工业机器人系统集成安全规范2025年培训试题及答案解析

工业机器人系统集成安全规范2025年培训试题及答案解析一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.工业机器人系统集成项目中，对“残余风险”最准确的定义是（）A.已通过安全功能消除的风险B.经风险评估后仍无法降至可接受水平的风险C.仅存在于机器人调试阶段的风险D.由系统集成商承担全部责任的风险答案：B解析：残余风险指在采取所有可行安全措施后仍存在的风险，需在用户手册中明确告知并培训操作人员。2.依据ISO102181:2022，协作机器人（cobot）的功率与力限制（PFL）功能在垂直方向的最大允许动态力为（）A.80NB.120NC.150ND.200N答案：C解析：ISO102181:2022表4.3规定，垂直方向PFL动态力阈值为150N，超过需触发停机。3.安全扫描仪在工业机器人单元中的典型响应时间应不大于（）A.15msB.30msC.60msD.120ms答案：B解析：扫描仪响应时间包括探测、信号处理与输出，30ms内可满足Cat.3PLd要求。4.在SafetyBus/P网络中，实现Cat.4PLe安全通信的核心机制是（）A.CRC16校验B.双通道交叉比较C.时间戳与序号双重监控D.光纤冗余答案：C解析：时间戳+序号可检测重复、丢失、插入、错序四种错误，满足Cat.4要求。5.工业机器人系统集成验收时，若安全回路采用1oo2结构，其DC（诊断覆盖率）最低应达到（）A.60%B.90%C.99%D.99.9%答案：C解析：1oo2结构在PLe下需DC≥99%，见ISO138491表7。6.当机器人工具中心点（TCP）速度超过1.5m/s时，依据GB11291.12025，必须附加的安全措施是（）A.仅张贴警告标识B.增加围栏高度至2.2mC.采用安全限速（SLS）并降至0.25m/s以内D.关闭协作模式答案：C解析：GB11291.120255.2.3规定，TCP>1.5m/s需启用SLS并限制在0.25m/s以内方可协作。7.安全继电器单元“PNOZmB1”的额定切换能力为（）A.6A/250VACB.8A/24VDCC.10A/230VACD.16A/24VDC答案：A解析：Pilz官方数据：每路常开触点6A/250VAC，阻性负载。8.在风险评估矩阵中，发生概率“P2”与严重度“S3”交叉区域对应的风险等级为（）A.RL1可忽略B.RL2可接受C.RL3中等D.RL4不可接受答案：C解析：依据ISO12100附录B示例矩阵，P2×S3=RL3，需降低风险。9.采用安全现场总线“EtherCATFSoE”时，从站故障反应时间最大允许值为（）A.10msB.50msC.100msD.500ms答案：C解析：ETG.5100V1.3.0规定FSoE故障反应时间≤100ms，满足PLe。10.机器人系统中，若使用双手按钮实现“启动”功能，其同步时间间隔不得超过（）A.0.2sB.0.5sC.1.0sD.2.0s答案：B解析：ISO13851要求双手操纵同步间隔≤0.5s，防止单手旁路。11.在Cat.3PLd安全回路中，开关量安全信号电缆最大允许长度为（）A.30mB.50mC.100mD.200m答案：B解析：受电缆电容与故障屏蔽影响，Cat.3PLd下推荐≤50m，>50m需增加中继诊断。12.工业机器人系统集成文件中，“SRP/CS”指的是（）A.软件需求计划/控制系统B.安全相关零件/控制系统C.标准机器人程序/通信系统D.系统风险点/控制策略答案：B解析：ISO138491术语，SRP/CS为SafetyRelatedPartsofControlSystems。13.若机器人末端夹具质量为8kg，重心偏移80mm，则静态倾覆力矩约为（）A.6.3N·mB.62.7N·mC.78.4N·mD.98.0N·m答案：B解析：M=m·g·r=8kg×9.81m/s2×0.08m≈62.7N·m。14.安全激光扫描仪的保护区域若设置为“2m半径+0.3m安全补偿”，则最小警告区域半径应为（）A.2.0mB.2.3mC.2.5mD.3.0m答案：C解析：依据ISO13855，人体接近速度1.6m/s，扫描仪响应时间30ms，制动距离0.3m，警告区=2.3m+0.2m余量≈2.5m。15.在机器人系统中，若安全门采用“弹簧复位+电磁锁定”方式，其“锁定力”应不小于（）A.500NB.1000NC.1500ND.2000N答案：C解析：ISO14119附录A推荐，防止人员强行进入，锁定力≥1500N。16.当使用安全PLC实现“模式选择”功能时，若采用旋转编码开关，其冗余诊断方式应为（）A.单通道+CRCB.双通道+比较C.三通道+多数表决D.软件冗余答案：B解析：Cat.3PLd要求双通道+比较，可检测单点故障。17.工业机器人系统集成项目“安全验证”阶段，必须进行的测试是（）A.仅静态力测试B.仅动态力测试C.静态+动态力测试及停止时间测试D.仅功能测试答案：C解析：ISO102182:20225.4.3要求验证静态、动态力及停止时间，确保与风险评估一致。18.若机器人系统采用“安全限速SLS=0.25m/s”，则人体任何部位可进入的最小安全距离为（）A.0mmB.120mmC.200mmD.500mm答案：B解析：ISO13855表1，0.25m/s时，身体接近需120mm安全距离。19.在机器人系统集成中，若使用“安全地毯”作为区域监控，其最小触发压力为（）A.50NB.150NC.300ND.500N答案：C解析：ISO138561规定，安全地毯触发力≤300N，确保成人站立即可触发。20.当机器人系统出现“安全门关闭但锁定信号丢失”故障时，系统应进入的状态为（）A.继续运行B.减速运行C.安全停止2（SS2）D.安全停止1（SS1）答案：D解析：门锁定信号丢失视为安全故障，应触发SS1，切断电机电源并制动。二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.以下哪些属于工业机器人系统集成“本质安全设计”阶段应采取的措施（）A.降低机器人质量B.减少末端执行器锐边C.增加安全围栏D.采用24VDC安全电压E.设置急停按钮答案：A、B、D解析：本质安全指在设计阶段消除或降低风险，C、E为附加防护措施。22.关于ISO138491性能等级（PL）与平均危险失效时间（MTTFd）关系，下列说法正确的有（）A.MTTFd高对应PL高B.MTTFd低一定导致PL低C.PL仅由MTTFd决定D.DC与CCF也影响PLE.同一MTTFd下，DC从90%提高到99%，PL可能从PLd提升到PLe答案：A、D、E解析：PL由MTTFd、DC、CCF共同决定，B、C表述片面。23.在机器人安全回路中，以下哪些元件可用于实现“双通道冗余”（）A.安全继电器PNOZs5B.安全光幕SLC445C.普通PLC数字量输入D.安全PLCPSS4000E.安全开关PSEN2.1答案：A、B、D、E解析：普通PLC无冗余诊断，不能用于双通道。24.依据GB/T157062025，风险评估应包含的步骤有（）A.风险识别B.风险估计C.风险评价D.风险消除E.文件化答案：A、B、C、E解析：风险消除属于风险降低阶段，非评估步骤。25.以下哪些测试必须在“机器人系统集成现场验收”阶段完成（）A.安全门开关2000次循环B.急停回路10次随机触发C.安全激光扫描仪遮挡测试D.机器人TCP重复定位精度E.安全限速SLS实测答案：A、B、C、E解析：D项属于机器人本体性能，非安全验收必测。26.关于“协作机器人”功率与力限制（PFL）功能，下列参数需实时监控的有（）A.关节电流B.关节速度C.末端力矩D.工具温度E.底座振动答案：A、B、C解析：PFL基于电流、速度、力矩估算接触力，温度与振动不直接参与。27.以下哪些情况会导致安全PLC报“CCF故障”（）A.双通道输入信号相差>5msB.安全输出反馈断路C.安全门玻璃破损D.安全继电器触点熔焊E.24VDC电源纹波>5%答案：A、B、D解析：CCF指共因故障，C、E不直接触发CCF诊断。28.在机器人单元布局设计时，依据ISO13855计算安全距离需考虑的因素有（）A.接近速度B.安全设备响应时间C.机器人停止时间D.地面摩擦系数E.安全裕量答案：A、B、C、E解析：地面摩擦系数与水平接近无关。29.以下哪些文件必须包含在“机器人系统集成安全档案”中（）A.风险评估报告B.安全功能验证记录C.机器人3D模型D.用户培训记录E.急停回路原理图答案：A、B、D、E解析：3D模型非强制，但推荐；其余为强制。30.当机器人系统采用“安全围栏+安全门”方案时，围栏设计应满足（）A.高度≥1.4mB.底部间隙≤180mmC.顶部无横杆防止攀爬D.门与机器人运动互锁E.围栏颜色为黄色答案：A、B、D解析：顶部横杆可接受；颜色无强制标准，但黄色为行业惯例非强制。三、填空题（每空1分，共20分）31.ISO102181:2022规定，机器人本体的“紧急停止”回路应至少达到Cat.________，PL________。答案：3，d32.若安全光幕的分辨率为14mm，则其可检测的最小物体直径为________mm。答案：1433.在ISO138491中，CCF（共因故障）量化评分表最高得分为________分，达到________分即可满足Cat.3要求。答案：100，6534.某机器人关节电机额定扭矩为60N·m，若采用“安全扭矩关闭（STO）”功能，其残留扭矩应不超过________N·m。答案：0.535.依据GB11291.22025，机器人系统“安全停止1（SS1）”的减速时间不得超过额定负载下最大减速时间的________%。答案：12036.当安全扫描仪安装高度为0.4m时，其“防攀爬”保护区域最小半径为________m。答案：0.337.若安全继电器输出触点额定电流为6A，感性负载需降额至________A使用。答案：338.在Cat.4PLe回路中，DC（诊断覆盖率）最低为________%。答案：9939.机器人系统集成项目“最终安全验收”签字人必须包含用户代表、集成商代表及________代表。答案：安全负责人40.若机器人TCP最大速度为2m/s，安全扫描仪响应时间为30ms，则最小安全距离S=________mm。（Mat公式：S=1600mm/s×0.03s+0.25m×1000mm/m）答案：1730四、简答题（每题6分，共30分）41.简述“安全功能”与“安全性能等级（PL）”之间的关系，并说明如何在机器人系统集成项目中确定所需PL。答案：安全功能指为实现风险降低而执行的特定功能，如急停、门互锁；PL表示该功能在预期条件下执行安全功能的可靠性。确定步骤：1）风险评估得出伤害严重度S、暴露频率F、避免可能性P；2）查ISO138491风险图得所需PLr；3）设计SRP/CS并计算MTTFd、DC、CCF，验证实际PL≥PLr；4）若不足，需增加冗余、提高诊断或缩短测试间隔。42.列举并说明机器人系统集成现场必须进行的“三种停止时间测试”。答案：1）急停停止时间：从触发急停到TCP完全静止的时间，用激光测速仪测量；2）安全门互锁停止时间：从门打开到机器人进入安全停止状态的时间，包含安全门开关延迟；3）安全扫描仪遮挡停止时间：从遮挡保护区域到机器人静止的时间，需在最远接近路径测试。三项结果与风险评估中的假设对比，若实测>假设，需增加安全距离或提高制动性能。43.说明“安全限速（SLS）”在协作机器人中的应用条件及参数设置要点。答案：应用条件：人与机器人共享工作空间且需频繁交互。设置要点：1）速度阈值≤0.25m/s（ISO102181表4.2）；2）监控周期≤4ms，采用双通道编码器；3）超速响应≤50ms触发STO；4）参数需写入安全PLC非易失区，防止篡改；5）现场实测验证，偏差≤5%。44.解释“锁定+tagout”与“能量隔离”在机器人维护中的区别及实施步骤。答案：能量隔离指切断所有能量源（电、气、液）；锁定+tagout指在隔离点上锁并挂牌，防止他人误操作。步骤：1）识别所有能量源；2）关闭主电源并释放储能；3）在开关处上锁，钥匙唯一；4）填写标签：姓名、日期、原因；5）测试零能量；6）维护完毕，只有挂牌人解锁，确认人员撤离后恢复。45.说明“安全扫描仪水平安装”与“垂直安装”在机器人单元中的优缺点。答案：水平安装：优点——防攀爬，可区分人与物；缺点——需地面平整，易积尘误报。垂直安装：优点——安装简便，覆盖高度可调；缺点——无法检测爬行，需额外地毯补充。选择依据：若需防止人员从底部钻入，优先水平；若空间受限且仅防走入，垂直更经济。五、应用题（共4题，共50分）46.计算与分析题（12分）某机器人单元需设置安全围栏，已知：机器人TCP最大速度：1.8m/s安全门互锁开关响应时间：200ms机器人停止时间：450ms人员接近速度：1.6m/s安全裕量：200mm求：最小安全距离S，并判断若围栏距机器人路径中心线1800mm是否满足要求。答案：S=1600×(0.2+0.45)+200=1600×0.65+200=1040+200=1240mm实际距离1800mm>1240mm，满足要求。47.综合设计题（14分）设计一套Cat.3PLd的“双手操纵”安全回路，用于启动一台6轴机器人。要求：1）画出双通道原理图（文字描述即可）；2）列出主要元件型号及参数；3）说明故障检测方式；4）计算MTTFd与DC，验证是否达到PLd。答案：1）原理：双手按钮S1、S2各带两路常开触点，分别接入安全PLC双通道输入I0、I1；PLC内部交叉比较，0.5s内同步则输出Q0、Q1驱动双接触器K1、K2，接通机器人使能；任一通道断开或不同步，立即断开K1、K2并报警。2）元件：双手按钮SchlegelES022，MTTFd=100年；安全PLCPilzPNOZmB0，DC=99%；接触器Siemens3RT2026，MTTFd=120年；电缆双绞屏蔽，长度<50m。3）故障检测：PLC周期4ms比较I0、I1；输出反馈监控K1、K2辅助触点；断路、短路、不同步均检测。4）计算：单通道MTTFd=(100×120)/(100+120)=54.5年；双通道并联MTTFd=2×54.5=109年；DC=99%；CCF得分75；查ISO138491表10，满足