Übertragung sicherheitsrelevanter Signale über Standardfeldbussysteme

Status:

abgeschlossen 12/2001

Zielsetzung:

Standardfeldbussysteme dienen als intelligente Netzwerke zur Übertragung von Daten in Maschinen. Dabei werden die Daten über eine Zweidrahtleitung übertragen, über die alle Teilnehmer des Bussystems miteinander kommunizieren. Konventionelle Sicherheitssteuerungen nutzen für die Übertragung sicherheitsrelevanter Signale getrennte Leitungen. Im Auftrag der Fachausschüsse "Druck- und Papierverarbeitung", "Eisen und Metall II" und "Elektrotechnik" sollte untersucht werden, unter welchen Bedingungen Standardfeldbussysteme für die Übertragung sicherheitsrelevanter Signale eingesetzt werden können. In diesem Zusammenhang sind Maßnahmen gegen die verschiedenen Mechanismen der Signalverfälschung weiterzuentwickeln und zu bewerten. Parallel dazu muss eine Zuordnung zwischen den verschiedenen Niveaus der Sicherheitstechnik und der Datenübertragungsqualität hergestellt werden, um die Maßnahmen bewerten und korrekt einsetzen zu können.

Aktivitäten/Methoden:

Ausgehend von Untersuchungen an Sicherheitsbussystemen in der Bahntechnik (prEN 50159-1 "Railway Applications: Requirements for Safety-Related Communication in Closed Transmission Systems") wurden Übertragungsfehler in Bussystemen analysiert. Angepasst auf Maschinen und Anlagen wurden Maßnahmen gegen derartige Übertragungsfehler zusammengestellt und bewertet. Die Datensicherungsmechanismen sind durch die Restfehlerwahrscheinlichkeit charakterisiert, in die die Qualität der Übertragungsstrecke durch die Bitfehlerwahrscheinlichkeit stark eingeht. Abhängig von der Busstruktur wurden mathematische Modelle entwickelt, die es erlauben, bei Kenntnis der Übertragungsrate sicherheitsrelevanter Nachrichten, die Zahl der Übertragungsfehler pro Stunde (Restfehlerrate) zu berechnen. Die Restfehlerrate kann direkt mit dem quantifizierbaren Sicherheitsniveau (Sicherheits-Integritätslevel) in Relation gesetzt werden.

Ergebnisse:

Für die Verarbeitung einer Sicherheitsfunktion muss die gesamte Sicherheitskette von der Signalerfassung über die Signalverarbeitung bis hin zur sicherheitsbezogenen Reaktion betrachtet werden. Dies bedeutet, dass Maßnahmen in der Anwendungsschicht realisiert werden können, ohne die eigentliche Bushardware und die Telegrammstruktur zu verändern. Zur Bewertung der Datensicherungsmechanismen wurde erstmals eine allgemeine Zuordnung zwischen Restfehlerrate und Sicherheits-Integritätslevel aufgestellt. Dadurch ist es erstmals möglich, auch auf niedrige Sicherheitsniveaus zugeschnittene Maßnahmen zu verwenden. Mit allen namhaften Herstellern von Standardfeldbussystemen wurde ein Prüfgrundsatz erarbeitet, der die gesammelten Erkenntnisse aus dem Projekt zusammenfasst.

Weitere Informationen:

Stand: