Sicherheitssteuerung

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Dieser Artikel erläutert programmierbare Steuerungen zum Einsatz in sicherheitskritischen Systemen. Sicherheitsteuerung als Schweizer Bezeichnung für eine Einrichtung zur Überwachung der Handlungsfähigkeit von Triebfahrzeugführern ist im Artikel Sicherheitsfahrschaltung beschrieben.

Eine Sicherheitssteuerung ist eine meist speicherprogrammierbare Steuerung mit besonderen Design-Elementen seitens der Eingänge, der Verarbeitung und der Ausgänge, um beim Einsatz in sicherheitskritischen Systemen das geforderte Maß an Sicherheit und Verfügbarkeit gewährleisten zu können.

Ihre Anfänge haben die programmierbaren Sicherheitssteuerungen mit den Sicherheitssteuerungen PSS, einer eingetragene Marke des Unternehmens Pilz GmbH & Co KG, in den 1990er Jahren (damals noch als Pressensteuerungen konzipiert), in denen sie von der Berufsgenossenschaft zugelassen wurden.[1] Davor wurden Steuerungsaufgaben weitestgehend von elektromechanischen Relais übernommen. Wie diese Relais-Schaltungen sind moderne Sicherheitssteuerungen mehrkanalig aufgebaut, allerdings mit geringerem Platzbedarf bzw. höherer Funktionalität und Flexibilität.

Produktgeschichte[Bearbeiten]

Sicherheitssteuerungen entstanden aus der Anforderung, Sicherheit ähnlich wie bei einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) per Programmierung verschalten zu können. Am Anfang standen zentrale, später folgten dezentrale Systeme in Verbindung mit sicheren Bussystemen. Die Programmierung folgte zunächst demselben Schema wie bei einer SPS, nur der Befehlssatz wurde auf wenige Sprachen wie IL (Instruction List) oder LD (Ladder Logic/Kontaktplan) reduziert. Diese Maßnahmen dienten der Sicherheit, um durch eine Einschränkung der Programmiermöglichkeiten Fehler bei der Programmerstellung minimieren zu können. Die ersten Systeme legten den Fokus auf die Bearbeitung der Sicherheitsfunktionen. Obwohl von Anfang an eine Programmierung der Sicherheitssteuerung für Standard-Automatisierung möglich war, wurde diese nur sehr eingeschränkt in der Praxis angewendet.[2] Heute sind Sicherheitssteuerungen verbreitet, die sich flexibler programmieren lassen, indem aus einer gegebenen Bibliothek zertifizierter Funktionsblöcke Instanzen frei platziert und „verdrahtet“ werden.

Funktion und Aufbau[Bearbeiten]

Sicherheitssteuerungen unterscheiden sich in ihrer Funktion nur unwesentlich von Steuerungen für die Standard-Automatisierung. Im Kern besteht eine Sicherheitssteuerung quasi aus zwei speicherprogrammierbaren Steuerungen, die ein Anwendungsprogramm parallel abarbeiten, dasselbe Prozessabbild der Ein-/Ausgänge nutzen und sich ständig abgleichen. Quervergleiche, Tests der Ein-/Ausgangsebene, Ermittlung eines gemeinsamen gültigen Ergebnisses usw. sind vielschichtige, komplexe Vorgänge, die solche Systeme intern aufwändig darstellen. Bis auf spezifische Besonderheiten wie z. B. die Nutzung von Taktsignalen zur Querschlusserkennung verhalten sich moderne Systeme wie andere speicherprogrammierbare Steuerungen auch.[3] Die Steuerungsfunktionen werden als Programm gespeichert. Programmiert werden die Steuerungen mittels der zugehörigen Software.

Aufbau eines sicheren Steuerungssystems:

  • zwei getrennte Kanäle
  • diversitärer Aufbau mit unterschiedlicher Hardware
  • ständiger Test der Ein- und Ausgänge
  • ständiger Vergleich der Anwenderdaten
  • Spannungs-, Strom- und Zeitüberwachungen
  • sichere Abschaltung im Fehler-/Gefahrenfall[4]

Verwendung[Bearbeiten]

Die Steuerungen werden zur Automatisierung von Einzelmaschinen, aber auch räumlich ausgedehnten Anlagen eingesetzt, Beispiele:

  • Sicherung des Gefahrenbereichs von Werkzeugmaschinen
  • Prozesssteuerung in der chemischen Industrie
  • Streckenausrüstung im Schienenverkehr

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. European Patent EP0808482B1
  2. Sicherheitskompendium, Kapitel 5.3 Sicherheitssteuerungen heute S. 149
  3. Sicherheitskompendium, Kapitel 5.3 Sicherheitssteuerungen heute S. 149 ff.
  4. Sicherheitskompendium, Kapitel 5.3 Sicherheitssteuerungen heute S. 149