Automatische Sicherheitssysteme im Bahnverkehr

Zur Verhinderung oder Vermeidung von verschiedensten Gefahrensituationen werden automatisierte Sicherheitssysteme (SIS) immer häufiger im Bahnverkehr eingesetzt. Diese SIS bieten verschiedene Schutzklassen, um den sicheren Zustand wieder herzustellen. Daher ist es wichtig zu wissen, welche Sicherheits-Integritätslevel (SIL) eine geplante Anwendung erfüllen muss.

SILs sind das Maß für die Leistung oder Zuverlässigkeit von Systemen mit Sicherheitsfunktionen. Gemäß den Normen IEC (oder EN) 61508/EC61511 zur „Funktionalen Sicherheit elektrischer / elektronischer / programmierbarer elektronischer (E/E/PE) Systeme“ gibt es vier SIL Stufen. Je höher die SIL-Zahl, desto höher ist der erforderliche Schutz.

Die SIL-Anforderungen einer bestimmten Anwendung können auf verschiedene Weise bestimmt werden. IEC 61508 beschreibt sowohl quantitative als auch qualitative Methoden, um zu definieren, welcher SIL erforderlich ist. Zu den üblichen Ansätzen gehören Risikographen oder -matrizen, Fehlerbaumanalyse oder Schichten der Schutzanalyse.

Mit zunehmendem SIL-Level steigen sowohl die Systemkosten als auch die Gesamtkomplexität des Systems tendenziell an. Daher ist die Entscheidung für die Implementierung von Lösungen mit hohem SIL 3 und SIL 4 nicht immer notwendig, und es sollte der niedrigste geeignete SIL für die Anwendung in Betracht gezogen werden.

Es sollte daran erinnert werden, dass der SIL-Level letztendlich angewendet wird und sich auf die gesamte Systemkonfiguration bezieht. Der Entwurf der Gesamtsystemarchitektur und die Redundanz auf Geräteebene sind alles Faktoren, die sich auf die SIL-Bewertung auswirken. Es ist häufig der Fall, dass die große Mehrheit der Systeme, die die Anwendung eines SIL-Levels erfordern, nur selten eine Zertifizierung über SIL 2 benötigt. Dies hängt natürlich von der Anwendung und dem Risiko ab.

Der wichtigste Aspekt, der bei SIL 2 SIS berücksichtigt werden muss, ist die ununterbrochene Kontrolle und Regelung der relevanten Maschinen durch eine Sicherheitssteuerung. Dies trägt dazu bei, risikoreiche Ausfallzeiten zu vermeiden. Folglich müssen die Steuerungssysteme redundante CPUs und Stromversorgungen, redundante Netzwerk-Kommunikationsinfrastrukturen und Verarbeitungseinheiten aufweisen. Auf diese Weise kann das System im Falle eines Geräteausfalls seine Verfügbarkeit aufrechterhalten und weiterhin sicher arbeiten.

Beispielsweise muss die Tunnelbelüftung, wie sie in Straßen- oder Eisenbahntunneln verwendet wird, funktionieren, wenn sie bei statischen Verkehrsbedingungen oder in Notfallsituationen eingesetzt wird. Redundante Steuerungssysteme sorgen für eine hohe Verfügbarkeit und sofortige Umschaltung, die für einen kontinuierlichen und sicheren Betrieb unerlässlich sind. Dies kann durch eine proprietäre SIL-konforme SPS-Plattform in Verbindung mit einem schnellen und zuverlässigen redundanten Kommunikationsnetzwerk erreicht werden.

Die neueste SIL 2-zertifizierte Lösung von Mitsubishi Electric, beispielsweise die Melsec IQ-R SPS-Serie, verfügt über einen modularen Aufbau. Daher ist es möglich, sie mit zusätzlichen CPUs und Stromversorgungsmodulen zu verknüpfen. So wird die Systemredundanz gewährleistet. Darüber hinaus kann eine redundante Ethernet-Kommunikation aufgebaut werden, die eine einzige IP-Adresse sowohl für Steuer- als auch für Standby-Systeme bereitstellt.

Durch die Wahl der SPS von Mitsubishi Electric für SIL 2-Anwendungen können die Anwender durch die Hochgeschwindigkeits-CPUs auch von einer Systemreaktion profitieren. Die Leistung im gesamten Netzwerk kann auch durch die Verwendung der CC-Link IE-Netzwerktechnologie verbessert werden (Netzwerkredundanz und 1 Gbit/s Netzwerkgeschwindigkeit).

Eine operative Leistung ist ebenfalls von Bedeutung. Daher werden Lösungen, die Prozesskontrolle und Prozesssicherheit kombinieren, wie die Melsec IQ-R für SIL 2, immer beliebter. Diese SIS regeln den ordnungsgemäßen Betrieb von Equipment Under Control (EUC), indem sie sowohl unter normalen als auch unter Notfallbedingungen relevante Daten sammeln und verarbeiten. Auf der Grundlage der erzielten Ergebnisse kommunizieren die Prozess- und Sicherheitssteuerungen mit der EUC, um voreingestellte sichere Bedingungen zu erhalten.

Darüber hinaus können die Endanwender durch die Wahl der Lösungen von Mitsubishi Electric ihre Total Cost of Ownership (TCO) senken. Die Prozessautomatisierungs-Controller (PAC) der iQ-R-Serie bieten das gleiche Maß an Zuverlässigkeit und Funktionalität, das normalerweise von kostspieligeren verteilten Steuerungssystemen (DCS) angeboten wird. Dies ist ein Beispiel dafür, wie sich die Welt der Anlagensicherheit ständig weiterentwickelt und immer zuverlässigere, verfügbarere und flexiblere Lösungen bietet, so dass es für eine zukunftssichere Praxis der Integration von Automatisierungssystemen unerlässlich ist, auf dem neuesten Stand zu bleiben.