Bezpieczne sieci w praktyce

Ostatnie zmiany prawne zezwalające na użycie bezpiecznych magistrali typu fieldbus w USA pomagają deweloperom oraz użytkownikom nadążyć  za Europą. Chociaż uprzedzenia w dalszym ciągu opóźniają ich zastosowanie, deweloperzy udowadniają, że bezpieczne magistrale typu fieldbus mogą  zapewnić wszystkie funkcje zabezpieczające typowe dla sprzętu, jak również wygenerować oszczędności i zapewnić elastyczność na niespotykanych  do tej pory poziomach.

 

W SKRÓCIE:

  • Bezpieczne sieci i rozwiązania komunikacyjne
  • Fieldbusy dupilikują bezpieczeństwo sieci na poziomie sprzętu
  • Oszczędności i elastyczność

Jeśli nie macie Państwo pewności, że sieć jest bezpieczna, wtedy należy upewnić się, że bezpieczeństwo zostało zapewnione. Na szczęście zmiany prawne, które wprowadzono w ciągu ostatnich dwóch lat, umożliwiają deweloperom zastosowanie bezpiecznych magistrali typu fieldbus oraz innych podobnych rozwiązań, które pozwalają użytkownikom końcowym zaoszczędzić materiały oraz zwiększyć wydajność pracy. Na przykład amerykańska Narodowa Administracja Przeciwpożarowa (National Fire Protection Administration – NFPA) dokonała ostatnio przeglądu obowiązujących zasad, zezwalając na szersze zastosowanie bezpiecznych sieci i bezpiecznych PLC. Organizacja ta przez długi czas nie zezwalała na zastosowanie fieldbusów czy też innych sieci elektroenergetycznych (powered networks) w ramach regulacji NFPA 79, zarządzających zastosowaniem sprzętu elektrycznego w maszynach przemysłowych.
Podobnie Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (International Electrotechnical Commission) opublikowała ostatnio standard IEC 61508, dotyczący związanych z bezpieczeństwem systemów elektromechanicznych, elektroniki półprzewodnikowej oraz systemów opartych na komputerach. Definiuje to poziom integralności bezpieczeństwa (safety integrity level – SIL), taki jak np. SIL 3, który muszą spełniać bezpieczne magistrale typu fieldbuses oraz inne produkty tego typu. IEC przedstawiła również projekty standardów 61511 i 62061 przeznaczonych dla urządzeń procesowych oraz sterujących.

Porównanie inercji do ekonomiki
Pomimo tych oficjalnych zezwoleń większość potencjalnych użytkowników końcowych wykazuje znaczną niechęć do wdrażania bezpiecznych sieci. Niechęć ta wynika z tej samej przyczyny, dla której obawiają się zastąpienia typowego okablowania fieldbusową skrętką: okablowanie przechodzące z punktu do punktu jest widoczne, ale aby dostrzec te same funkcje na poziomie pojedynczego obwodu o małej mocy potrzeba trochę wiary. Dlatego właśnie zdecydowana większość sieci przemysłowych, szacunkowo 75–80%, będzie w dalszym ciągu oparta na okablowaniu 4-20 mA.

Ron Bright, z grupy Salt River Materials, producenta cementu sprawdza płaski ekran dotykowy zamontowany na robocie firmy ABB, aby pokazać, w jaki sposób architektura Flex Cell firmy Rockwell Automation oraz protokół fieldbus — CIPsafety firmy ODVA selektywnie wyłączają robota i ochraniającą go kurtynę świetlną. Kiedy robot znajduje się na ustawionej wstępni pozycji, standardowa sieć informuje system bezpieczeństwa o tym, że można zignorować przerwy w kurtynie świetlnej

Jednakże inercji tej przeciwdziałają coraz bardziej naciski ekonomiczne, które zmuszają użytkowników do generowania coraz to większych oszczędności i wydajności z istniejących aplikacji. W rzeczywistości istnieją dowody na to, że korzyści wynikające z bezpiecznych sieci fieldbus oraz pewność oferowanej przez nie integralności przyśpieszają wdrażanie systemów. Ostatnie badania przeprowadzone przez Stowarzyszenie Dostawców Open DeviceNet Vendor Association – (ODVA) wykazały, że 18,2% użytkowników badanych w Ameryce Północnej oraz Europie kupuje bezpieczne PLC, ale 43,9% planuje kupić je na przestrzeni najbliższych trzech lat. Ponadto podczas gdy tylko 9,1% użytkowników posługuje się bezpiecznymi sieciami, obecnie ponad 42% planuje ich zastosowanie w ciągu najbliższych trzech lat.

Pilz — SafetyBUS p
Aby sprostać oczekiwaniom użytkowników jedna z najbardziej popularnych magistrali typu fieldbus, SafetyBus p firmy Pilz Automation Safety LP podwoiła ostatnio swój potencjał. Firma wprowadziła na rynek nowy Programowalny System Bezpieczeństwa (Programmable Safety System – PSS) SB2, który teraz pozwala użytkownikom na podłączanie jednego PSS do 128 węzłów. Chociaż liczba węzłów zainstalowanych na całym świecie osiągnęła 100 000, szacuje się, że SafetyBus p będzie rozwijać się dalej, ponieważ firma Pilz wprowadziła różnorodne produkty dodatkowe, takie jak dwa interfejsy SafetyBus p oraz moduły. Pilz planuje również wprowadzenie w przyszłym roku nowego systemu SafetyBus, co ma na celu rozbudowanie struktury systemu.
SafetyBus p ma obecnie pięć lat; rozwiązanie zostało zbudowane przez firmę Pilz, która zaczynała od systemu magistrali typu fieldbus CANopen, po czym rozbudowywała możliwości sprawdzania sygnałów, funkcji synchronizacyjnych służących do wysyłania i odbierania sygnałów oraz innego oprogramowania. Możliwości te sprawiają, że ta trzykablowa izolowana magistrala typu fieldbus jest bezpieczna, poprzez wyeliminowanie echa, sygnałów pozornych i/lub sygnałów duplikowanych czy brakujących danych. SafetyBus p jest również zgodny z europejską normą EN-954-1, kategoria 4, ponieważ dwuchipowy układ chipów we wszystkich urządzeniach jest oparty na programowalnym systemie zabezpieczającym.
– Wielu potencjalnych użytkowników testuje systemy zabezpieczające i docenia oszczędność czasu wykrywania i usuwania usterek, jaką systemy te oferują – mówi Dino Mariuz, dyrektor techniczny w firmie Pilz. – Zamiast posługiwania się przekaźnikami można zastosować rozwiązanie pozwalające zaoszczędzić 40% prac związanych z okablowywaniem.

ODVA informuje, że rozszerzenie standardowego protokołu przemysłowego (CIP) — CIPsafety jest jedynym protokołem bezpieczeństwa, który nie zależy od mediów, co pozwala na idealny transfer bezpiecznych komunikatów I/O z dowolnego punktu znajdującego się w obrębie wielosegmentowej architektury do innych punktów w tej samej architekturze

Profisafe
Inną dobrze znaną, bezpieczną magistralę typu fieldbus jest Profisafe firmy Profibus International. Jest to rozwiązanie oparte na PTO – Profibus-DP, które posługuje się kilkoma mediami transmisji, takimi jak RS-485 i kable światłowodowe. Mające trzy lata rozwiązanie Profisafe dodaje warstwę bezpieczeństwa do protokołu Profibus; pracuje na standardowym okablowaniu Profibus i daje możliwości wykrywania błędów, możliwości zapewniające osiągnięcie poziomu SIL 3; zapewnia przekazywanie komunikatów bez niewykrytych błędów.
John Swindall, dyrektor laboratorium testowego w centrum Profibus Interface Center mówi, że metoda formowania warstw Profisafe tworzy „czarny kanał”, który włącza dane dotyczące bezpieczeństwa do regularnych telegramów Profibus. Dane dotyczące bezpieczeństwa obejmują cykliczne kontrole nadmiarowe, (cyclic-redundancy checks – CRC), zamierzone adresy master/slave oraz numery sekwencyjne, które mają pomóc wychwycić brakujące komunikaty.
Profisafe zostało również zaaprobowane przez niemiecką TÜV, organizację zajmującą się certyfikowaniem, która bada algorytmy i wielomiany używane przez Profisafe dla wykonywania obliczeń kontrolnych. Jednak w dalszym ciągu przekonanie użytkowników końcowych o przydatności i bezpieczeństwie Profisafe nie jest łatwe.
– Inżynierowie zajmujący się magistralą typu Fieldbus to ludzie bardzo konserwatywni, a ci, którzy mają do czynienia z kwestiami bezpieczeństwa, są jeszcze bardziej konserwatywni – stwierdza Swindall. – Myślę, że powoli do pewnego stopnia rezygnują ze swojej niechęci, ale użytkownicy w USA są w dalszym ciągu dopiero w początkowych stadiach akceptowania bezpiecznych sieci. Pomaga tutaj fakt, że Profisafe to dojrzałe rozwiązanie, pracujące na 12 Mbps, co sprawia, że jest to najszybszy z dostępnych protokołów. Oznacza to, że użytkownicy mogą wykorzystywać część systemu jako bezpieczną sieć razem z urządzeniami niezwiązanymi z bezpieczeństwem, a wszystko pracuje na jednej magistrali bez utraty wydajności systemu.
Oprócz wprowadzania różnych produktów (rozmaite produkty zgodne z Profisafe) deweloperzy oraz organizacje PTO pracują nad tym, aby zwiększyć możliwości Profisafe do Profibus-Pa i objąć aplikacje przetwórcze.

CIPsafety, DeviceNetsafety
Dla zintegrowania standardów z dziedziny bezpieczeństwa i sterowania tak aby wzajemnie na siebie wpływały, ODVA opracowała niedawno i dodała rozszerzenie CIPsafety do swojego protokołu przemysłowego Common Industrial Protocol (CIP). Jest to warstwa aplikacji udostępniana przez ODVA – DeviceNet, EtherNet/IP oraz protokoły ControlNet. CIPsafety stanowi podstawę dla nowego protokołu ODVA – DeviceNetsafety, który pozwala na wysyłanie poleceń poprzez istniejącą sieć DeviceNet.
– Oznacza to, że funkcje bezpieczeństwa są wbudowane w protokół – mówi Kimber Lynn Drake, menadżer ds. marketingu sektora produktów do wykrywania obecności, w firmie Rockwell Automation. – To nie kabel zapewnia bezpieczeństwo sieci, ale sposób przetwarzania danych. – Co oznacza, że bezpieczny PLC może komunikować się zarówno z urządzeniami związanymi z bezpieczeństwem, jak i z tymi, które z bezpieczeństwem związane nie są.
Specyfikacje CIPsafety mają zostać opublikowane w 2005 roku; oczekuje się, że TÜV Rhineland wyda ostateczny certyfikat protokołu w tym samym czasie. ODVA planuje również wprowadzenie rozszerzenia z dziedziny bezpieczeństwa dla protokołów Ethernet/IP oraz ControlNet.

Interbus Safety
Aby pomóc użytkownikom poszukującym bezpiecznych rozwiązań sieciowych protokołu Interbus, Interbus Club oraz Phoenix Contact poświęciły trzy lata na opracowanie Interbus Safety. Przy prędkości transmisji 500 kpbs lub 2 Mbps Interbus ma certyfikat i IEC 61158, i służy jako podstawa Interbus Safety.
Ten nowy protokół składa się z kodu bezpieczeństwa i danych bezpieczeństwa, które są połączone w jeden pakiet danych w obrębie standardowego protokołu Interbus, zawierającego sumę kontrolną. Larry Komarek, menadżer ds. marketingu produktów automatyzacyjnych w firmie Phoenix Contact mówi, że metoda dodawania wymaga mniejszej ilości danych dla komunikacji ogólnej (nadrzędnej), co oznacza, że Interbus Safety potrzebuje zaledwie 500 kbps do transmitowania tych samych danych, w takiej samej ilości czasu, dla których inne metody potrzebują 1,5 Mbps. Ponadto tryb Interbus Safety – 2 Mbps zapewnia czas reakcji wynoszący poniżej 10 milisekund w przypadku typowych aplikacji, takich jak 1 000 standardowych I/O plus ponad 100 I/O bezpieczeństwa.
Zespół załączający Interbus Safety jest programowany poprzez dopuszczone przez TÜV-bloki funkcyjne, takie jak: E-stop (wyłącznik awaryjny), sterowanie wymagające użycia obu rąk czy też elektroczuły sprzęt zabezpieczający w „SafetyProg” – programie opartym na Windows, który jest kompatybilny z IEC 61131. Oznacza to, że użytkownicy nie muszą pisać własnego kodu.
Interbus Safety spełnia wymogi funkcji bezpieczeństwa do kategorii 4. zgodnie z EN 954 oraz SIL 3 według IEC 61508.
Komarek dodaje, że produkty Interbus Safety są już w fazie testów beta, a ich wprowadzenie na europejski rynek planowano na pierwszy kwartał 2005 roku; po czym nastąpi wprowadzenie na rynki globalne. ce

www.abb.pl www.fieldbus.org www.iec.ch www.interbusclub.com www.nfpa.org www.odva.org www.phoenixcontact.pl www.pilz.com
Dystrybucja w Polsce:
AUTOMATECH sp. z o.o, www.automatech.pl
ELTRON sp. z o.o., www.eltron.pl www.profibus.com www.roboticsonline.com www.rockwellautomation.pl www.safetybus.com www.tuv.org