Kommunikationsnetze & Wireless-VerbindungenEthernet

Drahtgebundene Kommunikation  

Der Einsatz Lokaler Netzwerke (Bussysteme) in der Automatisierungstechnik ist in den letzten Jahren zum Standard geworden. Die Herstellung qualitativ hochwertiger Produkte bei niedrigen Stück- und Herstellungskosten ist ohne den Einsatz moderner Steuerungseinheiten und ohne eine weitreichende Kommunikation nicht mehr möglich. Die Produktionsanlagen rentieren sich nur dann, wenn eine hohe Verfügbarkeit garantiert wird. Nicht zuletzt geht es deshalb bei einer automatischen Herstellung darum, den Menschen in den Fertigungsprozess zu integrieren. Er kann Teile optimal platzieren, Fehler in Vorfeld erkennen, rasch Mängel beheben oder sogar während des Produktionsablaufs Wartungen durchführen.

 

Bei jedem Einsatz von Personen muss jegliche Gefahr für Leben und Gesundheit aller Beteiligten ausgeschlossen sein. Ein Fehler darf nicht vorkommen, oder man muss ein gefährliches Handeln der Automatisierungseinrichtung rechtzeitig erkennen, bevor eine Gefahr für eine Person entsteht. Die verwendeten Kommunikationsnetze, die alle Daten der Steuerung, der Sensoren oder der Aktoren übertragen, müssen daher absolut fehlerfrei arbeiten.

 

Sicherheitsgerichtete Bussysteme müssen sich von normalen Bussystemen dadurch unterscheiden, dass sie alle sporadischen und systematischen Fehler aufdecken. Zusätzlich sind stets Techniken implementiert, die eine Fehlerbeherrschung erlauben.

 

Das folgende Bild stellt alle heute bekannten Fehler, die bei der Datenübertragung innerhalb eines Bussystems auftreten, dar. Zu jedem Fehlerfall lassen sich wirkungsvolle Maßnahmen in das Netzwerk integrieren. Da manche Maßnahmen gleich mehrere Fehler aufdecken, bleibt es dem Anbieter überlassen, seine speziellen Maßnahmenbündel auszuwählen.

 

 

Anforderungen an sicherheitsgerichtete Datennetze

Zur Berechnung der Fehlerraten gelten Erfahrungswerte der digitalen und analogen Datenübertragung. Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht der Daten:

 

Bit-Fehlerrate Übertragungssystem
> 10-3 Funkstrecke
10-4 Telefonkabel
10-3 to 10-5 Twisted-Pair Kabel
10-6 to 10-7 Digitale Telefonie
10-9 Koaxialkabel
10-12 Glasfaserkabel



In Abhängigkeit der möglichen Fehlerrate existiert eine gewisse Restfehlerwahrscheinlichkeit, eine falsche Information als korrekt zu identifizieren. Nach der Norm EN 61508 sind (je nach angestrebter Kategorie) folgende Werte noch tragbar:

 

SIL Restfehlerwahrscheinlichkeit bei
kontinuierlichem Betrieb [Fehler/Stunde]
3 <10-8 ... <10-7
2 <10-7 ... <10-6
1 10-6 ... <10-5

 

Für die Übertragung innerhalb eines sicherheitsgerichteten Netzwerkes gilt die Erfahrung, dass die Fehlerträchtigkeit des gesamten Systems höchstens zu 1% von der Fehlerrate im Netzwerk selbst abhängen darf.

 

Erheblich dominanter sind Fehler in der Software, Systemfehler, Ausfälle in der Hardware usw. Nach dieser Annahme sollte die Datenübertragung mindestens um den Faktor 100 besser als die SIL-Annahme sein. Zum Erreichen der Kategorie 4 (SIL 3) muss damit eine Restfehlerwahrscheinlichkeit von besser als 10-9 vorliegen.


WirelessWireless-Verbindungen

Sichere drahtlose Datenverbindungen finden überall dort Anwendung, wo mobile Einheiten im Betrieb sind. Typische Geräte oder Systeme sind:

  • Krananlagen
  • Transportsysteme für Güter
  • Fahrerlose Bahnen
  • Züge
  • Schiffe
  • Roboter

 

Der Datentransfer muss den Anforderungen an die Sicherheit gerecht  werden. Dabei sind die Normen zur sicheren Datenübertragung zu beachten. Im Gegensatz zu verkabelten Einrichtungen unterscheiden sich Funk- oder Infrarot-Verbindungen durch folgende Eigenschaften:

  • Probleme bei der Verfügbarkeit (mögliche Unterbrechung oder Abschattung)
  • Eventuell hoher Störpegel mit zahlreichen Bit-Veränderungen im Datenpaket.

 

Je nach Anwendung lassen sich Standard-Übertragungs-Einrichtungen auf der Basis von IR oder Wireless-LAN einsetzen. Die notwendigen Randbedingungen der Installation sind sicherheitstechnisch festzulegen und nachzuweisen.

 

Unsere Leistungen...

innotec berät Sie bei der Auswahl des geeigneten Kommunikationsnetzes in Abhängigkeit der gewünschten Topologie, der maximalen Ausdehnung, der gewünschten Teilnehmerzahl, usw.

innotec entwickelt mit Ihnen einen Sicherheits-Layer für Ihr firmenspezifisches Protokoll.

innotec führt alle erforderlichen Berechnungen zur Bestimmung der Sicherheitskenngrößen für das Kommunikationsnetzwerk durch.