Die dezentrale Sicherheit

Die PC-basierte Automation drängt in eine der letzten Bastionen klassischer SPS-Technik vor – sicherheitsgerichtete Anwendungen. Die Pionierarbeit leisten dezentrale Safety-Module und sicherheitsgerichtete Kommunikation.

Die PC-basierte Automation drängt in eine der letzten Bastionen klassischer SPS-Technik vor – sicherheitsgerichtete Anwendungen. Die Pionierarbeit leisten dezentrale Safety-Module und sicherheitsgerichtete Kommunikation.

Flexible, sicherheitsgerichtete SPS-Systeme verdrängen die klassische Sicherheitstechnik mit ihrer festen Verdrahtung. Parallel dazu stoßen PC-basierte Automatisierungslösungen von High-End-Applikationen kommend in den mittleren Leistungsbereich klassischer Steuerungs-Systeme vor. Es gilt, Safety und PC miteinander zu kombinieren. Die Idee dahinter: Wer mit einem Industrie-PC automatisiert, setzt in der Regel ein dezentrales Steuerungskonzept mit Remote-I/Os ein, die über einen Feldbus wie Profibus-DP vernetzt sind. Mit dem Profisafe-Profil hat die Profibus Nutzer-Organisation (PNO) die Grundlagen geschaffen, über den Standard-Feldbus auch sicherheitsgerichtete Signale zu übertragen. Parallel dazu verfügt Siemens über fehlersichere Simatic-Steuerungen mit FCPU (F: Failsafe), fehlersichere Baugruppen für einen zentralen Aufbau und für dezentrale Peripheriesysteme sowie das Software-Optionspaket Distributed-Safety.

Über Profibus-DP/Profisafe sind die verschiedensten IPC-Plattformen (Rack-, Box- oder Panel-PC) auch in sicherheitsgerichteten Anwendungen einsetzbar – mit all den Vorteilen einer PC-Architektur wie hohe Rechenleistung und Speicherkapazität für datenintensive Aufgaben. Die Offenheit in Soft- und Hardware erlaubt neben der Nutzung standardisierter PC-Komponenten (Tastatur, Maus, Memory-Stick, externe Festplatten) den Einsatz unterschiedlicher Office- und spezieller Automatisierungssoftware. Über die internen Ethernet-Schnittstellen der Industrie-PCs lassen sich ganze Subnetze/Fertigungszellen ohne zusätzlichen Hardware-Aufwand miteinander verbinden oder mit überlagerten SCADA- oder MES-Systemen koppeln.

Intelligente Peripherie für die Sicherheit

Charakteristisch für PC-basierte Automatisierungslösungen ist stets ein gewisser Anteil an dezentralen Ein-/Ausgabebaugruppen zur Erfassung der Sensorik im Feld beziehungsweise Ausgabe der Prozesssignale an die Aktorik. Genau deswegen bietet es sich an, das dezentrale Peripheriesystems Simatic ET200S im Hinblick auf Fehlersicherheit zu nutzen.

Dreh- und Angelpunkt der dezentral realisierten Sicherheitsfunktionen ist das Interfacemodul IM 151 mit integrierter F-CPU. Dieses wickelt die gesamte Kommunikation mit den unterlagerten fehlersicheren und auch nicht-fehlersicheren E/A-Komponenten autark ab. Im Fehlerfall oder bei Anforderung einer Sicherheitsfunktion fährt die F-CPU des Koppelmoduls das überwachte System in den sicheren Zustand.

Die Sicherheitsmechanismen zur Erkennung und Beherrschung von Fehlern sind in der F-CPU und in den fehlersicheren Signalbaugruppen enthalten. Letztere führen neben den integrierten Selbsttests die Überwachung der Aus- und Eingangssignale auf verschiedene Fehler durch, beispielsweise Diskrepanz, Kurz- oder Querschlüsse sowie Drahtbruch. Die CPU überprüft ihren ordnungsgemäßen Betrieb ebenfalls durch integrierte und regelmäßige Tests. Zusätzlich wird die Kommunikation zur Peripherie mit Hilfe des Profisafe-Profils auf Fehler kontrolliert.

Die sicherheitsrelevanten Kommunikationsmechanismen sind vom TÜV und vom Berufsgenossenschaftlichen Institut für Arbeitsschutz BGIA validiert. Sämtliche Komponenten sind für SIL3 (IEC 61508, Safety Integrity Level) beziehungsweise Kategorie 4 gemäß EN 954-1 zertifiziert. Das ermöglicht nicht zuletzt auch die Anbindung an nicht-fehlersichere Automatisierungssysteme wie Industrie-PCs, die Steuerungs-, Visualisierungs-, Datenverarbeitungs- und weitere PC-typische Aufgaben übernehmen. Dabei spielt es keine Rolle, ob ein vollwertiger Industrie-PC oder ein festplatten- und lüfterloses Embedded-System mit Software- beziehungsweise Slot-SPS zum Einsatz kommt. Die Sicherheitsmechanismen sind dieselben wie in ausschließlich SPS-basierten Umgebungen.