设立IEC 62841-1关键安全功能导则文件

2016-11-29 09:27:02

电动工具 2016年1期

完成116/226/DC文件的修改，最后以INF文件公布在IEC网站上。该文件的制定主要是为了指导、明确、统一涉及关键安全功能的操作。

IEC 62841-1在18.8提出了电子电路在手持式电动工具、可移式电动工具和园林工具中提供安全关键功能的规定。尤其当电子电路带有微处理器之类的可编程器件时，评估其是否具备足够的功能安全是非常复杂的，依赖于更多延伸内容的解释。此外，IEC TC116采用的评估方法也是有别于IEC 60335-1的。

因此，IEC TC116提供的指导性文件是对该特定条款要求的解释和应用。还特别提供背景资料以加强对标准要求的理解。背景资料被标识为“资料性”，以区别文本中其余标识“解释性”的用于阐述要求的内容。

一直以来，电动工具及其类似产品中使用电子电路呈稳步增长。这些电路主要用来实现工具的附加功能，因此工具必要的功能和安全并不依赖于电子电路。在这些早期的操作中，安全的主要关注点是可能的着火和电击。而IEC 60745-1第四版也对此内容作出了充分的规定，主要体现在不正常操作中对电子电路的测试和判定。大部分不正常测试都是单故障类型，一次测试仅对一个单独的元器件开路或者短路。

在接受条件中也包括“不应有危险的功能障碍”的表述，其实是引入了电子电路功能安全的原则，尽管还是处于非常基础的级别。在这个方法中还是有几个问题值得我们考虑：

——什么构成了“危险的功能障碍”定义不清晰，由此导致只能由应用标准的个人作出决定。这个问题很大程度上取决于对“危险”一词的理解，而在产品安全范畴内的“危险”与“危险”本身这个词（或者我们假设）的意思不尽相同。

——仅有的可以满足该要求的是那些可以承受单故障的设计，而且在测试后，这些设计使工具达到一个安全状态或者维持安全操作。在电子模块化设计中，微处理器中使用集成电路和软件变得十分普遍，由于标准在进行故障分析时，将集成电路（可编程或不可编程的）看成一个单独的元器件，满足要求的同时就产生了很多问题。通常这些设计是冗余的，或者有一个独立的监控电路。

作为对IEC 60745、IEC 61029 和部分IEC 60335的替代，IEC 62841的变化期望能达到如下目的：

——在标准中定义安全关键功能（SCF），以便于在考核电子器件时基于标准中已有的要求，而不是人为地进行判断。

——为单通道设计方案设立故障承受的替代试验方法。

——对于带有电子器件的功率开关，阐述源于IEC 61058-1（例如开关操动的耐久性）对开关的要求与源于控制及功率电路中电子器件可靠性两者之间的关系。

——对于所有设计方案，更加精确地阐述如何评估由于电子环境的影响导致的常见模式故障。

注：常见模式故障也被称作是常见原因故障。

——阐述如何处理不带监控的单通道设计中由电路和内嵌软件两套系统共同控制的SCF，例如，如何在不同的参考标准中将这些分析区分开。

——当软件与电子电路和整个工具实现交互时，阐述控制SCF的软件的操作性能和可靠性，包括对标准和工具的正确应用。

——阐述电子电路的操作性能和可靠性。

本导则的目的是为了达到：

a)明确产品中的电子器件的功能安全案例，正确规定安全关键功能；

b)提供在不同案例中评估SCF缺失的通用方法；

c)提供在电磁干扰发生时评估SCF缺失应用的方法；

d)指导通过实际测试或电路分析应用IEC 62841-1的不正常故障条件；

e) IEC 62841-1中关于反应时间应用的实际方法；

f) IEC 60730-1附录H关于软件评估应用的

实际方法；

g) 计算MTTFd（平均危险失效时间）的方法，包括元器件可靠性数据的来源；

h)包括测试在内的软件、硬件确认的评价和文件化过程方法。

Overview of requirements要求概述

◆ General Background (Informative)背景；

◆ Application of faults to MCU’s (Interpretive)微处理器故障的应用；

◆ Certification of electronic modules (Interpretive)电子模块认证；

◆ Special case： Power switches (Interpretive)特例：功率开关；

◆ Protective electronic circuit (Interpretive)保护电子电路。

EMC (electromagnetic compatibility) testing EMC测试

◆ Background (Informative)背景；

◆ Extent of immunity tests (Interpretive)抗干扰测试的范围；

◆ Methodology (Interpretive)具体方法。

Determination of reliability through fault analysis通过故障分析确定可靠性

◆ Background (Informative)背景；

◆ Methodology (Interpretive) 具体方法。

Hardware reliability without fault analysis (Interpretive)无需故障分析的硬件可靠性

◆ Determination of MTTFd (Mean Time to Dangerous Failure) MTTFd的确定；

◆ Microcontroller reliability微处理器的可靠性；

of acceptable sources of component reliability data元器件可靠性数据的可接受来源参考。

◆ Background (Informative)背景；

◆ Requirements and methodology (Interpretive) 要求和方法。

Power switches incorporating electronics包含电子器件的功率开关

◆ Background (informative)背景；

◆ Electronics in series with power contacts电子器件与功率触点串联；

◆ Electronics in parallel with power contacts (Interpretive) 电子器件与功率触点并联；

◆ Electronics carry load current， no power contacts (Interpretive) 电子器件承受负载电流，不带功率触点。

Test Report (Interpretive)测试报告Annex A附录A；

成像观察结束后，用干净的手术刀片将含有目的片段的琼脂糖凝胶块切下，用SanPrep柱式DNA胶回收试剂盒，对含有目的DNA片段进行纯化回收，回收效率可达80%，该试剂盒的膜结合液中不含有干扰酶活性的碘化钠。最后洗脱得到的DNA溶液置于-20℃下保存或用于后续实验。PCR产物用PCR引物直接测序。

Examples (Informative-to be developed)示例。

IEC 62841-1的修改：

完成了116/245/DC文件的修改，建议将电池组的电压限值从75Vd.c.提高至250V d.c.，同时修改附录C、K、L，最后以INF文件公布在IEC网站上。而IEC TC116将会致信IEC TC61，要求将IEC 60335-2-29充电器标准中电池充电器的输出电压提高至250Vd.c.。

附录C

增加C.4电池式工具的绝缘接触电流测量。

当工具的工作电压是危险电压时，需要测量绝缘接触电流，即测量可触及零件或与之相连的表面与内部线路之间的绝缘接触电流，与保护阻抗相连的除外。通过IEC 62841-1：2014中图C.3的线路测量得到的绝缘接触电流为加权接触电流。测试时，工具在额定电压下空载运行。绝缘接触电流一般不应超过2.0mA。

附录K主要变化

范围：附录K中已经明确了与电池组安全相关的所有内容，因此不必再按照IEC 62133对电池组进行单独测试；增加了和通用要求主体标准范围内类似的内容，例如明确可以被改装成可移式电动工具的产品，其要求在part3中规定，以及不适用的产品范围。

术语：因为是电池式产品，修改通用要求主体标准中工作电压的定义：充满电的电池组在空载条件下；增加开关电路（switched circuit）定义：功率开关处于“断开”位置时的低功率电路。

标志和说明书：

K.8.1增加：如果电池式产品是有IP等级的，要和通用要求主体标准一样标识；

K.8.2增加：如果电池式产品的零件电势高于危险电压，则要标识ISO 7010的W012；

K.8.14.2 e)增加肩带使用。

防止触及带电零件的保护

修改：考虑危险电压处的防止电击保护，例如工作电压不大于75Vd.c.电气强度750V不变，工作电压大于75Vd.c.电气强度1250V。

耐热性和阻燃性

增加K.13.201，一定条件下需要进行电痕化试验，可以用一系列方法替代，例如材料CTI至少175V、两者之间是低功率电路、材料通过850℃灼热丝试验或材料灼热丝燃点温度875℃。

防潮性

如果可触及零件或表面与内部不与保护阻抗隔开的电路的连接是导通的，且工具、分体式电池包和可拆卸电池包的工作电压是危险电压的，要进行本章的一系列测试。

机械危险

K.19.6增加：重新充电（原先只有充满电状态）。

结构

K.21.7适用于危险电压；

K.21.11适用，但没有I类、II类工具的区分；

K.21.12-21.14适用于危险电压；

K.21.15不适用；

K.21.34适用于危险电压。

增加21.204：带有危险电压的电池式产品应有隔离装置以防止用户维修时不会产生电击危险，有一些示例，例如带有可移动的电池组，或者机电开关的操动件和接触件之间可以机械断开；

增加21.205：单肩或双肩背带的要求，例如：电池包重量、打开方式、快速释放系统。

组件

K.23.1.201增加：带有危险电压，开关进行10000次通断测试。

电源联接和外接软线

K.24.20增加：连接到危险电压的互联软线的要求。

表K.1修改：不同极性零件的爬电距离和电气间隙，区分工作电压等级、开关电路和非开关电路，防污染和不防污染。

表K.2增加：带有危险电压的零件到可触及金属的爬电距离和电气间隙。

电动工具用开关标准IEC 61058-2-6的更新:

完成了对23J/394/CDV文件的修改，将会递交给IEC SC 23J。

器具开关IEC 61058的标准也发生变化：原有-1通用部分，若是机械开关，需要与1-1配套使用；若是电子开关，需要与1-2配套使用。23J/394/CDV文件是IEC 61058-2-6，即手持式、可移式电动工具和园林电动工具用开关的专用要求，该文件的前言指出，该文件与IEC 61058-1配套使用，但是如果已经按照IEC 61058-1测试了，就无需再按此文件进行补充测试。

IEC 62841-2-1 电钻和冲击电钻的修改：

对文件116/100/DC及其意见进行了讨论，还特别讨论了静态堵转力矩的测量，将形成新的NP和CDV文件。

19.101 手柄

19.10 1.1一般要求

手柄的设计应使得操作者在操作时能控制静态堵转力矩。根据手柄的设计，静态堵转力矩应不能超过图104到图107对应的最大值。

图102表明了不同手柄设计的位置“S”，“S”对应于操作者自然握持开关的位置。对于没有自然握持位置的开关设计，“S”对应反向力矩测量时开关的最不利位置。计算力矩时用图104～图107位置“S”确定力臂。

图103表明了带有法兰设计的不同辅助手柄上“F”的位置，“F”对应于操作者自然握持手柄时在法兰上的位置。图106和107的位置“F”确定了进行扭矩计算的瞬时力臂。

Key1 flangeF location of the hand on the flange where the operator naturally grasps d minor diameterH height of the flange Figure 103 – Locating point ”F” on different auxiliary handle designs

KeyS location of the hand on the power switch where the operator naturally grasps and/or the least favourable position on the power switch for the reactionary torque measurementx measurement point that is 80 mm from S in the direction of where the hand grasps the toola lever arm distanceMR,max maximum reaction torqueFigure 104 – Reaction torque measurement of single handle tools (1)

KeyS locationofthehandonthepowerswitchwheretheoperatornaturallygraspsand/ortheleastfavourable positiononthepowerswitchforthereactionarytorquemeasurementx measurementpoint thatis80mm fromSinthedirectionofwhere thehandgraspsthetoola1,a2 leverarmdistancesMR,max maximumreactiontorqueFigure105–Reactiontorquemeasurementofsinglehandletools(2)

KeyS location of the hand on the power switch where the operator naturally grasps and/or the least favourable position on the power switch for the reactionary torque measurementF location of the hand on the flange where the operator naturally graspsx measurement point that is 80 mm from S in the direction of where the hand grasps the toola1, a2,a3 lever arm distancesMR,max maximum reaction torqueFigure 106 – Reaction torque measurement of multi handle tools (1)

Keythe value of a3or a4is used only, if the handle can be locked in position and is referenced for use in 8.14.2 b) 6) measure from a point on the centreline of the grasping surface that offers greatest mechanical advantage.S location of the hand on the power switch where the operator naturally grasps and/or the least favourable position on the power switch for the reactionary torque measurementF location of the hand on the flange where the operator naturally grasps.x measurement point that is 80 mm from S in the direction of where the hand grasps the toola1, a2, a3, a4lever arm distancesMR,max maximum reaction torqueFigure 107 – Reaction torque measurement of multi handle tools (2)

19.10 1.2测试设备

用于19.101.3测试的设备应符合a～g的要求：

扭矩传感器和旋转角度传感器应持续监控19.101.3测试中工具输出轴所产生的扭矩和旋转。

扭矩传感器的输出应被连接到示波器或其他数据采集设备，以显示19.101.3测试中工具输出扭矩对应时间的曲线图。

扭矩传感器的额定值应使其至少能测量工具静态堵转力矩或者脱口力矩的150%，测量准确度为±1%。

旋转角度的测量准确度为±2°。

测试期间扭矩信号测量用数据采集设备的采样率应至少为15kHz，但是带宽应由截止频率为(1±0.1)kHz的一阶低通滤波器限制，以降低瞬变影响。

测试中与工具相连的连接器应能在30°～60°旋转角度范围内将工具堵转住。完成这项要求的连接器应是一个扭转单元或其余等效装置。

测试用可调节电源应能提供工具铭牌上的额定电压和额定频率(例如120Va.c.，60Hz)。电源应具备一定的容量，测试中电压跌落不应超过额定电压或者额定电压范围上限的7%。

19.10 1.3测试过程

测试前，样品应至少空载运行5min。

所有测量在样品正向旋转时进行。

样品连接到测量装置上并在整个测试过程中被固定。先用同一个样品进行7次模拟测试，每次测试按如下方式进行：

（1）尽可能快速地让工具达到完全接通的状态，以便于拧紧连接器直至完全停止；

（2）记录测量的输出转矩

a)对于不带机械过载离合器的工具，通过i）或ii）的方法确定输出转矩：

i）如果信号在初始峰值（如有）后能至少稳定2ms，则在不超过100ms的稳定区域间隔内测量并确定输出转矩值。如果在这个间隔内存在波动，则取平均值。

ii）如果信号在初始峰值（如有）后不能至少稳定2ms，则输出转矩取旋转过程中信号从无到峰值期间的有效值。

如果工具带有一个在之前测试中会影响输出转矩的电子电路，那输出转矩的测试应

——当所有影响输出转矩的功能被认为是SCF且已按照18.8进行了评估，则在带有这些功能的情况下进行i)和ii)的测试，或

——当所有影响输出转矩的功能没有按照18.8评估为SCF时，进行i)和ii)的测试时

在所有影响输出转矩的功能作用下；

每一次模拟测试时仅使一个影响输出转矩的功能不起作用。如果测得的输出转矩比所有功能都起作用时对应的输出转矩大，则再进行2次附加测试以获取最大的输出转矩，每次测试时可以使用新的样品。

b) 对于带机械过载离合器的工具：

输出转矩是模拟测试开始后到达第一个波峰的峰值。以后的波峰，即使其值更大，也不考虑；

（3）在下一次模拟测试前，断开输出轴与测试装置的连接，空载运行工具至少3s，后工具冷却至少2min。

7次模拟测试中去除最大值和最小值，剩余5次取平均值后成为MR。计算5次测试的标准差，其值应小于5%。如果不能达到要求，重新调节测试装置以获得要求的可重复性。除非影响输出转矩的电子电路不起作用，MR即19.101.3中3次模拟测试的平均值。

注：一般认为，使限值扭矩的功能不起作用后进行测试，之后工具会产生永久性损坏。

其他修改：

IEC 62841-1通用要求第2个勘误：

对5.19的电压测量设备，增加并联电容的最大容量为150 pF。

IEC 62841-1通用要求的修订：

对全文修改，首先包含对附录C、K和L的修改，其形式可能是第一次修订，也可能直接是第二版。

IEC 62841-2-10搅拌钻：

对文件116/221/DC的部分图进行了讨论，将形成新的NP和CDV文件。

IEC 62841-2-8电剪刀和电冲剪：

对文件116/229/CDV进行了讨论，将形成新的FDIS文件。

IEC 62841-2-3角向磨光机：

继续在2016年的会议上讨论意见汇总。

IEC 62841-3-xx台钻、IEC 62841-3-7可移式墙壁锯、IEC 62841-3-5可移式带锯：

标准文本的修改。

IEC 62841-3-10型材切割机、IEC 62841 -3-9斜切锯：

分别有一个修改单，分别涉及标志和机械危险的一点歧义。（目前有.1有2个修改单；-2-2、-2-4、-2-9、-3-1、-3-6和 -3-9都已经有了正式版本的修改单，较多的是对不正常操作表格的修改，即删除“防止23.3中要求的自复位”）。

IEC 60335-2-107智能割草机：

处理116/233/CDV文件的意见汇总，2016年会议继续。

IEC 62841-4-X步行式割草机：

处理草案稿文件的意见汇总，2016年会议继续。

进展中的文件：

IEC 62841-2-17电木铣、IEC 62841-2 -21管道疏通机、IEC 62841-3-4台式砂轮机、IEC 62841-3-XX台式管道疏通机、IEC 62841-3-12台式攻丝机、IEC 62841-4-X草坪修边机和修整机、IEC 62841-4-X修枝剪、IEC 62841-4-1链锯。

其他：

根据IEC SC21A的文件，计划将IEC 62133分割为两部分，分别是Part 1-镍系统；Part 2-锂系统。

（全国电动工具标准化技术委员会顾菁）