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如何进行工业机器人电气控制系统的安全风险评估?
发布时间:2026-07-19        浏览次数:4        返回列表

整体遵循标准:ISO 13849、IEC 61508、IEC 62061、IEC 62443,评估分为两大板块:功能安全(人身机械电气风险)、工控信息安全(网络入侵、程序篡改风险),分为 7 个标准化步骤。

一、评估前期准备工作

  1. 收集全套设备资料机器人电气原理图、控制柜图纸、安全回路接线图、伺服手册、总线拓扑、PLC 程序、安全参数、产线布局、工位作业流程。

  2. 划分评估范围明确评估边界:控制柜、伺服驱动、电机编码器、安全回路、示教器、IO 模块、工业总线、上位机、MES 通讯、远程运维通道。

  3. 组建评估小组电气工程师、安全管理员、工艺操作工、网络运维人员,多人交叉识别风险。

  4. 确定使用工况与人员暴露等级区分全自动隔离工位、人机协同工位、人工频繁介入工位;区分焊接、打磨、喷涂、防爆等高风险场景。

二、步骤 1:危险识别(HAZOP / 危险树分析法)

逐条梳理电气控制系统全部潜在危险点,分四大类:

1. 电气触电类风险

  • 380V 动力端子裸露、线缆破皮漏电;

  • 电容未充分放电检修触电;

  • 接地失效、绝缘老化;

  • 潮湿环境机柜凝露短路漏电。

2. 功能安全运动伤人风险(电气系统引发)

  • 单通道安全回路断线,急停 / 安全门失效;

  • 编码器故障、总线通讯丢失,机器人失控漂移;

  • 伺服过流、飞车、力矩失控;

  • 软限位失效、安全参数被随意修改;

  • 安全继电器单点故障无冗余。

3. 设备烧毁与火灾风险

  • 散热堵塞导致伺服、电源过热起火;

  • 母线电容老化鼓包爆炸;

  • 端子松动发热打火;

  • 粉尘导电造成电路板短路。

4. 工控信息安全风险

  • 默认弱密码、无分级权限,他人篡改运动程序;

  • 总线无加密,伪造指令控制机器人误动作;

  • 外网直连控制器,病毒、恶意攻击;

  • 固件无校验,程序被篡改无日志追溯;

  • 跨设备横向渗透,整条产线失控。

三、步骤 2:风险分析(确定严重度 S、发生频率 F、可探测度 D)

采用风险矩阵法,对每一条危险点打分定级:

  1. 严重度 S(伤害等级)S1:轻微擦伤;S2:轻伤;S3:重伤;S4:致死 / 重大设备损毁

  2. 发生频率 FF1:极难发生;F2:偶尔;F3:经常;F4:持续存在

  3. 可探测度 DD1:自动报警提前检测;D2:人工点检可发现;D3:故障出现才知晓;D4:完全无法察觉

通过 S×F×D 计算风险等级:

  • 高风险:必须立即停机整改;

  • 中风险:限期改造升级;

  • 低风险:纳入日常点检管控。

四、步骤 3:现有安全措施有效性判定

对照现有电气安全配置,判断防护是否足够:

功能安全核查项

  1. 安全回路是否双通道冗余;

  2. 是否使用认证安全继电器、双通道限位;

  3. 有无独立安全 PLC,与运动主控隔离;

  4. 碰撞力矩检测、分级减速安全功能是否启用;

  5. 硬限位、软限位、抱闸制动双重保护是否完好;

  6. 接地、绝缘、漏电保护是否有效。

信息安全核查项

  1. 网络是否分区隔离、有无工业防火墙;

  2. 账号分级权限、是否禁用默认密码;

  3. 通讯报文是否加密、操作日志是否留存;

  4. 远程运维是否采用单向隔离网关;

  5. 固件是否支持安全启动防篡改。

若现有措施无法降低风险至可接受水平,判定为风险不可接受,必须升级改造。

五、步骤 4:确定安全性能指标(PL/SIL 等级判定)

  1. 机械功能安全(ISO13849)根据风险等级确定目标性能等级 PL:PLa<PLb<PLc<PLd<PLe人机协同、高速焊接工位要求PLd/PLe,硬件容错 HFT≥1;

  2. 电气安全完整性(IEC61508)高风险工位控制器、安全回路需达到 SIL2~SIL3;

  3. 信息安全(IEC62443)工厂产线机器人最低 SL2,高安全要求产线 SL3。

六、步骤 5:制定风险控制整改措施

按优先顺序采取防护手段:

  1. 本质安全改造(优先)更换双通道安全回路、驱控一体冗余控制器、屏蔽绝缘线缆、机柜恒温防潮装置;

  2. 工程防护加装激光安全扫描仪、漏电保护器、工业防火墙、浪涌防雷模块;

  3. 管理防护建立权限分级、程序变更审批、定期安全点检制度;

  4. 个体防护与应急配备绝缘工具、防静电手环,制定触电、设备失控应急停机流程。

七、步骤 6:风险再验证与文档归档

  1. 整改完成后复测:模拟断线、急停失效、网络攻击、绝缘破损等故障,验证安全系统能否正常动作;

  2. 重新计算风险等级,确认所有高、中风险降至可接受范围;

  3. 完整归档全套资料:

    • 风险识别清单、风险打分矩阵;

    • 安全回路检测记录、绝缘 / 接地电阻测试报告;

    • 整改改造图纸、测试记录、安全培训记录;

    • 年度复评计划。

八、持续动态复评机制

  1. 常规工位:每年 1 次全面安全风险评估;

  2. 人机协同、焊接、防爆等高风险工位:每半年复评;

  3. 触发临时复评条件:

    • 机器人电气硬件大修、更换控制器 / 伺服;

    • 产线改造、新增通讯联网、开通远程运维;

    • 发生安全报警、触电、碰撞事故后。

考试简答题精简背诵版

  1. 前期准备:收集电气图纸、划分评估范围、组建评估团队,明确现场工况;

  2. 危险识别:识别电气触电、运动失控、设备起火、网络入侵四类电气控制系统风险;

  3. 风险定级:采用风险矩阵,按严重度、发生频率、可探测度划分高 / 中 / 低风险;

  4. 核查现有防护:检验双通道安全回路、接地绝缘、网络隔离、权限管理等现有安全措施有效性;

  5. 确定安全指标:依据风险等级设定 PLd/PLe、SIL2/3、SL2 以上安全目标;

  6. 制定整改方案:按本质改造、工程防护、管理制度、应急措施分级落实管控;

  7. 复测验证与归档:改造后模拟故障测试,确认风险达标,完整留存评估报告;

  8. 建立定期复评制度,设备改造、事故后开展临时专项评估。

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