工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成安全規(guī)范2025年培訓(xùn)試題及答案解析一、單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分。每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成項(xiàng)目中，對(duì)“殘余風(fēng)險(xiǎn)”最準(zhǔn)確的定義是（）A.已通過(guò)安全功能消除的風(fēng)險(xiǎn)B.經(jīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后仍無(wú)法降至可接受水平的風(fēng)險(xiǎn)C.僅存在于機(jī)器人調(diào)試階段的風(fēng)險(xiǎn)D.由系統(tǒng)集成商承擔(dān)全部責(zé)任的風(fēng)險(xiǎn)答案：B解析：殘余風(fēng)險(xiǎn)指在采取所有可行安全措施后仍存在的風(fēng)險(xiǎn)，需在用戶手冊(cè)中明確告知并培訓(xùn)操作人員。2.依據(jù)ISO102181:2022，協(xié)作機(jī)器人（cobot）的功率與力限制（PFL）功能在垂直方向的最大允許動(dòng)態(tài)力為（）A.80NB.120NC.150ND.200N答案：C解析：ISO102181:2022表4.3規(guī)定，垂直方向PFL動(dòng)態(tài)力閾值為150N，超過(guò)需觸發(fā)停機(jī)。3.安全掃描儀在工業(yè)機(jī)器人單元中的典型響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不大于（）A.15msB.30msC.60msD.120ms答案：B解析：掃描儀響應(yīng)時(shí)間包括探測(cè)、信號(hào)處理與輸出，30ms內(nèi)可滿足Cat.3PLd要求。4.在SafetyBus/P網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)Cat.4PLe安全通信的核心機(jī)制是（）A.CRC16校驗(yàn)B.雙通道交叉比較C.時(shí)間戳與序號(hào)雙重監(jiān)控D.光纖冗余答案：C解析：時(shí)間戳+序號(hào)可檢測(cè)重復(fù)、丟失、插入、錯(cuò)序四種錯(cuò)誤，滿足Cat.4要求。5.工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成驗(yàn)收時(shí)，若安全回路采用1oo2結(jié)構(gòu)，其DC（診斷覆蓋率）最低應(yīng)達(dá)到（）A.60%B.90%C.99%D.99.9%答案：C解析：1oo2結(jié)構(gòu)在PLe下需DC≥99%，見(jiàn)ISO138491表7。6.當(dāng)機(jī)器人工具中心點(diǎn)（TCP）速度超過(guò)1.5m/s時(shí)，依據(jù)GB11291.12025，必須附加的安全措施是（）A.僅張貼警告標(biāo)識(shí)B.增加圍欄高度至2.2mC.采用安全限速（SLS）并降至0.25m/s以內(nèi)D.關(guān)閉協(xié)作模式答案：C解析：GB11291.120255.2.3規(guī)定，TCP>1.5m/s需啟用SLS并限制在0.25m/s以內(nèi)方可協(xié)作。7.安全繼電器單元“PNOZmB1”的額定切換能力為（）A.6A/250VACB.8A/24VDCC.10A/230VACD.16A/24VDC答案：A解析：Pilz官方數(shù)據(jù)：每路常開(kāi)觸點(diǎn)6A/250VAC，阻性負(fù)載。8.在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣中，發(fā)生概率“P2”與嚴(yán)重度“S3”交叉區(qū)域?qū)?yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為（）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：依據(jù)ISO12100附錄B示例矩陣，P2×S3=RL3，需降低風(fēng)險(xiǎn)。9.采用安全現(xiàn)場(chǎng)總線“EtherCATFSoE”時(shí)，從站故障反應(yīng)時(shí)間最大允許值為（）A.10msB.50msC.100msD.500ms答案：C解析：ETG.5100V1.3.0規(guī)定FSoE故障反應(yīng)時(shí)間≤100ms，滿足PLe。10.機(jī)器人系統(tǒng)中，若使用雙手按鈕實(shí)現(xiàn)“啟動(dòng)”功能，其同步時(shí)間間隔不得超過(guò)（）A.0.2sB.0.5sC.1.0sD.2.0s答案：B解析：ISO13851要求雙手操縱同步間隔≤0.5s，防止單手旁路。11.在Cat.3PLd安全回路中，開(kāi)關(guān)量安全信號(hào)電纜最大允許長(zhǎng)度為（）A.30mB.50mC.100mD.200m答案：B解析：受電纜電容與故障屏蔽影響，Cat.3PLd下推薦≤50m，>50m需增加中繼診斷。12.工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成文件中，“SRP/CS”指的是（）A.軟件需求計(jì)劃/控制系統(tǒng)B.安全相關(guān)零件/控制系統(tǒng)C.標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人程序/通信系統(tǒng)D.系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)/控制策略答案：B解析：ISO138491術(shù)語(yǔ)，SRP/CS為SafetyRelatedPartsofControlSystems。13.若機(jī)器人末端夾具質(zhì)量為8kg，重心偏移80mm，則靜態(tài)傾覆力矩約為（）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.安全激光掃描儀的保護(hù)區(qū)域若設(shè)置為“2m半徑+0.3m安全補(bǔ)償”，則最小警告區(qū)域半徑應(yīng)為（）A.2.0mB.2.3mC.2.5mD.3.0m答案：C解析：依據(jù)ISO13855，人體接近速度1.6m/s，掃描儀響應(yīng)時(shí)間30ms，制動(dòng)距離0.3m，警告區(qū)=2.3m+0.2m余量≈2.5m。15.在機(jī)器人系統(tǒng)中，若安全門采用“彈簧復(fù)位+電磁鎖定”方式，其“鎖定力”應(yīng)不小于（）A.500NB.1000NC.1500ND.2000N答案：C解析：ISO14119附錄A推薦，防止人員強(qiáng)行進(jìn)入，鎖定力≥1500N。16.當(dāng)使用安全PLC實(shí)現(xiàn)“模式選擇”功能時(shí)，若采用旋轉(zhuǎn)編碼開(kāi)關(guān)，其冗余診斷方式應(yīng)為（）A.單通道+CRCB.雙通道+比較C.三通道+多數(shù)表決D.軟件冗余答案：B解析：Cat.3PLd要求雙通道+比較，可檢測(cè)單點(diǎn)故障。17.工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成項(xiàng)目“安全驗(yàn)證”階段，必須進(jìn)行的測(cè)試是（）A.僅靜態(tài)力測(cè)試B.僅動(dòng)態(tài)力測(cè)試C.靜態(tài)+動(dòng)態(tài)力測(cè)試及停止時(shí)間測(cè)試D.僅功能測(cè)試答案：C解析：ISO102182:20225.4.3要求驗(yàn)證靜態(tài)、動(dòng)態(tài)力及停止時(shí)間，確保與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估一致。18.若機(jī)器人系統(tǒng)采用“安全限速SLS=0.25m/s”，則人體任何部位可進(jìn)入的最小安全距離為（）A.0mmB.120mmC.200mmD.500mm答案：B解析：ISO13855表1，0.25m/s時(shí)，身體接近需120mm安全距離。19.在機(jī)器人系統(tǒng)集成中，若使用“安全地毯”作為區(qū)域監(jiān)控，其最小觸發(fā)壓力為（）A.50NB.150NC.300ND.500N答案：C解析：ISO138561規(guī)定，安全地毯觸發(fā)力≤300N，確保成人站立即可觸發(fā)。20.當(dāng)機(jī)器人系統(tǒng)出現(xiàn)“安全門關(guān)閉但鎖定信號(hào)丟失”故障時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)入的狀態(tài)為（）A.繼續(xù)運(yùn)行B.減速運(yùn)行C.安全停止2（SS2）D.安全停止1（SS1）答案：D解析：門鎖定信號(hào)丟失視為安全故障，應(yīng)觸發(fā)SS1，切斷電機(jī)電源并制動(dòng)。二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選、少選、錯(cuò)選均不得分）21.以下哪些屬于工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成“本質(zhì)安全設(shè)計(jì)”階段應(yīng)采取的措施（）A.降低機(jī)器人質(zhì)量B.減少末端執(zhí)行器銳邊C.增加安全圍欄D.采用24VDC安全電壓E.設(shè)置急停按鈕答案：A、B、D解析：本質(zhì)安全指在設(shè)計(jì)階段消除或降低風(fēng)險(xiǎn)，C、E為附加防護(hù)措施。22.關(guān)于ISO138491性能等級(jí)（PL）與平均危險(xiǎn)失效時(shí)間（MTTFd）關(guān)系，下列說(shuō)法正確的有（）A.MTTFd高對(duì)應(yīng)PL高B.MTTFd低一定導(dǎo)致PL低C.PL僅由MTTFd決定D.DC與CCF也影響PLE.同一MTTFd下，DC從90%提高到99%，PL可能從PLd提升到PLe答案：A、D、E解析：PL由MTTFd、DC、CCF共同決定，B、C表述片面。23.在機(jī)器人安全回路中，以下哪些元件可用于實(shí)現(xiàn)“雙通道冗余”（）A.安全繼電器PNOZs5B.安全光幕SLC445C.普通PLC數(shù)字量輸入D.安全PLCPSS4000E.安全開(kāi)關(guān)PSEN2.1答案：A、B、D、E解析：普通PLC無(wú)冗余診斷，不能用于雙通道。24.依據(jù)GB/T157062025，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)包含的步驟有（）A.風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別B.風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)C.風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)D.風(fēng)險(xiǎn)消除E.文件化答案：A、B、C、E解析：風(fēng)險(xiǎn)消除屬于風(fēng)險(xiǎn)降低階段，非評(píng)估步驟。25.以下哪些測(cè)試必須在“機(jī)器人系統(tǒng)集成現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收”階段完成（）A.安全門開(kāi)關(guān)2000次循環(huán)B.急?；芈?0次隨機(jī)觸發(fā)C.安全激光掃描儀遮擋測(cè)試D.機(jī)器人TCP重復(fù)定位精度E.安全限速SLS實(shí)測(cè)答案：A、B、C、E解析：D項(xiàng)屬于機(jī)器人本體性能，非安全驗(yàn)收必測(cè)。26.關(guān)于“協(xié)作機(jī)器人”功率與力限制（PFL）功能，下列參數(shù)需實(shí)時(shí)監(jiān)控的有（）A.關(guān)節(jié)電流B.關(guān)節(jié)速度C.末端力矩D.工具溫度E.底座振動(dòng)答案：A、B、C解析：PFL基于電流、速度、力矩估算接觸力，溫度與振動(dòng)不直接參與。27.以下哪些情況會(huì)導(dǎo)致安全PLC報(bào)“CCF故障”（）A.雙通道輸入信號(hào)相差>5msB.安全輸出反饋斷路C.安全門玻璃破損D.安全繼電器觸點(diǎn)熔焊E.24VDC電源紋波>5%答案：A、B、D解析：CCF指共因故障，C、E不直接觸發(fā)CCF診斷。28.在機(jī)器人單元布局設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)ISO13855計(jì)算安全距離需考慮的因素有（）A.接近速度B.安全設(shè)備響應(yīng)時(shí)間C.機(jī)器人停止時(shí)間D.地面摩擦系數(shù)E.安全裕量答案：A、B、C、E解析：地面摩擦系數(shù)與水平接近無(wú)關(guān)。29.以下哪些文件必須包含在“機(jī)器人系統(tǒng)集成安全檔案”中（）A.風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告B.安全功能驗(yàn)證記錄C.機(jī)器人3D模型D.用戶培訓(xùn)記錄E.急?；芈吩韴D答案：A、B、D、E解析：3D模型非強(qiáng)制，但推薦；其余為強(qiáng)制。30.當(dāng)機(jī)器人系統(tǒng)采用“安全圍欄+安全門”方案時(shí)，圍欄設(shè)計(jì)應(yīng)滿足（）A.高度≥1.4mB.底部間隙≤180mmC.頂部無(wú)橫桿防止攀爬D.門與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)互鎖E.圍欄顏色為黃色答案：A、B、D解析：頂部橫桿可接受；顏色無(wú)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，但黃色為行業(yè)慣例非強(qiáng)制。三、填空題（每空1分，共20分）31.ISO102181:2022規(guī)定，機(jī)器人本體的“緊急停止”回路應(yīng)至少達(dá)到Cat.________，PL________。答案：3，d32.若安全光幕的分辨率為14mm，則其可檢測(cè)的最小物體直徑為_(kāi)_______mm。答案：1433.在ISO138491中，CCF（共因故障）量化評(píng)分表最高得分為_(kāi)_______分，達(dá)到________分即可滿足Cat.3要求。答案：100，6534.某機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)額定扭矩為60N·m，若采用“安全扭矩關(guān)閉（STO）”功能，其殘留扭矩應(yīng)不超過(guò)________N·m。答案：0.535.依據(jù)GB11291.22025，機(jī)器人系統(tǒng)“安全停止1（SS1）”的減速時(shí)間不得超過(guò)額定負(fù)載下最大減速時(shí)間的________%。答案：12036.當(dāng)安全掃描儀安裝高度為0.4m時(shí)，其“防攀爬”保護(hù)區(qū)域最小半徑為_(kāi)_______m。答案：0.337.若安全繼電器輸出觸點(diǎn)額定電流為6A，感性負(fù)載需降額至________A使用。答案：338.在Cat.4PLe回路中，DC（診斷覆蓋率）最低為_(kāi)_______%。答案：9939.機(jī)器人系統(tǒng)集成項(xiàng)目“最終安全驗(yàn)收”簽字人必須包含用戶代表、集成商代表及________代表。答案：安全負(fù)責(zé)人40.若機(jī)器人TCP最大速度為2m/s，安全掃描儀響應(yīng)時(shí)間為30ms，則最小安全距離S=________mm。（Mat公式：S=1600mm/s×0.03s+0.25m×1000mm/m）答案：1730四、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）41.簡(jiǎn)述“安全功能”與“安全性能等級(jí)（PL）”之間的關(guān)系，并說(shuō)明如何在機(jī)器人系統(tǒng)集成項(xiàng)目中確定所需PL。答案：安全功能指為實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)降低而執(zhí)行的特定功能，如急停、門互鎖；PL表示該功能在預(yù)期條件下執(zhí)行安全功能的可靠性。確定步驟：1）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估得出傷害嚴(yán)重度S、暴露頻率F、避免可能性P；2）查ISO138491風(fēng)險(xiǎn)圖得所需PLr；3）設(shè)計(jì)SRP/CS并計(jì)算MTTFd、DC、CCF，驗(yàn)證實(shí)際PL≥PLr；4）若不足，需增加冗余、提高診斷或縮短測(cè)試間隔。42.列舉并說(shuō)明機(jī)器人系統(tǒng)集成現(xiàn)場(chǎng)必須進(jìn)行的“三種停止時(shí)間測(cè)試”。答案：1）急停停止時(shí)間：從觸發(fā)急停到TCP完全靜止的時(shí)間，用激光測(cè)速儀測(cè)量；2）安全門互鎖停止時(shí)間：從門打開(kāi)到機(jī)器人進(jìn)入安全停止?fàn)顟B(tài)的時(shí)間，包含安全門開(kāi)關(guān)延遲；3）安全掃描儀遮擋停止時(shí)間：從遮擋保護(hù)區(qū)域到機(jī)器人靜止的時(shí)間，需在最遠(yuǎn)接近路徑測(cè)試。三項(xiàng)結(jié)果與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的假設(shè)對(duì)比，若實(shí)測(cè)>假設(shè)，需增加安全距離或提高制動(dòng)性能。43.說(shuō)明“安全限速（SLS）”在協(xié)作機(jī)器人中的應(yīng)用條件及參數(shù)設(shè)置要點(diǎn)。答案：應(yīng)用條件：人與機(jī)器人共享工作空間且需頻繁交互。設(shè)置要點(diǎn)：1）速度閾值≤0.25m/s（ISO102181表4.2）；2）監(jiān)控周期≤4ms，采用雙通道編碼器；3）超速響應(yīng)≤50ms觸發(fā)STO；4）參數(shù)需寫入安全PLC非易失區(qū)，防止篡改；5）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證，偏差≤5%。44.解釋“鎖定+tagout”與“能量隔離”在機(jī)器人維護(hù)中的區(qū)別及實(shí)施步驟。答案：能量隔離指切斷所有能量源（電、氣、液）；鎖定+tagout指在隔離點(diǎn)上鎖并掛牌，防止他人誤操作。步驟：1）識(shí)別所有能量源；2）關(guān)閉主電源并釋放儲(chǔ)能；3）在開(kāi)關(guān)處上鎖，鑰匙唯一；4）填寫標(biāo)簽：姓名、日期、原因；5）測(cè)試零能量；6）維護(hù)完畢，只有掛牌人解鎖，確認(rèn)人員撤離后恢復(fù)。45.說(shuō)明“安全掃描儀水平安裝”與“垂直安裝”在機(jī)器人單元中的優(yōu)缺點(diǎn)。答案：水平安裝：優(yōu)點(diǎn)——防攀爬，可區(qū)分人與物；缺點(diǎn)——需地面平整，易積塵誤報(bào)。垂直安裝：優(yōu)點(diǎn)——安裝簡(jiǎn)便，覆蓋高度可調(diào)；缺點(diǎn)——無(wú)法檢測(cè)爬行，需額外地毯補(bǔ)充。選擇依據(jù)：若需防止人員從底部鉆入，優(yōu)先水平；若空間受限且僅防走入，垂直更經(jīng)濟(jì)。五、應(yīng)用題（共4題，共50分）46.計(jì)算與分析題（12分）某機(jī)器人單元需設(shè)置安全圍欄，已知：機(jī)器人TCP最大速度：1.8m/s安全門互鎖開(kāi)關(guān)響應(yīng)時(shí)間：200ms機(jī)器人停止時(shí)間：450ms人員接近速度：1.6m/s安全裕量：200mm求：最小安全距離S，并判斷若圍欄距機(jī)器人路徑中心線1800mm是否滿足要求。答案：S=1600×(0.2+0.45)+200=1600×0.65+200=1040+200=1240mm實(shí)際距離1800mm>1240mm，滿足要求。47.綜合設(shè)計(jì)題（14分）設(shè)計(jì)一套Cat.3PLd的“雙手操縱”安全回路，用于啟動(dòng)一臺(tái)6軸機(jī)器人。要求：1）畫出雙通道原理圖（文字描述即可）；2）列出主要元件型號(hào)及參數(shù)；3）說(shuō)明故障檢測(cè)方式；4）計(jì)算MTTFd與DC，驗(yàn)證是否達(dá)到PLd。答案：1）原理：雙手按鈕S1、S2各帶兩路常開(kāi)觸點(diǎn)，分別接入安全PLC雙通道輸入I0、I1；PLC內(nèi)部交叉比較，0.5s內(nèi)同步則輸出Q0、Q1驅(qū)動(dòng)雙接觸器K1、K2，接通機(jī)器人使能；任一通道斷開(kāi)或不同步，立即斷開(kāi)K1、K2并報(bào)警。2）元件：雙手按鈕SchlegelES022，MTTFd=100年；安全PLCPilzPNOZmB0，DC=99%；接觸器Siemens3RT2026，MTTFd=120年；電纜雙絞屏蔽，長(zhǎng)度<50m。3）故障檢測(cè)：PLC周期4ms比較I0、I1；輸出反饋監(jiān)控K1、K2輔助觸點(diǎn)；斷路、短路、不同步均檢測(cè)。4）計(jì)算：?jiǎn)瓮ǖ繫TTFd=(100×120)/(100+120)=54.5年；雙通道并聯(lián)MTTFd=2×54.5=109年；DC=99%；CCF得分75；查ISO138491表10，滿足