單個電纜接頭故障就可能危及整個 SIL 級別的安全系統。瞭解機械元件如何影響功能安全，對於預防工業災難至關重要。
電纜接頭透過其故障模式、環境保護能力和系統能力等級影響功能安全，因此需要適當的 SIL 評估、故障率資料分析，並整合至整體安全儀表系統設計中，以維持所需的安全完整性等級。
上個月，Hassan 從他的石化廠給我打來緊急電話。他們的 SIL 2 緊急停機系統在測試期間發生故障，原因是水從損壞的電纜接頭滲入，導致感測器失靈。這件事提醒了我，為什麼機械元件在功能安全設計中值得同等重視。
目錄
什麼是功能性安全以及機械元件如何配合？
功能安全1 專注於預防安全關鍵系統中的危險故障。雖然注意力通常集中在電子元件上，但像電纜接頭這樣的機械零件也發揮著同樣重要的作用。
功能安全要求安全鏈中的所有元件都必須符合指定的完整性等級，包括提供環境保護、訊號完整性的機械元件，以及透過其故障模式、維護要求和系統能力評估來達到系統可靠性。
瞭解安全完整性等級 (SIL)
SIL 定義和要求：
| SIL 等級 | 風險降低因子 | 按需故障概率 (PFD) | 應用範例 |
|---|---|---|---|
| SIL 1 | 10 到 100 | 10-¹ 至 10-² | 非關鍵製程停機 |
| SIL 2 | 100 到 1,000 | 10-² 至 10-³ | 緊急停機系統 |
| SIL 3 | 1,000 至 10,000 | 10-³ 至 10-⁴ | 火災與瓦斯偵測系統 |
| SIL 4 | 10,000 至 100,000 | 10⁴ 至 10⁵ | 核反應堆保護 |
請注意： 安全完整性等級 (SIL)2 量化安全功能所提供的風險降低目標水準。安全功能 按需故障概率 (PFD)3 是在低需求模式下運作的系統的關鍵指標。
機械元件的作用
安全系統中的關鍵功能：
- 環境保護:防止可能導致危險故障的侵入
- 訊號完整性:保持電氣連續性和隔離
- 機械可靠性:確保連線在壓力下仍然安全
- 系統能力:支援整體系統架構需求
David 最近分享道："Chuck，我們從來沒有意識到我們的電纜接頭選擇對 SIL 計算有多大的影響，直到我們做了正確的分析。影響非常大"。
IEC 61508 機械元件架構
生命週期需求：
- 概念階段:危害分析，包括機械故障模式
- 設計階段:機械零件的系統能力評估
- 實施:正確的安裝與設定程序
- 操作:維護與測試規範
- 退役:安全移除和棄置程序
的 IEC 615084 標準提供了一個全面的架構，可在系統的整個生命週期內管理功能安全。
系統能力等級：
- SC 1:基本設計實務與文件
- SC 2:強化品質管理與驗證
- SC 3:正式開發程序和獨立評估
- SC 4:最高等級的全面生命週期管理
電纜接頭如何影響安全儀錶系統的效能？
電纜接頭會透過多種故障機制影響 SIS 的效能，而這些故障機制可能會損害安全功能。瞭解這些影響對於正確的系統設計至關重要。
電纜接頭會透過未偵測到的危險故障（進水導致感測器漂移）、已偵測到的危險故障（完全密封失效）、安全故障（明顯洩漏）和系統故障（安裝或規格不當）影響 SIS 效能，每種故障都需要不同的緩解策略。
電纜接頭的失效模式分析
未偵測到的危險故障 (DU)：
- 漸進式密封退化，允許濕氣進入
- 部分 EMC 屏蔽損失造成干擾
- 內部元件緩慢腐蝕
- 導致間歇性連接的微動作
危險偵測故障 (DD)：
- 密封件完全失效並有明顯滲漏
- 機械損壞導致無法正常密封
- 可見的腐蝕或老化
- 電纜拉出或移位
安全故障 (S)：
- 過度緊固造成明顯損壞
- 完全失去環境等級
- 機械故障導致無法安裝
- 明顯的妥協跡象
對安全功能表現的影響
訊號完整性影響：
- 進水會導致感測器測量偏移
- 腐蝕會增加接觸電阻
- EMC 降級允許干擾
- 溫度循環會影響校正
Hassan 告訴我「我們發現，濕氣透過電纜接頭滲入，導致我們的壓力變送器偏移了 2%，這足以妨礙正常的跳脫功能」。
定量影響評估
故障率貢獻：
- 電纜壓蓋故障率：每小時 10 ⁶ 至 10 ⁴ 故障率
- 環境因素：2 倍至 10 倍倍數
- 安裝品質：1.5 倍至 5 倍倍率
- 保養成效：0.5 倍至 2 倍倍數
PFD 計算範例：
適用於 SIL 2 壓力安全閥系統：
- 感應器 PFD：1×10-³
- 邏輯解算器 PFD：5×10-⁴
- 最終元件 PFD：2×10-³
- 電纜壓蓋貢獻：1×10-⁴
- 總系統 PFD：3.6×10-³ (仍在 SIL 2 範圍內）
常見故障原因
環境壓力因素：
- 影響多個腺體的溫度循環
- 接觸化學品導致系統退化
- 震動使整個系統的連接鬆動
- 紫外線輻射會降低密封材料的性能
緩解策略：
- 多樣化的電纜接頭類型和材料
- 冗餘密封方法
- 定期檢查和維護計劃
- 環境保護措施
在 Bepto，我們為所有電纜接頭提供詳細的失效模式分析和可靠性資料，以支援您的 SIL 計算。我們的工程團隊可協助您優化安全系統設計。
安全應用中的電纜接頭有哪些 SIL 要求？
用於 SIL 評級系統的電纜接頭必須符合系統能力、故障率和文件的特定要求。這些要求因 SIL 級別和應用而異。
電纜接頭的 SIL 要求包括系統能力認證 (SC 2 最低適用於 SIL 2 應用)、記載故障率資料、驗證測試程序、維護間隔，以及整合至整體安全生命週期管理流程。
系統能力要求
SC 2 要求（SIL 2 的最低要求）：
- 品質管理系統 (ISO 9001 或同等標準)
- 組態管理程序
- 驗證與確認流程
- 文件和可追蹤性系統
- 人員能力管理
SC 3 要求（建議使用 SIL 3）：
- 正式的開發生命週期
- 獨立核查活動
- 先進的品質保證措施
- 全面的測試協議
- 第三方評估與認證
文件要求
基本文件套件：
- 故障模式分析安全手冊
- 安裝與維護程序
- 驗證測試說明和時間間隔
- 環境限制與降額因素
- 系統能力證書
故障率資料要求：
- 不同故障模式的 Lambda (λ) 值
- 環境壓力因素
- 置信區間和資料來源
- 任務時間與耗損考量
- 常見故障原因分析
David 分享道："有了 Bepto 適當的 SIL 文件，我們的 TÜV 評估變得更加順利。安全案例的完整性給評估員留下了深刻印象"。
驗證測試要求
驗證測試目標：
- 偵測未偵測到的危險故障
- 驗證持續的安全功能能力
- 將系統回復到已知的安全狀態
- 根據經驗更新故障率資料
電纜接頭防護測試程序：
- 目視檢查是否有損壞或變質
- 指定範圍內的扭力驗證
- 絕緣電阻測試
- 密封應用的壓力測試
- EMC 應用的連續性驗證
與安全生命週期整合
設計階段整合：
作業階段需求：
- 定期檢查時間表
- 預防性維護計劃
- 事件報告與分析
- 效能監控與趨勢分析
Hassan 最近告訴我「將電纜壓蓋要求整合到我們的安全生命週期管理系統中，有助於我們在問題發生之前發現潛在問題」。
如何為 SIL-Rated 系統選擇和指定電纜接頭？
為 SIL 應用正確選擇和規格電纜接頭，需要對安全要求、環境條件和生命週期考慮因素進行系統性評估。
SIL 系統的電纜接頭選擇需要評估系統能力等級、故障率資料與安全目標的相容性、環境適用性、驗證測試可行性，以及支援系統生命週期需求的長期可用性。
篩選標準矩陣
安全要求：
- 所需的 SIL 等級和系統能力
- 故障率目標與分配
- 驗證測試時間間隔相容性
- 常見故障原因考慮
- 維護無障礙要求
技術規格：
- 電纜類型和尺寸範圍
- 環境保護等級 (IP, NEMA)
- 材料與製程流體的相容性
- 溫度與壓力等級
- EMC 和接地要求
生命週期考量：
- 預期使用壽命 (一般為 20 年以上)
- 備件供應
- 供應商穩定性與支援
- 陳舊管理
- 升級與修改彈性
規格開發流程
步驟 1：安全需求分析
- 審核 SIS 設計與安全需求規格
- 辨識電纜接頭位置與功能
- 確定故障率分配
- 指定系統能力需求
步驟 2：環境評估
- 分析安裝環境條件
- 考慮化學相容性要求
- 評估機械應力因素
- 評估維護的可及性
步驟 3：技術規格
- 定義效能需求
- 指定測試和認證需求
- 建立品質與文件需求
- 包含生命週期支援條款
供應商評估標準
技術能力：
- SIL 認證與系統能力
- 故障率資料品質與來源
- 測試與驗證能力
- 技術支援與工程資源
品質系統：
- ISO 9001 最低認證
- 組態管理流程
- 變更控制程序
- 可追蹤性和文件系統
商業考量：
- 財務穩定性和長壽
- 全球支援能力
- 備件供應
- 技術路線圖調整
David 告訴我「使用你們的系統化選擇流程幫助我們選擇了不僅滿足我們當前 SIL 要求，還能為未來修改提供彈性的電纜接頭」。
Bepto 的 SIL 支援服務
我們瞭解 SIL 應用程式的複雜性，並提供全面的支援：
- SIL 認證 用於系統能力等級
- 詳細的故障率資料 有置信區間
- 安全手冊開發 針對您的特定應用
- 技術培訓 關於 SIL 要求和實施
- 生命週期支援 包括陳舊管理
常見的規格錯誤
技術錯誤：
- 系統能力需求規格不足
- 忽略環境壓力因素
- 驗證測試程序不足
- 缺失的常見故障原因分析
商業錯誤：
- 只注重初始成本
- 忽略生命週期支援需求
- 供應商資格不足
- 缺失備件策略
文件問題：
- 不完整的安全案例開發
- 失效模式分析
- 維護程序不足
- 變更控制流程不完善
Hassan 分享道："當我們避免了一場可能導致整個工廠停工的重大安全系統故障時，我們在符合 SIL 標準的電纜接頭上的投資就得到了回報。
總結
電纜接頭在功能安全系統中扮演重要角色，需要適當的 SIL 評估、系統能力認證和生命週期管理，以維持安全完整性等級。
關於 SIL 和電纜接頭的常見問題
問：SIL 系統中的所有電纜接頭是否都需要通過 SIL 認證？
A: 不一定。只有可能導致安全功能發生危險故障的電纜接頭才需要進行 SIL 評估。不過，在整個安全系統中使用 SIL 認證的產品通常會比較簡單，以確保一致性並簡化文件。
問：如何計算電纜接頭故障對整體 SIL 評級的影響？
A: 使用與其他元件相同的方法，在 PFD 計算中包含電纜接頭故障率。同時考慮隨機硬體故障和系統故障。在 Bepto，我們提供詳細的計算指南和故障率數據來支持您的分析。
問：SC 2 和 SC 3 電纜接頭有何不同？
A: SC 3 要求更嚴格的開發流程、獨立驗證和正式的生命週期管理。SC 2 足夠用於大多數 SIL 2 應用，而 SC 3 則建議用於 SIL 3，並要求用於 SIL 4 應用。
問：在 SIL 應用中，電纜接頭應多久進行一次驗證測試？
A: 檢測間隔取決於所需的 PFD 和電纜接頭故障率。典型的測試間隔為 1-5 年。關鍵是在安全要求與實際維護考慮之間取得平衡。
問：我可以在 SIL 應用中使用標準的工業電纜接頭嗎？
A: 如果標準的電纜接頭符合系統能力要求，而且您有足夠的故障率資料，那麼它們也許是合適的。但是，專門設計的 SIL 產品通常可以為安全應用提供更好的文件和生命週期支援。
