Einführung und Überblick

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1 Einführung und Überblick Folie 7-1 Inhalt Sicherheits-Aspekte Sicherheit bei AS-i Sicherheit bei CAN Sicherheit bei Interbus Sicherheit bei Profibus - ProfiSafe SafetyBUS p Sicherheit bei Ethernet Risikoabschätzung Normen Folie 7-2

2 Sicherheitsaspekt Datenübertragung Geschwindigkeit: schnell und rechtzeitig gefährdete Sicherheit durch zuviele Teilnehmer und zu hohe Last Zuverlässigkeit: sicher, d.h. 100 % garantiert Absender Übertragungsweg Empfänger Anwendung: Anschluss von Sicherheitssensoren: Not-Aus-Schalter, Lichtgitter, Schutztüren mit entsprechend passenden Aktoren für die Reaktion Folie 7-3 Sicherheitsstandards EN Wurde durch EN ersetzt Übergangsfrist Ende 2011 abgelaufen EN Zusätzliche Bewertung über Wahrscheinlichkeit MTTFd Mean Time To Failure dangerous Diagnose-Deckungsgrad DC Ausfälle gemeinsamer Ursache CCF Beeinflussen Performance-Level PL Folie 7-4

3 SIL - Sicherheitskategorien Safety Integrity Level, gem. IEC Niedriger Anforderungsmodus ununterbr./hoher Anforderungsm. SIL mittl. Ausfallwahrscheinlichkeit mittl. Wahrscheinl. eines gefährl. einer Sicherheitsfunktion Ausfalls pro Stunde 4 >= 10-5 bis < 10-4 >= 10-9 bis < >= 10-4 bis < 10-3 >= 10-8 bis < >= 10-3 bis < 10-2 >= 10-7 bis < >= 10-2 bis < 10-1 >= 10-6 bis <10-5 Folie 7-5 Performance-Levels gemäß EN ISO Einstufung: Schwere der Verletzung S (Severity): S1 = leicht (normalerweise reversibel) S2 = schwer (normalerweise irreversibel) inkl. Tod Häufigkeit und/oder Dauer der Gefährungsexposition F (Frequency) F1 = selten bis öfter bzw. kurze Dauer F2 = häufig bis dauernd bzw. lange Dauer Vermeidungsmöglichkeit der Gefährdung P: P1 = möglich unter bestimmten Bedingungen P2 = kaum möglich S1 S2 F1 F2 F1 F2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 Performance Level a b c d e Folie 7-6

4 PL-Ermittlung Folie 7-7 Sicherheit bei AS-i Safety at Work Maximal 31 sicherheitsgerichtete Slaves bei V2.1: wenn z.b. 5 Sec-Slaves, dann max. 26*2 = 52 normale A/B-Slaves noch betreibbar Neben Sec-Slaves wird nur ein Sicherheitsmonitor gebraucht, der Master bleibt unverändert. Sicherheitsmonitor überwacht Kommunikation zwischen Master und Sec-Slaves und leitet daraus den Zustand der Slaves ab. Sicherheitskategorie 4 der EN / SIL 3 der IEC Folie 7-8

5 Sicherheit bei CAN CANopen Safety Chip CSC mit einem 16-bit-µC, intern 2 CAN-Controller für Redundanz CAN-Bus Protokoll: CANopen Framework for Safety Relevant Communications CANopen-Safety-Protokoll (CiA 304) standardisiert EN Kommunikationsobjekte Safety Relevant Data Object SRDO Vergleich der Pakete eines SRDOs mit dem Sollwert Bei Abweichung erfolgt Wechsel in den sicheren Zustand. Folie 7-9 INTERBUS Safety Einsatz eines SafeGuard, der den gesamten Verkehr zwischen Master und Slave kontrolliert und damit das exakte Prozessabbild besitzt SafeGuard zieht nur sicherheitsrelevante Infos zur Berechnung einer Reaktion heran SafeGuard reagiert, wenn Sicherheitsfunktion auslöst (z.b. Notausschalter) oder wenn Datenübertragung fehlerhaft. SafeGuard kann in existierenden Anlagen nachgerüstet werden. Folie 7-10

6 Sicherheit bei Profibus ProfiSafe basiert auf Profibus DP - gleiche Busstruktur und Verkabelung Reine Software-Lösung zur Nachrüstung bestehender Anlagen; Speicherbedarf: einige kb Sicherheitsmaßnahmen: Daten durchnummeriert - gegen falsche Reihenfolge Zeitüberwachung - gegen Verzögerung Authentifizierung mit Passwörtern verbesserte Prüfsummen-Technik Polling-Technik Folie 7-11 SafetyBUS p Basiert auf CAN (Schicht 1-2) Zusatzfunktionen auf L2 und L7 SIL 3 Anbieter: Pilz Redundanz intern: parallele Prozessoren bearbeiten die Daten gleichzeitig nur wenn Ergebnisse identisch, erfolgt Ausgangssignal, sonst Wechsel in sicheren Zustand Sicherheit durch Nummerierte Pakete Fehlersicherung durch CRC Echo Zeitkontrolle Folie 7-12

7 Sicherheit bei Ethernet Minimal Sicherheitsfunktionen bisher standardisiert: Prüfsumme Priorisierung, gem. IEEE 802.1D (Draft.1p) VLANs Authentifizierung, gem. IEEE 802.1X Übergeordnete Schichten, i.d.r. TCP/IP: Verbindungsüberwachung auf L4 durch TCP Folie 7-13 Industrial-Ethernet-Lösungen mit Sicherheit Ethernet-Lösung EtherNet/IP Powerlink PROFInet Modbus TCP EtherCAT SERCOS III Sicherheitslösung CIP Safety EPLsafety PROFIsafe Safety over EtherCAT CIP Safety SafetyNET p Folie 7-14

8 Sicherheit bei Powerlink EPLsafety Powerlink: Feldbus (CAN) über Ethernet für Harte-Echtzeit SIL 3 (IEC 61508) bis Zykluszeiten von 100 µs Folie 7-15 Sicherheit mit SafetyNET p Zeitslot-Verfahren RTFN alternativ bis 1 ms RTFL bis 62,5 µs 512 Teilnehmer IEEE 1588 Kat 4, SIL TCP UDP IP Antriebsregelung SafetyNET Ethernet Eth zyklisch azyklisch FCS Eth TCP/IP FCS Eth zyklisch azyklisch Eth zyklisch TCP/IP FCS Eth zyklisch TCP/IP FCS Eth zyklisch TCP/IP FCS FCS Folie 7-16

9 RTFL Echtzeit-Protokoll in Zelle RD erzeugt Paket zyklisch und sendet an erstes OD, das leitet weiter an nächstes logische Linie RTFN Verbindung von Zellen Baum-Topologie 3 Kommunikationsarten: Ethernet CDC unidirektionale Punkt-zu-Punkt-Strecken; Adressierung wie Eth. Geräte-Beschreibung: EDS-Datei Folie 7-17 Risikoabschätzung einige Gedanken 1. Grundsatz: Es gibt kein Null-Risiko Auswirkung abschätzen Für jede Gefahr Wahrscheinlichkeit des Eintretens abschätzen Ziel: Risiko auf tolerierbares Maß reduzieren Ist Risiko zu hoch - Maßnahmen zur Reduzierung ergreifen Gefahr vermeiden oder Auswirkung abmildern Risiko = Schadenshöhe Eintrittswahrscheinlichkeit Eintrittswahrscheinlichkeit = Bedrohung Verwundbarkeit Risiko = Schadenshöhe Bedrohung Verwundbarkeit Risiko = Wert Bedrohung Verwundbarkeit Gegenmaßnahmen Folie 7-18

10 Matrix zur Risiko-Abschätzung B11.TR3 Risikoabschätzung Auswirkung Wahrscheinlichkeit katastrophal ernst mäßig gering sehr wahrscheinlich hoch hoch hoch mittel wahrscheinlich hoch hoch mittel niedrig wenig wahrscheinlich mittel mittel niedrig unbed. fast unwahrscheinlich niedrig niedrig unbed. unbed. Quelle: ANSI B11.TR3 Folie 7-19 Normen EN Risikobeurteilung bei Maschinen von integriert in EN 292-1/ISO Sicherheit v. Maschinen Entwurf IEC (Funktionale Sicherheit von mit Sicherheitseinrichtung ausgestatteten Systemen der Prozessindustrie) ist eine auf die Industrie spezifizierte Anpassung der IEC ANSI B11.TR3 EN Kategorien Ende 2009 durch EN abgelöst EN Stop-Kategorien IEC Funktionale Sicherheit von elektrischen/elektronischen programmierbaren Geräten IEC Safety for PLC IEC Safety Functions for Drives ISO & Safety of machinery, Principles for design and risk assessment Folie 7-20

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