Die Siemens F-Steuerung, auch bekannt als fehlersichere Steuerung, ist ein entscheidender Bestandteil moderner Automatisierungssysteme, insbesondere in sicherheitskritischen Anwendungen. Sie gewährleistet den sicheren Betrieb von Maschinen und Anlagen, indem sie Fehler erkennt und darauf reagiert, um Risiken für Mensch, Maschine und Umwelt zu minimieren. Diese Steuerungstechnologie ist von zentraler Bedeutung für Branchen wie die Fertigung, die Prozessindustrie und die Energieerzeugung, wo Sicherheit oberste Priorität hat.
Übersicht über Siemens F-Steuerungen
| Merkmal/Komponente | Beschreibung | Bedeutung |
|---|---|---|
| Sicherheitsintegritätslevel (SIL) | Gibt das Risikoreduktionspotenzial einer Sicherheitsfunktion an. Reicht von SIL 1 (gering) bis SIL 4 (hoch). | Bestimmt die erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen und die Komplexität der Steuerung. |
| Fehlersichere CPUs (Central Processing Units) | Spezielle CPUs, die redundante Architekturen und Diagnosefunktionen nutzen, um Fehler zu erkennen und darauf zu reagieren. | Bilden das Herzstück der F-Steuerung und gewährleisten eine zuverlässige Verarbeitung von Sicherheitsfunktionen. |
| Fehlersichere Ein-/Ausgangsmodule (I/O) | Module, die Signale von Sensoren und Aktoren verarbeiten und überwachen. Sie sind mit Diagnosefunktionen ausgestattet, um Fehler zu erkennen und sichere Zustände zu gewährleisten. | Ermöglichen die sichere Erfassung und Ausgabe von Signalen. |
| Fehlersichere Kommunikation | Protokolle und Netzwerke, die eine sichere Übertragung von Daten zwischen den Steuerungskomponenten und anderen Systemen gewährleisten. Beispiele sind PROFIsafe und PROFINET/PROFIsafe. | Verhindern die Manipulation oder den Verlust von sicherheitsrelevanten Daten. |
| Sicherheitsgerichtete Programmierung | Spezielle Programmiersprachen und -methoden, die verwendet werden, um Sicherheitsfunktionen zu implementieren und zu validieren. Beispiele sind F-Bausteine in STEP 7 und Safety Integrated. | Gewährleisten die korrekte Implementierung und das Verhalten der Sicherheitsfunktionen. |
| Diagnosefunktionen | Umfassende Diagnosefunktionen, die den Zustand der Steuerungskomponenten und der Sicherheitsfunktionen überwachen. Fehler werden protokolliert und gemeldet. | Ermöglichen eine schnelle Fehlererkennung und -behebung. |
| Redundanz | Einsatz von redundanten Komponenten und Systemen, um die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Steuerung zu erhöhen. | Minimiert das Risiko von Ausfällen und gewährleistet einen kontinuierlichen Betrieb. |
| Zertifizierungen | Erfüllung internationaler Sicherheitsstandards wie IEC 61508 und IEC 61511. | Bestätigt die Eignung der Steuerung für sicherheitskritische Anwendungen. |
| Safety Integrated | Ein umfassendes Konzept von Siemens, das Sicherheitsfunktionen in die Standardautomatisierung integriert. | Vereinfacht die Implementierung und das Management von Sicherheitsfunktionen. |
| F-Bausteine | Vorgefertigte Softwarebausteine für Sicherheitsfunktionen, die in der Programmiersprache STEP 7 verwendet werden. | Beschleunigen die Entwicklung und Validierung von Sicherheitsfunktionen. |
| Safety Lifecycle | Ein strukturierter Ansatz zur Planung, Implementierung, Validierung und Wartung von Sicherheitsfunktionen. | Gewährleistet die Sicherheit über den gesamten Lebenszyklus der Anlage. |
| Hardware- und Software-Diversität | Einsatz unterschiedlicher Hardware- und Softwarekomponenten, um das Risiko von Common-Cause-Fehlern zu reduzieren. | Erhöht die Robustheit der Steuerung gegen systematische Fehler. |
| Forced-Ausgänge | Möglichkeit, Ausgänge in einen definierten sicheren Zustand zu zwingen, um im Fehlerfall die Anlage sicher abzuschalten. | Ermöglicht eine schnelle Reaktion auf Fehler und verhindert gefährliche Situationen. |
| Passwortschutz und Zugriffskontrolle | Schutz der Steuerung vor unbefugtem Zugriff durch Passwörter und Zugriffskontrollmechanismen. | Gewährleistet die Integrität der Sicherheitsfunktionen. |
Detaillierte Erklärungen zu den Merkmalen der Siemens F-Steuerung
Sicherheitsintegritätslevel (SIL): Der Sicherheitsintegritätslevel (SIL) ist ein Maß für die Risikoreduktion, die eine Sicherheitsfunktion bietet. Er wird in vier Stufen von SIL 1 bis SIL 4 eingeteilt, wobei SIL 4 die höchste Risikoreduktion darstellt. Die Auswahl des geeigneten SIL hängt von der Schwere der potenziellen Schäden und der Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines gefährlichen Ereignisses ab.
Fehlersichere CPUs (Central Processing Units): Fehlersichere CPUs sind speziell entwickelte Prozessoren, die in F-Steuerungen eingesetzt werden. Sie verwenden redundante Architekturen und Diagnosefunktionen, um Fehler zu erkennen und darauf zu reagieren. Bei einem Fehler schalten die CPUs in einen sicheren Zustand, um gefährliche Situationen zu vermeiden.
Fehlersichere Ein-/Ausgangsmodule (I/O): Fehlersichere Ein-/Ausgangsmodule erfassen und verarbeiten Signale von Sensoren und Aktoren. Sie sind mit Diagnosefunktionen ausgestattet, die Fehler erkennen und melden. Im Fehlerfall schalten die Module in einen sicheren Zustand, um die Anlage sicher abzuschalten.
Fehlersichere Kommunikation: Fehlersichere Kommunikationsprotokolle wie PROFIsafe und PROFINET/PROFIsafe gewährleisten die sichere Übertragung von Daten zwischen den Steuerungskomponenten und anderen Systemen. Sie verwenden spezielle Mechanismen, um Datenverluste oder -manipulationen zu verhindern.
Sicherheitsgerichtete Programmierung: Sicherheitsgerichtete Programmierung ist ein spezieller Ansatz zur Entwicklung von Software für sicherheitskritische Anwendungen. Sie beinhaltet die Verwendung von speziellen Programmiersprachen, Methoden und Werkzeugen, um sicherzustellen, dass die Software korrekt und zuverlässig funktioniert. F-Bausteine in STEP 7 sind ein Beispiel für sicherheitsgerichtete Programmierung.
Diagnosefunktionen: Die Diagnosefunktionen der F-Steuerung überwachen den Zustand der Steuerungskomponenten und der Sicherheitsfunktionen. Fehler werden protokolliert und gemeldet, so dass sie schnell erkannt und behoben werden können.
Redundanz: Redundanz bedeutet, dass kritische Komponenten oder Systeme mehrfach vorhanden sind. Wenn eine Komponente ausfällt, kann eine andere Komponente ihre Funktion übernehmen. Redundanz erhöht die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Steuerung.
Zertifizierungen: F-Steuerungen müssen internationale Sicherheitsstandards wie IEC 61508 und IEC 61511 erfüllen. Diese Standards legen Anforderungen an die Konstruktion, Entwicklung und Validierung von sicherheitskritischen Systemen fest. Die Zertifizierung durch unabhängige Stellen bestätigt, dass die Steuerung die Anforderungen der Standards erfüllt.
Safety Integrated: Safety Integrated ist ein umfassendes Konzept von Siemens, das Sicherheitsfunktionen in die Standardautomatisierung integriert. Dies vereinfacht die Implementierung und das Management von Sicherheitsfunktionen und reduziert den Aufwand für die separate Entwicklung und Wartung von Sicherheitssystemen.
F-Bausteine: F-Bausteine sind vorgefertigte Softwarebausteine für Sicherheitsfunktionen, die in der Programmiersprache STEP 7 verwendet werden. Sie enthalten bereits implementierte Sicherheitsfunktionen, die einfach in das Programm integriert werden können. Dies beschleunigt die Entwicklung und Validierung von Sicherheitsfunktionen.
Safety Lifecycle: Der Safety Lifecycle ist ein strukturierter Ansatz zur Planung, Implementierung, Validierung und Wartung von Sicherheitsfunktionen. Er umfasst alle Phasen des Lebenszyklus einer Anlage, von der Risikobeurteilung bis zur Stilllegung. Die Einhaltung des Safety Lifecycle gewährleistet die Sicherheit über den gesamten Lebenszyklus der Anlage.
Hardware- und Software-Diversität: Hardware- und Software-Diversität bedeutet, dass unterschiedliche Hardware- und Softwarekomponenten verwendet werden, um das Risiko von Common-Cause-Fehlern zu reduzieren. Ein Common-Cause-Fehler ist ein Fehler, der gleichzeitig in mehreren Komponenten auftritt und zu einem Ausfall des gesamten Systems führen kann.
Forced-Ausgänge: Forced-Ausgänge ermöglichen es, Ausgänge in einen definierten sicheren Zustand zu zwingen. Dies ist wichtig, um im Fehlerfall die Anlage sicher abzuschalten und gefährliche Situationen zu verhindern.
Passwortschutz und Zugriffskontrolle: Passwortschutz und Zugriffskontrolle schützen die Steuerung vor unbefugtem Zugriff. Nur autorisierte Personen können auf die Steuerung zugreifen und Änderungen vornehmen. Dies gewährleistet die Integrität der Sicherheitsfunktionen.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Was ist eine F-Steuerung? Eine F-Steuerung (fehlersichere Steuerung) ist eine spezielle Art von Steuerung, die entwickelt wurde, um den sicheren Betrieb von Maschinen und Anlagen zu gewährleisten. Sie erkennt Fehler und reagiert darauf, um Risiken zu minimieren.
Wofür wird eine F-Steuerung eingesetzt? F-Steuerungen werden in sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt, in denen ein Ausfall zu schweren Verletzungen oder Schäden führen könnte. Beispiele sind die Fertigung, die Prozessindustrie und die Energieerzeugung.
Was ist SIL? SIL steht für Sicherheitsintegritätslevel und gibt das Risikoreduktionspotenzial einer Sicherheitsfunktion an. Er reicht von SIL 1 (gering) bis SIL 4 (hoch).
Was ist PROFIsafe? PROFIsafe ist ein fehlersicheres Kommunikationsprotokoll, das auf PROFINET basiert. Es ermöglicht die sichere Übertragung von Daten zwischen Steuerungskomponenten und anderen Systemen.
Was ist Safety Integrated? Safety Integrated ist ein umfassendes Konzept von Siemens, das Sicherheitsfunktionen in die Standardautomatisierung integriert. Dies vereinfacht die Implementierung und das Management von Sicherheitsfunktionen.
Wie programmiert man eine F-Steuerung? F-Steuerungen werden mit speziellen Programmiersprachen und -methoden programmiert, die sicherstellen, dass die Software korrekt und zuverlässig funktioniert. F-Bausteine in STEP 7 sind ein Beispiel dafür.
Wie validiert man eine F-Steuerung? Die Validierung einer F-Steuerung ist ein wichtiger Schritt, um sicherzustellen, dass die Sicherheitsfunktionen korrekt implementiert sind und funktionieren. Dies umfasst Tests und Analysen, um Fehler zu erkennen und zu beheben.
Was ist der Safety Lifecycle? Der Safety Lifecycle ist ein strukturierter Ansatz zur Planung, Implementierung, Validierung und Wartung von Sicherheitsfunktionen. Er umfasst alle Phasen des Lebenszyklus einer Anlage.
Warum ist Redundanz wichtig? Redundanz erhöht die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Steuerung. Wenn eine Komponente ausfällt, kann eine andere Komponente ihre Funktion übernehmen.
Was sind Forced-Ausgänge? Forced-Ausgänge ermöglichen es, Ausgänge in einen definierten sicheren Zustand zu zwingen, um im Fehlerfall die Anlage sicher abzuschalten.
Fazit
Die Siemens F-Steuerung ist eine hochentwickelte Technologie, die für den sicheren Betrieb von Maschinen und Anlagen in sicherheitskritischen Anwendungen unerlässlich ist. Durch das Verständnis ihrer Funktionen und Merkmale können Ingenieure und Techniker diese Technologie effektiv einsetzen, um Risiken zu minimieren und die Sicherheit zu gewährleisten. Eine sorgfältige Planung, Implementierung und Validierung sind entscheidend für den erfolgreichen Einsatz von F-Steuerungen.