EP1381923A2 - Feldgerät mit sicherheitslayer zum anschluss an ein feldbussystem - Google Patents

Feldgerät mit sicherheitslayer zum anschluss an ein feldbussystem

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EP1381923A2
EP1381923A2 EP02764041A EP02764041A EP1381923A2 EP 1381923 A2 EP1381923 A2 EP 1381923A2 EP 02764041 A EP02764041 A EP 02764041A EP 02764041 A EP02764041 A EP 02764041A EP 1381923 A2 EP1381923 A2 EP 1381923A2
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EP
European Patent Office
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field device
safety
security layer
field
security
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Withdrawn
Application number
EP02764041A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Barthel
Wolfgang Stripf
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a standard field device for connection to a fieldbus system, which is controlled by a microprocessor.
  • Field devices of the type mentioned are, for example, measuring sensors (also referred to as sensors) or actuators.
  • the invention relates to a fieldbus system to which at least one freely programmable safety controller and at least one standard field device controlled by means of a microprocessor are connected.
  • the fieldbus technology for decentralization is an integral part of process and manufacturing technology. Wherever people and machines need to be protected in the process and manufacturing industry, special safety devices such as sensors and actuators, in particular pressure and temperature meters, emergency stop switches, step mats, light grids and the like are installed.
  • Profibus bus system from Siemens AG
  • F-PLC freely programmable controller
  • Profibus is today the fieldbus system with the greatest spread. It is part of the European standard EN 50170 and thus guarantees openness and investment protection for users.
  • Profibus is suitable for fast communication to the decentralized periphery in manufacturing automation and for the communication task in process automation. It is the first fieldbus system that covers the requirements of both areas with identical communication services.
  • Every first fault (also applies to every safety circuit) is detected within the safety time or process fault tolerance time.
  • a second fault must be determined by regular inspection.
  • the invention also relates to a fieldbus system which comprises at least one freely programmed safety controller and at least one microprocessor-controlled standard field device which is equipped with a safety layer.
  • An example of a field device according to the invention is a measuring former from Siemens AG which, depending on the equipment, is suitable for measuring pressure, flow or level of non-aggressive and aggressive vapors and liquids.
  • a transmitter is sold under the SITRANS brand, but for the first time, according to the invention, it is to be equipped with a safety layer without major problems, so that such a standard measuring device can now also be used for safety-relevant communication.
  • FIG. 1 shows a fieldbus system with a freely programmable control and connected standardized field devices according to the prior art
  • FIG. 2 shows a schematic fieldbus system with field devices according to the invention connected to it and a safety PLC.
  • a safety PLC or F-PLC 2 In the fieldbus system representing the state of the art 1, a safety PLC or F-PLC 2, an actuator 3 and sensors 4, 5, 6 are connected to a standard fieldbus 1 via connecting lines 7.
  • the sensors 5 and 6 are redundant here, the actuator 3 and the sensor 4 can be read back.
  • These field devices 3, 4, and 5, 6 are redundant or safety-proven standard field devices which are controlled by the safety PLC 2. Communication with the field devices is carried out via fieldbus 1. In this known fieldbus system with connected field devices, no security against, for example, common mode errors is guaranteed. According to the current state of technology, this would only be possible using special safety-certified sensors or actuators.
  • the field devices are now each equipped with a security layer (F-layer) 10.
  • F-layer security layer
  • each standard field device 3 ', 4' and 5 ', 6' with the correspondingly equipped F-PLC 2 'by means of the fieldbus 1 is able to detect errors such as freezing of the signal values in a communication circuit, addressing errors, etc. It is therefore extremely cost-effective to make common-mode errors even with standard field devices by implementing a security layer 10 known per se in the standard field devices 3 ', 4', 5 ', 6'.
  • This F-layer or security layer 10 is, for example, a so-called Profibus driver, which is also known under the name Profisafe from Siemens AG.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mikroprozessorgesteuertes Standard-Feldgerät (3', 4', 5', 6') wie beispielsweise ein Messwertaufnehmer oder ein Aktuator zum Anschluss an ein Feldbussystem (1), das wiederum beispielsweise an eine frei programmierbare Steuerung (2') angeschlossen ist. Erfindungsgemäss ist das Feldgerät (3', 4', 5', 6') mit einem Sicherheitslayer (10) zur Durchführung einer sicherheitsbewährten Kommunikation ausgestattet. Durch die Implementierung eines Sicherheitslayers (10) in ein an sich bekanntes betriebsbewährtes oder redundantes Standard-Feldgerät (3, 4, 5, 6) wird eine sichere und gleichzeitig kostengünstige Kommunikation mit einer Steuerungseinrichtung (2) über ein Feldbussystem (1) möglich.

Description

Beschreibung
Mikroprozessorgesteuertes Feldgerät zum Anschluss an ein FeldbusSystem
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft zum einen ein Standard-Feldgerät zum Anschluss an ein Feldbussystem, das durch einen Mikroprozes- sor gesteuert wird. Feldgeräte der genannten Art sind beispielsweise Messwertaufnehmer (auch als Sensor bezeichnet) , oder Aktuatoren. Zum anderen betrifft die Erfindung ein Feldbussystem, an das wenigstens eine frei programmierbare Sicherheitssteuerung und wenigstens ein mittels eines Mikropro- zessors gesteuertes Standard-Feldgerät angeschlossenen ist.
Stand der Technik
Die Feldbustechnik zur Dezentralisierung ist aus der Prozess- und Fertigungstechnik nicht mehr wegzudenken. Überall dort, wo in der Prozess- und Fertigungsindustrie Menschen und Maschinen zu schützen sind, werden spezielle Sicherheitsgeräte wie Sensoren und Aktoren, insbesondere Druck- und Temperaturmesser, Notaus-Schalter, Trittmatten, Lichtgitter und ähnli- ches installiert.
Bisher ließen sich derartige Feldgeräte nur separat verdrahten bzw. über zusätzliche Spezialbusse an die Automatisierungskette anschließen. Zu vielseitig waren ansonsten die Fehlermöglichkeiten. So konnten beim Transfer über einen so genannten Standardfeldbus beispielsweise Nachrichten verloren gehen, wiederholt auftreten, zusätzlich eingefügt werden, in falscher Reihenfolge, verzögert oder gar verfälscht auftauchen. Darüber hinaus besteht immer das Risiko einer fehler- haften Adressierung, wodurch sich Standardnachrichten beispielsweise als sicherheitsrelevant ausgeben könnten. Schon einer dieser Fehler genügt, um den gesamten Sicherheitsmechanismus ins Leere laufen zu lassen, was die einschlägigen Vorschriften natürlich nicht tolerieren.
Geräte der vorgenannten Art werden beispielsweise über einen so genannten Profibus (Bussystem der Firma Siemens AG) an eine frei programmierbare Steuerung, wie beispielsweise eine F-SPS, angeschlossen. Profibus ist heute das Feldbussystem mit dem größten Verbreitungsgrad. Es ist Bestandteil der Europäischen Norm EN 50170 und garantiert damit Offenheit und den Investitionsschutz der Anwender. Profibus ist für die schnelle Kommunikation zur dezentralen Peripherie in der Fertigungsautomatisierung und für die Kommunikationsaufgabe in der Prozess-Automatisierung geeignet. Es ist das erste Feld- bussystem, welches mit identischen Kommunikationsdiensten die Anforderungen beider Bereiche abdeckt.
Es ist nun festzustellen, dass für Sicherheitsapplikationen jeder Erstfehler (gilt auch für jeden Sicherheitskreis), in- nerhalb der Sicherheitszeit bzw. Prozessfehlertoleranzzeit aufgedeckt werden uss. Ein Zweitfehler muss durch regelmäßige Inspektion ermittelt werden.
Beim Stand der Technik wurde dieses technische Problem durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen den redundanten Standard-Feldgeräten und der Sicherheits-SPS (d.h. der frei programmierbaren Steuerung) gelöst. Hinsichtlich einer derartigen sternförmigen Anordnung gab es keine Common-Mode-Fehler (hierzu ist anzumerken, dass unter Common-Mode-Fehler ein Ausfall von Komponenten verstanden wird, der aufgrund einer gemeinsamen Ursache erfolgt) in der Kommunikation zwischen den Feldgeräten und der Zentraleinheit. In der Sicherheits- SPS wurden die Signale der Sensoren bzw. der Aktoren verglichen.
Bei Verwendung eines Feldbusses zwischen den Feldgeräten und der Sicherheits-SPS mussten sicherheitsgerichtet zertifizier- OJ > t to H- -
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US o tΛ o Ui O I
aber nach Einschaltung des Sicherheitslayers die sicherheitsrelevante Kommunikation durchzuführen.
Schließlich ist noch anzumerken, dass die Erfindung auch ein Feldbussystem betrifft, das mit zumindest einer frei programmierten Sicherheitssteuerung und zumindest einem Mikroprozessor gesteuertem Standard-Feldgerät, das mit einem Sicher- heitslayer ausgestattet ist, umfasst.
Als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Feldgerät sei hier ein Messformer der Firma Siemens AG genannt, der je nach Ausstattung für die Messung von Druck, Durchfluss oder von Füllstand nichtaggressiver und aggressiver Dämpfe und Flüssigkeiten geeignet ist. Ein derartiger Messumformer wird unter der Marke SITRANS vertrieben, ist jedoch erstmals erfindungsgemäß ohne größere Probleme mit einem Sicherheitslayer auszustatten, so dass ein derartiges Standard-Messgerät nun auch für eine sicherheitsrelevante Kommunikation einsetzbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden sind zur näheren Erläuterung zum besseren Verständnis mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Feldbussystem mit frei programmierbarer Steuerung und daran angeschlossenen standardisierten Feldgeräten nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein schematisiertes Feldbussystem mit daran angeschlossenen erfindungsgemäßen Feldgeräten und einer Sicherheits-SPS .
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
Bei dem den Stand der Technik darstellenden Feldbussystem nach der Fig. 1 sind an einem Standard-Feldbus 1 eine Sicherheits-SPS bzw. F-SPS 2, ein Aktor 3 und Sensoren 4, 5, 6 über Anschlussleitungen 7 angeschlossen. Die Sensoren 5 und 6 sind hier redundant, der Aktor 3 und der Sensor 4 sind rück- lesbar.
Diese Feldgeräte 3,4, und 5,6 sind redundante bzw. sicherheitsbewährte Standard-Feldgeräte, die über die Sicherheits- SPS 2 gesteuert werden. Die Kommunikation mit den Feldgeräten wird über den Feldbus 1 geleistet. Bei diesem bekannten Feldbussystem mit angeschlossenen Feldgeräten ist keine Sicherheit gegen beispielsweise Common-Mode-Fehler gewährleistet. Dies wäre nach dem heutigen Stand der Technik nur über spezielle sicherheitszertifizierte Sensoren bzw. Aktoren mög- lieh.
Erfindungsgemäß, wie in der Fig. 2 dargestellt, sind die Feldgeräte nun jeweils mit einem Sicherheitslayer (F-Layer) 10 ausgestattet. Damit ist jedes Standard-Feldgerät 3', 4' und 5', 6' mit der entsprechend ausgestatteten F-SPS 2' mittels des Feldbusses 1 in der Lage, Fehler wie Einfrieren der Signalwerte in einer Kommunikationsschaltung, Adressierfehler etc. aufzudecken. Es ist also äußerst kostengünstig möglich, Common-Mode-Fehler auch bei Standard-Feldgeräten durch Imple- mentierung eines an sich bekannten Sicherheitslayers 10 in den Standard-Feldgeräten 3', 4', 5', 6' zu leisten.
Bei diesem F-Layer bzw. Sicherheitslayer 10 handelt es sich beispielsweise um einen so genannten Profibus-Treiber, der auch unter der Bezeichnung Profisafe von der Firma Siemens AG bekannt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Mikroprozessorgesteuertes Standard-Feldgerät zum Anschluss an ein Feldbussystem (1) , das beispielsweise mit einer frei programmierbaren Steuerung (2) verbunden ist, mit einem Sicherheitslayer (10) zur Durchführung einer sicherheitsbewährten Kommunikation.
2. Feldgerät nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Sicherheitslayer (10) derart ausgebildet ist, dass Common-Mode- Fehler erkannt werden.
3. Feldgerät nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Sicherheitslayer (10) eine so genannte Profisafe-Kommunikation durchführt .
4. Feldgerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Einrichtung (3', 4', 5', 6') zum Anschluss an einen so genannten Profibus (2) ausgebildet ist.
5. Feldgerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Sicherheitslayer (10) an- und ausschaltbar ist.
6. Feldgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Feldge- rät ein Messwertaufnehmer (4', 5', 6') ist.
7. Feldgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Feldgerät ein Aktuator (3') ist.
8. Feldbussystem, mit zumindest einer frei programmierbaren Sicherheits-Steuerung (2' ) und zumindest einem mikroprozessorgesteuerten Standard-Feldgerät (3', 4', 5', 6') nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche.
EP02764041A 2001-04-23 2002-04-09 Feldgerät mit sicherheitslayer zum anschluss an ein feldbussystem Withdrawn EP1381923A2 (de)

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