Flexible und zukunftssichere Integration von Sicherheitssystemen

Interoperabilität gewährleistet

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Im Kontext einer zunehmend komplexer werdenden Automatisierungstechnik wünschen sich Endkunden Systeme und Komponenten, die eine optimale Interoperabilität von der Feld- bis zur Managementebene bieten. Viele integrierte Sicherheitslösungen basieren auf herstellerspezifischen, d. h. proprietären Ansätzen, die der gewünschten Interoperabilität nicht immer gerecht werden. Durch die Fähigkeit, Sicherheitslösungen anhand offener Kommunikationsstandards in nahezu jedes Automatisierungsumfeld integrieren zu können, bietet Hima jetzt mit der Strategie „Independent Open Integration“ neue Möglichkeiten einer herstellerübergreifenden Integration.

Dr. Mario Rebolledo Wueffer

Wird über Integration von Sicherheitsfunktionen in Leitsysteme diskutiert, ist die Problematik „Integration vs. Trennung“ zu beleuchten. Die Anwender streben dabei die Unabhängigkeit und Abgrenzung von Funktionen des „Safety Integrated Systems“ (SIS) und des „Basic Process Control Systems“ (BPCS) an, um die Komplexität der Systeme und das Fehlerpotenzial möglichst gering zu halten. Dafür gibt es gute Gründe wie zum Beispiel:
  • Voneinander unabhängige Systeme minimieren das Risiko eines gleichzeitigen Ausfalls von BPCS und SIS
  • Erhöhte Sicherheit, da Modifikationen im BPCS die Sicherheitssysteme nicht beeinflussen oder beeinträchtigen können
  • Berücksichtigung der unterschiedlichen Anforderungen an BPCS und SIS bezüglich Anlagenverfügbarkeit
Leider sind viele Sicherheitssysteme so konstruiert, dass sie nur mit einem bestimmten BPCS sinnvoll integriert werden können und dies dann nur mit proprietären Protokollen. Wesentlich zukunftssi-cherer und anwenderorientierter ist die herstellerübergreifende Integration auf Grundlage gängiger Standards für die Hard- und Software. Sie ermöglicht echte Kosteneinsparungen durch reduzierten Entwicklungsaufwand und einen hohen Anteil standardisierter Produkte, der schließlich zu sinkenden Preisen führt. Nur die offene Integration von Automatisierungskomponenten ermöglicht die Realisierung zentraler Kundenwünsche wie eine maximale Interoperabilität aller Systeme von der Feld- bis zur Manufacturing- Execution-System-Ebene, einen langfristigen Investitionsschutz oder die Realisierung von umfassenden Asset-Management-Lösungen. Weitere wichtige Vorteile sind:
  • Transparenter, anlagenweiter Datenzu-griff
  • Applikationsorientierte Komponenten- und Lieferantenwahl – auch bei Revamp, Erweiterung oder Austausch
  • Keine technische und wirtschaftliche Abhängigkeit des Endkunden von einzelnen Herstellern
  • Reduzierung der proprietären Busvielfalt auf wenige Standards
  • Aufbau von offenen, flexiblen, zukunftsfähigen und einfach zu pflegenden Netzwerken
  • Nutzung von Funktionalitäten und Innovationen aller Hersteller
  • Sicherheitstechnisch sinnvolle Ergänzung der datentechnischen Integration von Sicherheits- und Leitsystem mit der hard- und softwaremäßigen Trennung – nur diese stellt einen unabhängigen „Layer of Protection“ dar, dessen Eliminierung durch ein ins DCS eingebettetes SIS zu einem höheren Risiko führt
Die konsequente Trennung von Hard- und Software ermöglicht eine garantierte technische Rückwirkungsfreiheit. Dadurch lassen sich sicherheitskritische Design-, Programmier- und Bedienerfehler (Human-Common-Cause-Fehler) innerhalb einer komplexen Software oder innerhalb komplexer, dezentraler Systeme vermeiden. Dies führt zur Reduzierung ungewollter Abschaltungen. Außerdem wird garantiert, dass Bedienung, Wartung oder sicherheitskritische Änderungen nur von geübtem Personal durchgeführt werden. Dies entspricht dem Geist der Norm IEC 61508/11, führt zu mehr Rechtssicherheit und ermöglicht die Nutzung von zuverlässigen Sicherheitssystemen, die ihre Betriebsbewährtheit unter realen Bedingungen bereits bewiesen haben.
Offene Integration
Die Basis für eine offene Integration sind die offenen Kommunikationsprotokolle, die in der Prozessindustrie bereits seit Jahrzehnten eingesetzt werden. Der Begriff „offen“ beschreibt dabei die Tatsache, dass diese Kommunikationsprotokolle jedem Hersteller industrieller Geräte, der sie verwenden möchte, zur Verfügung stehen. Sicherheitssysteme, die ebenfalls in diese Kategorie fallen, können die offenen Standards der industriellen Kommunikation (Profibus, Modbus, OPC usw.) entsprechend für den Informationsaustausch mit den Systemen zur Prozesssteuerung nutzen. Auf diese Weise bleibt die technologische Trennung zwischen den SIS und BPCS erhalten. Alle notwendigen Informationen zwischen SIS und BPCS lassen sich jedoch austauschen. Als offene Kommunikationsprotokolle werden u. a. Profibus, Modbus, DeviceNet und OPC zur Integration von Prozesssteuerungen und Sicherheitssystemen eingesetzt. Auf diese Weise bleiben die Systeme voneinander unabhängig, arbeiten jedoch auf Grundlage der gleichen Informationen.
Gemeinsamkeit aller offenen Kommunikationsprotokolle ist ihre Unterstützung durch industrielle Organisationen, in denen sich Anbieter und Anwender von Automatisierungstechnologie zusammenschließen, die den entsprechenden Standard gemeinsam nutzen. Beispiele dafür sind die Organisationen Fieldbus Foundation, OPC Foundation oder Profibus & Profinet International. Eine weitere Gemeinsamkeit liegt im Einsatz der Hardware-schnittstellen. Während die ersten Generationen serielle Schnittstellen wie RS 232 bzw. RS 485 benutzten, hat sich in jüngster Zeit Ethernet als Kommunikationsmedium unter Verwendung von Protokollen wie Profinet, Modbus TCP oder EtherNet/IP durchgesetzt. Bisher wird in industriellen Applikationen noch mit Geschwindigkeiten von 10 oder 100 MBps gearbeitet – eine Migration dieser Netzwerke auf GBps- Level gilt aber nur noch als Frage der Zeit.
Independent Open Integration
„Independent Open Integration“ (IOI) von Hima Paul Hildebrandt ist eine spezielle Form der Integration zwischen Sicherheits- und Leitsystemen, die auf offenen Kommunikationsprotokollen basiert. Die Bezeichnung Independent Open Integration wird dabei bewusst zur Abgrenzung von der „offenen Kommunikation“ verwendet, um zu betonen, dass IOI weit mehr ist als reiner Datentransfer. Offene Kommunikationsprotokolle stellen sicher, dass Boolsche und analoge Daten in beide Richtungen fließen können. IOI zielt nicht auf die Daten selbst ab, sondern auf die darin enthaltenen Informationen wie z. B. gemeinsame Formate und Referenzen, die u. a. eine Analyse hinsichtlich der Vollständigkeit, Relevanz und Möglichkeiten erlauben. Bei IOI fließen Informationen zwischen unterschiedlichen Applikationen und nicht nur zwischen einzelnen Geräten. Die wesentlichen strategischen Faktoren der Independent Open Integration sind entsprechend:
  • Ein breites Angebot offener Kommunikationsprotokolle
  • Ein Technikerteam für die Integration der Hima-Systeme und BPCS sowie die erforderliche Infrastruktur
  • Eine aktive Partnerschaft mit Herstellern von Prozessleitsystemen und Schlüsseltechnologien für die Kommunikation
Independent Open Integration legt Wert auf das Recht jedes Anwenders, die bestmögliche Prozesssteuerung und das optimale Sicherheitssystem für seine individuelle Anlage zu wählen. Hima bietet eine Systemfamilie an, aus der die Kunden das Safety-System auswählen können, das sich technisch und wirtschaftlich am besten an die entsprechende Applikation anpassen lässt. Kriterien zur Auswahl sind beispielsweise E/A-Zahl und -Art, Verfügbarkeits- und Redundanz-Anforderungen, Reaktionszeit oder Ex-Fähigkeit. Die Systeme bieten zahlreiche Möglichkeiten zum Aufbau sicherheitsgerichteter, vernetzter Applikationen und sind gleichzeitig flexibel für Änderungen und Erweiterungen – auch im laufenden Betrieb. Sie besitzen die Flexibilität, in weiteren Anlagenteilen eingesetzt, in das bestehende Safety-Netzwerk integriert oder auch nachträglich mit anderen nicht sicheren Systemen integriert zu werden. Die freie Auswahl schützt außerdem vor Safety-Systemen mit starken sicherheitstechnischen Einschränkungen oder Auflagen, die aus dem Sicherheitshandbuch entnommen werden müssen und die zu hohem Planungs- und Maintenance-Aufwand oder kurzen Prooftest-Intervallen führen.
DCS-Competence-Team
Wie bei jeder Kommunikation zwischen komplexen Systemen, ist ein leistungsfähiger und zuverlässiger technischer Support unverzichtbar. Dieser wird umso wichtiger, je höher der angestrebte Integrationsgrad und die Komplexität der Systeme sind. Hinzu kommt die Zunahme von Risiken hinsichtlich Security, die seit einigen Jahren erkennbar sind. Darüber hinaus verfügen Anbieter von Prozesssteuerungen teilweise über wenig Know-how bezüglich der Kommunikationsschnittstellen ihrer eigenen Geräte. Zur Lösung dieser Probleme ist eine umfassende Unterstützung für die Integration unerlässlich. Hima hat dafür ein spezielles Competence-Team installiert, das integrierte Lösungen aus einer Hand anbietet. Jedes Jahr realisiert das Unternehmen gemeinsam mit allen Leitsystemherstellern weltweit Projekte. Die Erfahrung aus tausenden von Applikationen mit nahezu jedem Leitsystem und die Beratung durch das Competence-Team stellen sicher, dass die jeweils beste Lösung zum Einsatz kommt.
Neben den heutigen IOI-Anwendungen zeichnen sich bereits neue weiterreichende Integrationsmöglichkeiten ab. Dies gilt beispielsweise für Feldbusse wie Foundation Fieldbus oder Hart sowie für die Integration von Peripheriegeräten und Subsystemen wie Online-Analysatoren oder Dosierwagen.
Achema: Halle 10.2, Stand F22
Online-Info www.cav.de/0409434
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