用于评估和提高涉及电气、电子和可编程电子系统的安全性。它适用于所有行业中使用的安全相关系统，包括控制系统、自动化系统等。

1. 功能安全的基本概念

IEC 61508 主要介绍了功能安全的定义及其要求。功能安全是指系统或组件在发生故障或损坏时仍能采取适当的措施，避免对人员、环境或财产造成不必要的风险。

2. 生命周期管理

IEC 61508 提出了安全相关系统在整个生命周期中的管理要求，包括：

概念和设计阶段：从需求收集、设计、开发，到验证和确认，确保设计符合安全标准。
制造和安装阶段：生产和安装时确保满足标准要求，并进行测试。
运行阶段：确保系统在使用过程中持续有效，并定期进行检查和维护。
退役和拆除阶段：在系统生命周期结束时，确保安全系统的安全拆除。

3. 风险评估与安全要求

IEC 61508 提出了通过风险评估来定义所需的安全等级（SIL）。在标准中，SIL（Safety Integrity Level，安全完整性等级）是衡量安全系统可靠性的一种方式，分为四个等级，SIL 1 为最低，SIL 4 为最高。每个等级对应不同的故障率要求，SIL 越高，系统的安全要求越高。

4. 系统设计与实现

在设计阶段，IEC 61508 强调了采用冗余设计、故障检测、容错机制等技术手段，确保在故障发生时系统能够采取适当措施，保证安全性。系统设计的要求包括：

硬件安全：使用符合安全标准的硬件，采用冗余、故障隔离等技术。
软件安全：通过可靠的软件设计和验证，减少软件故障的可能性。
系统集成：确保硬件和软件的安全集成，达到系统整体的安全要求。

5. 验证与确认

IEC 61508 强调了验证和确认的过程，确保所有的安全功能都能如预期那样工作。验证包括对设计和实施的检查，确认包括对整体系统的测试，确保所有安全要求都得到满足。

6. 操作与维护

该标准还要求在系统运行过程中，要进行定期的检查、测试和维护，以确保系统保持在安全状态。维护和升级过程也需要遵循安全要求，避免因操作失误导致的安全隐患。

二、IEC 61508 的关键概念

1. 安全完整性等级 (SIL)

SIL 是IEC 61508中非常核心的概念，用于定义安全相关系统的可靠性要求。SIL 分为 4 个等级，从 SIL 1 到 SIL 4，SIL 4 代表最高安全要求，而 SIL 1 为最低要求。

SIL等级	故障频率（每年）	平均无故障时间（MTTF）
SIL 1	10^-5 到 10^-4	10 到 1000 年
SIL 2	10^-4 到 10^-3	100 到 10000 年
SIL 3	10^-3 到 10^-2	1000 到 100000 年
SIL 4	10^-2 到 10^-1	10000 到 1000000 年

2. 风险图表（Risk Graph）

IEC 61508 提供了一种风险图表方法，帮助分析风险并确定安全完整性等级。该方法考虑了发生故障的可能性和其后果，并基于此来决定所需的安全措施。

3. 功能安全管理

标准要求在项目的不同阶段都进行功能安全管理，以确保安全目标的实现。管理活动包括风险评估、系统设计、验证、操作维护等。

4. 冗余与容错设计

IEC 61508 强烈推荐使用冗余设计，确保在一个组件发生故障时，系统能继续运行而不发生安全事故。冗余设计的形式包括硬件冗余和软件冗余等。

三、IEC 61508 与其他标准的关系

IEC 61508 是许多行业标准的基础，尤其是在涉及安全相关系统的领域。其他许多标准都与 IEC 61508 相关，以下是一些常见的标准及其关系：

标准	适用领域	关系
ISO 13849-1	机械和自动化设备	ISO 13849-1 适用于机器设备的安全要求，基于 IEC 61508 标准。
IEC 61511	工业过程控制	IEC 61511 是 IEC 61508 在过程行业的应用，适用于过程控制系统的安全要求。
IEC 62061	工业控制系统	IEC 62061 适用于机械和电气控制系统，基于 IEC 61508 的方法。
ISO 26262	汽车行业	ISO 26262 基于 IEC 61508 为汽车系统的功能安全提供了详细要求。

四、IEC 61508 实施的步骤

初步风险评估：根据系统可能发生的故障及其后果进行风险评估，确定所需的安全完整性等级（SIL）。
安全需求规范：根据风险评估结果，编写安全需求规范，明确系统需要实现的安全功能和性能。
系统设计与开发：设计满足安全需求的硬件和软件系统，包括冗余设计、故障检测、容错处理等。
验证和确认：进行全面的系统验证和确认，确保系统功能符合预期。
运行与维护：确保系统在运行期间的持续安全性，定期进行检查、维护和必要的更新。

总结

IEC 61508 是一个非常重要的国际标准，适用于所有涉及电气、电子和可编程电子系统的安全相关系统。通过引入功能安全的概念、风险评估、冗余设计、系统验证等方法，IEC 61508 确保了这些系统在整个生命周期中的安全性和可靠性。各个行业可以根据自身的具体要求，通过实施 IEC 61508 来确保其安全相关系统的设计和运行符合国际标准，从而降低安全风险，避免事故的发生。