Industrie 4.0 und funktionale Sicherheit

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Ebenso ist der Zertifizierungsprozess einer modularen Maschine, deren „vorhersehbare Verwendung“ unter dem Gesichtspunkt selbst adaptierender Maschinenteile eine ganz andere Bedeutung bekommt, deutlich zu vereinfachen. Dort stehen die Prüf- und Zertifizierungsinstitute vor neuen Aufgaben, die nur gemeinsam mit den Komponentenherstellern gelöst werden können.

Neue Fehlermodelle im sicheren Datenaustausch

Das genannte Beispiel zeigt, wie durch die technischen Möglichkeiten der Flexibilisierung neue Gefährdungen und Risiken im Sinne der funktionalen Sicherheit identifiziert und bewertet werden müssen. Anschließend sind geeignete technische Fehlererkennungsmaßnahmen zu erarbeiten, um die Gefahren zu beherrschen. Darüber hinaus führt die weltweit immer stärker übergreifende Kommunikation zwischen allen Dingen des Internets zu neuen, bisher nicht betrachteten Fehlermodellen im sicheren Datenaustausch.

Viele sichere Übertragungsprotokolle basieren auf „Black-Channel-Prinzip“

Die meisten der aktuell in der IEC 61784-3-3 international standardisierten sicheren Übertragungsprotokolle basieren auf dem sogenannten „Black-Channel-Prinzip“. Kommunikationsfehler, die beispielsweise innerhalb der nichtsicheren IP-Telegramme oder Infrastrukturkomponenten auftreten, werden durch fehlererkennende Maßnahmen in den sicheren Kommunikationsendpunkten mit hinreichender Restfehlerwahrscheinlichkeit detektiert. Das Black-Channel-Prinzip setzt laut IEC die genaue Definition der genutzten Standardinfrastruktur sowie Übertragungsmedien und deren anzunehmende Fehlerraten innerhalb abgeschlossener Grenzen voraus. Darauf aufbauend wurden je nach Analyse des jeweiligen Standardkommunikationsprotokolls die fehlererkennenden technischen Maßnahmen spezifiziert.

Weltweit eindeutige Identifizierung von Sicherheitstelegrammen

Die Varianz der teils steuerungsabhängigen unterschiedlichen Standarddatenprotokolle spiegelt sich nun auch in einer Vielzahl verschiedener Sicherheitsprotokolle wider. Das macht einen sicheren Datenaustausch zwischen den Maschinen unterschiedlicher Hersteller schwierig, die mit jeweils anderen Steuerungen und sicheren Kommunikationsmedien ausgerüstet sind. Einziger Lösungsansatz ist derzeit der Einsatz sicherer Gateways, was einen entsprechenden Hardware- und Konfigurationsaufwand nach sich zieht.

Schon heute ist davon auszugehen, dass Maschinenbauer ebenfalls nicht auf die Vorteile verzichten wollen, welche die Verwendung einer internetbasierten, weltweiten Kommunikation sowie von Cloud-Diensten mit sich bringt. Somit besteht auch dabei die Notwendigkeit der Umsetzung von Sicherheitsfunktionen. Als Lösungsmöglichkeit für die „grenzenlose“ Übertragung sicherheitsrelevanter Daten und Parameter bietet sich die Absicherung sämtlicher (unbekannten) Kommunikationspfade und Infrastrukturkomponenten des Internets eher nicht an. Nach Analyse der neuen Fehlermodelle sollten besser die Schutzmaßnahmen in den Sicherheitsprotokollen und deren sicheren Kommunikationsendpunkten weiter perfektioniert werden. Zu diesen Aktivitäten zählen beispielsweise neue Ansätze zur weltweit eindeutigen, sicheren Identifizierung oder zur automatischen Laufzeitkontrolle von Sicherheitstelegrammen über den kompletten und sich möglicherweise dynamisch modifizierenden Safety Loop.

Einfach handhabbare Lösungen sind notwendig

Die Beispiele der Flexibilisierung modularer Maschinen und der weltweiten Vernetzung zeigen die Herausforderungen im Bereich der funktionalen Sicherheit eindrucksvoll auf. Alle Lösungsansätze werden von den zuständigen Zertifizierungsstellen auf die Wirksamkeit der Fehlererkennungsmaßnahmen geprüft. Danach müssen sie ihre effektive technische Realisierbarkeit in den Entwicklungs- und Konstruktionsbüros der Maschinen- und Anlagenbauer belegen. Und schließlich werden die Lösungsansätze nur dann von den Endanwendern akzeptiert, wenn sie sich als einfach handhabbar erweisen.

Dem Motto „Einfachheit bringt Sicherheit“, das den Safety-Komponenten, -Systemen und -Lösungen von Phoenix Contact zugrunde liegt, kommt im Zeitalter von Industrie 4.0 somit eine steigende Bedeutung zu.

* Steffen Horn ist Fachleiter Sicherheitstechnik bei der Phoenix Contact Electronics GmbH in 31812 Bad Pyrmont

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