{"id":8707,"date":"2024-10-15T08:56:00","date_gmt":"2024-10-15T08:56:00","guid":{"rendered":"https:\/\/zm7h237e.web141.alfahosting-server.de\/news-de\/plattformen-fuer-functional-safety\/"},"modified":"2025-02-25T10:58:46","modified_gmt":"2025-02-25T10:58:46","slug":"plattformen-fuer-functional-safety","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/microsys.de\/de\/news-de\/plattformen-fuer-functional-safety\/","title":{"rendered":"Plattformen f\u00fcr Functional Safety"},"content":{"rendered":"\t\t
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Die funktionale Sicherheit minimiert das Risiko von Verletzungen und Besch\u00e4digungen im Zusammenwirken von Mensch und Technik; Redundanz und mehrkanalige Datenverarbeitung gew\u00e4hrleisten Hochverf\u00fcgbarkeit und verhindern katastrophale Fehlfunktionen. W\u00e4hrend die Zertifizierung sicherheitsrelevanter Steuerungssysteme weiterhin Sache der Gesamtsystemhersteller bleibt, bietet MicroSys diesen zertifizierungsfreundliche System-on-Module<\/a> und eine einbaufertige Hardwareplattform. Das erleichtert und beschleunigt die Entwicklung anwendungsspezifischer sicherer L\u00f6sungen f\u00fcr hochautomatisierte Maschinen und Anlagen. <\/em><\/p><\/div><\/div><\/div>

Ger\u00e4te, Fahrzeuge, Maschinen oder Anlagen sind heute hoch automatisiert, tauschen Daten aus und interagieren miteinander, teilweise auch vollkommen autonom. Das Internet der Dinge (IoT) beschleunigt diesen Trend. Dennoch erfolgt immer auch eine direkte oder indirekte Interaktion zwischen Mensch und Maschine. <\/p>

Fehlfunktionen verhindern<\/h2>

Eine wesentliche Voraussetzung f\u00fcr die Nutzung automatisierter Systeme ist deren sicherer Betrieb. In allen technischen Branchen, von Kraftwerken und Verkehrsmitteln \u00fcber Industrieanlagen und Medizintechnik bis zu Haushalts- und Unterhaltungsger\u00e4ten, spielt deshalb die funktionale Sicherheit (engl. Functional Safety; FuSa) eine zentrale Rolle. <\/p>

Um das Risiko von Verletzungen und Besch\u00e4digungen zu minimieren, muss FuSa Fehlfunktionen infolge von Konstruktions-, Produktions- oder Dokumentationsfehlern, betrieblichen Ausnahmesituationen und Fehlbedienungen verhindern und das System in einen sicheren Zustand versetzen. Um das Verletzungsrisiko zu minimieren, entziehen Maschinen- und Anlagenhersteller die beweglichen Komponenten komplexer Maschinen dem menschlichen Zugriff. Eine Schutzverletzung durch \u00d6ffnen von T\u00fcren oder Abdeckungen f\u00fchrt ebenso wie das Bet\u00e4tigen eines Notausschalters zum Stillstand der Anlage. <\/p><\/div><\/div>

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Oberstes Ziel der funktionalen Sicherheit ist es, das Risiko von Verletzungen und Besch\u00e4digungen zu minimieren, indem sie Fehlfunktionen infolge von Konstruktions-, Produktions- oder Dokumentationsfehlern, betrieblichen Ausnahmesituationen und Fehlbedienungen sowie Hardwaregebrechen verhindert und automatische Systeme in Gefahrensituationen in einen f\u00fcr Menschen ungef\u00e4hrlichen Zustand bringt.<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Mit Sicherheit produktiver<\/h2>

Dazu wurden Sicherheitsschaltungen lange Zeit durch harte Verdrahtung in Relaistechnik realisiert. Diese waren von der Steuerungselektronik v\u00f6llig unabh\u00e4ngig und erschwerten flexible, \u00fcber eine pl\u00f6tzliche Systemabschaltung hinausgehende Reaktionen. Zudem erschwerte deren geringe Flexibilit\u00e4t Aus- und Umbauten an den zu sch\u00fctzenden Anlagen. Immer komplexere, h\u00e4ufig modular aufgebaute und im Betrieb ver\u00e4nderliche Maschinen und Anlagen machen eine differenziertere Reaktion auf unterschiedliche Schutzverletzungen erforderlich. Auch ist es nicht immer einfach m\u00f6glich, Maschinen oder Anlagen einzuz\u00e4unen. Speziell bei mobilen Arbeitsmaschinen oder Transportsystemen entf\u00e4llt diese Option, w\u00e4hrend deren zunehmender Automatisierungsgrad die Sicherheitsanforderungen an ihre Steuerungssysteme weiter steigen l\u00e4sst. <\/p>

Deshalb sind mittlerweile frei programmierbare Sicherheitssteuerungen Standard. Gemeinsam mit diesen bildet eine fortschrittliche sicherheitsgerichtete Sensorik die Basis f\u00fcr eine zugleich anwendungsfreundliche und effektive Gestaltung der Sicherheitstechnik. So erm\u00f6glichen 360\u00b0-Laserscanner und Time-of-Flight (ToF) Kameras die sicherere Gegenstands- und Personenerfassung als Grundlage eines sicheren Betriebs von fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF\/AGV) und autonomen mobilen Robotern (AMR). <\/p>

Der Datenaustausch mit IO-Baugruppen, Sensoren und Aktoren erfolgt in modernen FuSa-Konzepten \u00fcber Datenbusse. Dabei kommt, zumindest in Ethernet-basierten Netzwerken, meist das \u201eBlack Channel\u201c Prinzip zu Anwendung, bei dem die potentiellen Fehlerquellen der \u00dcbertragungsstrecke \u00fcber Safety-Datenprotokolle abgefangen werden. Auf Telegrammebene sind beispielsweise Daten mehrfach vorhanden und durch Pr\u00fcfsummen oder kryptografisch gesch\u00fctzt. So k\u00f6nnen Nachrichten best\u00e4tigt und die \u00dcbertragungsstrecke periodisch auf Funktion gepr\u00fcft werden. <\/p>

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Mit Sicherheit mehr Freiheit<\/h2>

Dadurch lassen sich sicherheitsgerichtete Steuerungen und I\/O-Baugruppen zur Anbindung der Sensoren an beliebiger Stelle im System platzieren. Zudem bieten elektrische Antriebe heute mit sicherheitsgerichteten Funktionen nach EN 61800-5-2 wie sicher abgeschaltetes Moment (STO), sichere Bewegungsrichtung (SDI), sichere Geschwindigkeit (SLS) oder sicher begrenzte Beschleunigung (SLA) zahlreiche Alternativen zur blo\u00dfen Abschaltung. <\/p><\/div><\/div><\/div>

Der Einsatz dieser sanfteren Mechanismen zum Schutz des Personals hilft unter anderem, Besch\u00e4digungen durch abrupte Sicherheitsabschaltungen zu vermeiden. Ein sicherer Zustand ohne vollst\u00e4ndigen Stillstand erleichtert den Einrichtebetrieb und erm\u00f6glichte die Entwicklung kollaborativer Industrieroboter, sogenannter Cobots. Diese sind auch ohne trennende Schutzeinrichtung ausreichend sicher, um mit dem menschlichen Kollegen Hand in Hand zu arbeiten. <\/p>

\u00dcber den gemeinsamen Bus kann die nicht sichere Steuereinheit auch den aktuellen Zustand der Sicherheits-Sensorik abfragen. Das erm\u00f6glicht die einfache Inbetriebnahme oder Diagnose bei Fehlerzust\u00e4nden. Zudem lassen sich bei sicherheitsbedingten Stillst\u00e4nden durch entsprechende Prozessanpassungen problematische Anlagenzust\u00e4nde im Vor- oder Nachlauf verhindern. Eine parametrierbare und damit modifizierbar gestaltete FuSa-Programmierung kann dar\u00fcber hinaus auch bedarfsgerechte Ver\u00e4nderungen der Konfiguration modularer Maschinen oder Anlagen zulassen, um diesen die Eignung f\u00fcr die Herausforderungen von Industrie 4.0 zu verleihen. <\/p><\/div><\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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W\u00e4hrend in industriellen Anwendungen die Sicherheit in der Vergangenheit in erster Linie durch Schutzumhausungen hergestellt wurde, verlangen offene L\u00f6sungen f\u00fcr die Produktionsautomatisierung wie kollaborative Roboter, fahrerlose Transportsysteme und autonome mobile Roboter nach differenzierten L\u00f6sungen zur Sicherstellung der funktionalen Sicherheit. Zukunftsthemen wie autonome Fahrzeuge oder Baumaschinen w\u00e4ren ohne FuSa v\u00f6llig undenkbar. <\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Sicherheit durch Verf\u00fcgbarkeit<\/h2>

W\u00e4hrend es bei Industriemaschinen und -anlagen gute Praxis ist, sie in einen definierten Zustand mit reduziertem Gefahrenpotenzial zu bringen, gibt es einen solchen bei anderen Anwendungen oft \u00fcberhaupt nicht. Man denke an einen Trieb- oder Leitwerksausfall im fliegenden Flugzeug, an ein Bremsversagen im Eisenbahnzug oder an eine Fehlfunktion der Lenkung im Automobil. <\/p>

Solche F\u00e4lle erfordern eine andere Form der Sicherheit, n\u00e4mlich einen Schutz vor Systemausfall durch hohe Verf\u00fcgbarkeit. Hergestellt wird die sogenannte Ausfallsicherheit meist durch redundant aufgebaute Computersysteme. Dies kann von einer einfachen Verdoppelung der Rechenkan\u00e4le mit Informationsredundanz (beide haben Zugriff auf Ein\/Ausgangsdaten) bis hin zu mehrfach redundant-dissimilaren Systemen mit 5-15 Steuerungsrechnern, mit diversen R\u00fcckfallebenen und Notbetriebsmodi im Luftfahrtbereich reichen. <\/p>

Besonders gefragt ist die Dissimilarit\u00e4t der Berechnungskan\u00e4le in Anwendungen mit sehr hohem Gef\u00e4hrdungspotential, etwa in der Luftfahrt, aber auch f\u00fcr Anwendungen der h\u00f6chsten Sicherheitslevel (SIL3, SIL4) in Industrie- und Bahnanwendungen. Um Single-Event-Upsets, Speicherfehlern oder besonders schwer aufzul\u00f6senden Fehlerkaskaden sowie Common-Cause-Failures zu begegnen, kommen dabei zumeist unterschiedliche Prozessoren in den redundanten Rechenkan\u00e4len zum Einsatz. Dies sch\u00fctzt auch vor Chargenfehlern eines Herstellers, die bei Ziel-Ausfallraten unterhalb von 10-9 bzw. 10-10 pro Betriebsstunde ebenfalls zu betrachten sind. <\/p>

Modulare Sicherheit<\/h2>

F\u00fcr die sicherheitsgerichtete Ausgestaltung von Maschinen oder Anlagen f\u00fcr die industrielle Produktion bieten sich handels\u00fcbliche, nach IEC 61508 zertifizierte Safety-Systeme arrivierter Automatisierungssystemhersteller an. F\u00fcr zahlreiche andere Aufgaben, aber auch f\u00fcr Entwicklung und Herstellung dieser Safety-CPUs ist es erforderlich, hardwareseitig auf einer anderen Ebene anzusetzen. <\/p><\/div><\/div><\/div>

Daf\u00fcr bietet sich als oft wirtschaftlichere und risiko\u00e4rmere Alternative zur v\u00f6lligen Neuentwicklung vom Halbleiter weg die Verwendung von System-on-Modules (SoMs)<\/a> an. Diese haben den Vorteil, dass sich Systemhersteller bei der Entwicklung von Elektronikbaugruppen nicht mit den komplexen prozessornahen und bei heutigen Taktraten tief in die Physik reichenden Themen herumschlagen m\u00fcssen. So k\u00f6nnen sie sich bei der Systementwicklung auf die Entwicklung der Software und die Bedienung handhabbarer Schnittstellen an den Modulgrenzen konzentrieren. <\/p>

Der bayerische Hersteller MicroSys Electronics GmbH entwickelt und produziert als Gold Partner des europ\u00e4ischen Prozessorherstellers NXP SoMs auf Basis von dessen Prozessortechnologie. \u201eModerne Multicore-Prozessoren von NXP wie der S32G sind nicht nur sehr leistungsf\u00e4hig, sondern eignen sich durch ihre spezifische Architektur besser als viele andere f\u00fcr die Entwicklung sicherer Steuerungssysteme\u201c, erkl\u00e4rt J\u00f6rg Stollfu\u00df, Field Application Engineer bei MicroSys Electronics. \u201eAuf dieser Basis schufen wir einfach zu integrierende Module mit zertifizierungsfreundlichem Design als Alternative zu FuSa-Eigenentwicklungen auf Platinenebene.\u201c <\/p><\/div><\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>

Die miriac\u00ae SoMs von MicroSys<\/a> bringen alle Voraussetzungen mit, um bei entsprechender Au\u00dfenbeschaltung und Software auf dem Weg zur Zertifizierung nicht auf hardwareseitige H\u00fcrden zu sto\u00dfen. Dazu geh\u00f6ren Merkmale wie z. B. eine separate \u00dcberwachung der Stromversorgung, die auch das Realisieren eines unabh\u00e4ngigen Watchdog Timers erm\u00f6glicht. Auch verbaut MicroSys in den miriac\u00ae-SoMs nach der strengen Automobilnorm AEC-Q100 qualifizierte Bauteile , um erh\u00f6hte Anforderungen an die Fertigungsqualit\u00e4t der Halbleiter mit abzudecken. Wesentlichen Einfluss auf die Zertifizierbarkeit von Rechnersystemen hat allerdings die anwendungsspezifische Software. Deshalb sind SoMs im Gegensatz etwa zu sicherheitsgerichteten Sensoren nicht als vorzertifizierte generische Sicherheitselemente verf\u00fcgbar. <\/p><\/div><\/div><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die einfach zu integrierenden System-on-Module (SoM) von MicroSys auf Basis moderner Multicore-Prozessoren von NXP eignen sich durch deren Architektur und ihr zertifizierungsfreundliches Design bestens f\u00fcr die Entwicklung sicherer Steuerungssysteme.<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Application Ready Plattform<\/h2>

Die Mehrkern-Prozessorarchitektur moderner Prozessoren l\u00e4sst sich nicht ohne weiteres dazu nutzen, sichere und nicht-sichere Applikationen (Mixed-Criticality) auf einem einzigen Prozessor parallel abzuarbeiten. Noch weniger eignet sie sich aufgrund der vielf\u00e4ltigen Common-Cause-Fehlerpotentiale und der generellen Basisausfallrate der komplexen Halbleiter f\u00fcr den Aufbau von redundanten Systemen oder gar eines mehrkanaligen Systems f\u00fcr hoch sichere Anwendungen auf Basis eines einzigen Prozessors. <\/p>

Deshalb entwickelte MicroSys die Hardware f\u00fcr eine aufgaben-, aber nicht kundenspezifische Steuerungsplattform als einbaufertiges Gesamtsystem, zun\u00e4chst in erster Linie f\u00fcr mobile Arbeitsmaschinen. Kernprodukt ist ein Carrierboard, das neben dem zentralen miriac\u00ae MPX-LX2160A <\/a>\u00fcber drei M.2 Slots verf\u00fcgt, die f\u00fcr bis zu drei SSD-Speichermodule oder ein bis zwei Hailo-8\u2122 KI-Prozessormodule genutzt werden k\u00f6nnen. Optional ist die Erweiterung mit einem miriac\u00ae MPX-S32G274A <\/a>oder miriac\u00ae MPX-S32G399A<\/a> angedacht. Auf diese Weise kann es eine sehr hohe Rechenleistung f\u00fcr komplexe Aufgaben erlangen, alternativ aber auch einen unabh\u00e4ngigen, dissimilaren internen Rechenkanal. Damit l\u00e4sst sich die Sicherheitsstufe SIL 3 erzielen. <\/picture> Neu entwickelt wurde auch das Geh\u00e4use, das die Elektronik erst zu einem einbaufertigen Gesamtsystem macht. Staub- und wasserfest nach Schutzart IP 68, dient es neben dem Schutz der verbauten Elektronik der W\u00e4rmeableitung. Da es MicroSys gelungen ist, die Leistungsaufnahme der voll best\u00fcckten Einheit trotz der extrem hohen Verarbeitungsleistung und der Vielfalt an Schnittstellen auf 60 W zu begrenzen und vollst\u00e4ndig passiv abzuf\u00fchren, kommt das Ger\u00e4t ohne L\u00fcfter oder andere aktive K\u00fchlung aus. <\/p><\/div><\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>

\u201eMit dieser Autonomous Control Unit auf Basis des SoM-Moduls miriac\u00ae MPX-LX2160A<\/a> bietet MicroSys nicht nur Herstellern mobiler Arbeitsmaschinen eine einbaufertige, modular ausbauf\u00e4hige Hardwareplattform f\u00fcr die Automatisierung ihrer Produkte an\u201c, best\u00e4tigt Ina S. Schindler, Gesch\u00e4ftsf\u00fchrerin der MicroSys Electronics GmbH. \u201eDiese k\u00f6nnen sich daher voll auf die Entwicklung der Software konzentrieren.\u201c <\/p><\/div><\/div><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die aufgaben-, aber nicht kundenspezifisch entwickelte Autonomous Control Unit kann neben dem miriac\u00ae MPX-LX2160A \u00fcber drei M.2 Slots mit bis zu drei SSD-Speichermodulen oder alternativ ein bis zwei Hailo-8\u2122 KI-Prozessormodulen best\u00fcckt werden. Optional k\u00f6nnen zus\u00e4tzlich ein miriac\u00ae MPX-S32G274A oder miriac\u00ae MPX-S32G399A best\u00fcckt werden. Es bildet damit eine einbaufertige, modular ausbauf\u00e4hige Hardwareplattform f\u00fcr die sichere Automatisierung. <\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Mit modularen Hardwarearchitekturen zur zukunftssicheren funktionalen Sicherheit:<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":7594,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[30],"tags":[],"class_list":["post-8707","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-news-de"],"acf":[],"yoast_head":"\nFunktionale Sicherheit mit modularen Hardware-L\u00f6sungen von MicroSys<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"Entdecken Sie, wie die modularen Hardware-Plattformen von MicroSys bei der Entwicklung sicherer, automatisierter Systeme helfen und die Risiken bei der Interaktion zwischen Mensch und Maschine minimieren.\" \/>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" 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