SIGNAL + DRAHT (104) 10/2012 6 n SPS Generische Architekturmodelle – Standardisierte Automatisierungslösungen für den Bahnbereich Christoph Weishaar Mit standardisierten, leicht zu programmierenden Automatisierungssystemen für eine einfache Projektierung können Anwender ihre Investitions- und Betriebskosten senken. Dank Zertifizierung helfen Module den Aufwand bei der Zulassung zu reduzieren. Sie sind in unterschiedlichen Applikationen mit verschiedenen Sicherheitsintegritätsstufen im Bahnbereich einsetzbar. Dazu zählen Steuerungsfunktionen von Arbeitsmaschinen im Gleisbau und in Triebfahrzeugen sowie Steuerungs- oder Überwachungsfunktionen im Signalbereich, wie beispielsweise zur Signalüberwachung bei Bahnübergängen, Leit- und Sicherheitstechnik oder der Stellwerkskopplung. Durch die Architekturen im Automatisierungssystem PSS 4000 stehen dem Bahnanwender flexible, dem jeweiligen Risiko angepasste Modelle zur Realisierung seiner Applikation zur Verfügung. Der Forderung des Anwenders nach Angemessenheit des Ressourceneinsatzes und der damit verbundenen Kosten wird somit Rechnung getragen. 1 Analyse der Situation Lösungen für die Signal- und Steuerungstechnik im Schienenverkehr sind bislang weitgehend proprietär entstanden. Das heißt, die Technologien wurden speziell für den Einsatz im Schienenverkehr konzipiert, entwickelt und gefertigt. Normative Anforderungen, projektspezifische Besonderheiten und ein sehr niedriger Standardisierungsgrad sind in diesen Applikationen heute kostenrelevante Faktoren. Bestehende Signaltechnik, insbesondere auf den Regionalstrecken, basiert größtenteils auf alter Stellwerkstechnik, die entweder rein mechanisch oder mit elektromechanischer Relaistechnik arbeitet. Vielfach ist in der Eisenbahn- und Signaltechnik auch heute noch klassische Relaistechnik mit zwangsgeführten Kontakten im Einsatz. Im Rahmen von Modernisierungsmaßnahmen setzt sich der Trend durch – wo immer möglich – verschleißanfällige und verkabelungsintensive Hardware durch leistungsfähige Software zu ersetzen. Sicherheit und Wirtschaftlichkeit schließen sich dabei keinesfalls aus. Gesucht werden Steuerungslösungen zur Blockanpassung zwischen der vorhandenen Infrastruktur in Stellwerken und neuen Elektronischen Stellwerken (ESTW). Für diese Modernisierungsvorhaben kommen auch Lösungen aus der Industrie in Frage. Sie können dazu beitragen, die bislang vorherrschenden Kostenblöcke in der Beschaffung, im Engineering sowie in Betrieb und Service von Stellwerksapplikationen deutlich zu reduzieren. 2 Eignung von Speicherprogrammierbaren Steuerungen für die Bahntechnik Für die Praxis bedeutet dies, dass gängige Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS, englisch Programmable Logic Controller, PLC), wie sie zur Steuerung von Industrieanlagen und im Maschinenbau zum Einsatz kommen, auf das Sicherheitsniveau der Bahn qualifiziert werden und den hohen Sicherheitsanforderungen nach den Cenelec-Normen EN 50155 und EN 5012x im Schienenverkehr genügen müssen. SPS-Steuerungen können eine sichere Plattform für Steuerungsaufgaben zur Ablösung von Relaisgruppen sein. Sie zeichnen sich dank der großen Verbreitung im industriellen Umfeld sowie des Einsatzes von standardisierten Industriekomponenten durch niedrigere Beschaffungskosten aus. Software-Werkzeuge reduzieren den Projektierungsaufwand, verbessern Diagnosemöglichkeiten und vereinfachen Wartung und Instandhaltung. Auf ein bereits zugelassenes Steuerungssystem aufzubauen, bietet für die Bahntechnik den Vorteil, dass die Entwicklungszeit im Vergleich zu einer kompletten Neuentwicklung einer Bahnsteuerung deutlich reduziert werden kann. 3 Das Automatisierungssystem PSS 4000 Das Automatisierungsunternehmen Pilz aus Ostfildern bei Stuttgart hat das Automatisierungssystem PSS 4000 in seiner Basisfunktion nach EN 61508 für Applikationen in der Industrieautomatisierung entwickelt. Für die besonderen Anforderungen im Schienenverkehr hat Pilz spezielle Module mit -R („Railway“) in der Typenbezeichnung entwickelt. Diese sind robust gegenüber elektromagnetischen Störungen, extremen Temperaturen und mechanischen Belastungen, wie sie im Bahnumfeld typischerweise auftreten. Die -R-Module im Automatisierungssystem PSS 4000 erfüllen die Cenelec-Zulassungen nach EN 50126, EN 50128, EN 50129 und der EN 50155. PSS 4000R enthält die bahnspezifischen Sicherheitszulassungen bereits als Produkteigenschaft. Das Automatisierungssystem ist in der Gesamtapplikation SIL-4-fähig. Das Automatisierungssystem besteht aus mehreren Funktionsgruppen. Als Hardwarekomponenten stehen sichere PLCs, I/O-Geräte und verschiedene I/O-Module für Safety- und Standardanwendungen zur Verfügung. Die Kommunikation der Geräte untereinander erfolgt über das Echtzeit-Ethernet-Kommunikationssystem SafetyNET p auf Basis 10/100-BASE-T. Parallel zum Sicherheitsprotokoll können über TCP/IP, Modbus/TCP, UDP raw unter anderem Daten mit anderen Geräten ausgetauscht werden. SafetyNET p kann über standardisierte Netzwerkkomponenten wie Ethernet-Switches oder DSL-Modems über-
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