W normie IEC 61508 zdefiniowano pojęcie „black channel“. W dziedzinie komunikacji jest to kanał komunikacyjny o właściwościach niepasujących do danego zastosowania lub kanał niezabezpieczony. „Black channel“ to element charakterystyczny tak zwanej „koncepcji Black channel“, w której ma być zagwarantowana bezpieczna komunikacja mimo wspomnianych właściwości wyjściowych kanału komunikacyjnego.
Jak działa bezpieczna komunikacja za pośrednictwem black channel?
W dziedzinie techniki bezpieczeństwa funkcjonalnego kwestia black channel dotyczy głównie transmisji sygnałów związanych z bezpieczeństwem za pomocą standardowych mediów komunikacyjnych (np. Ethernet czy WLAN). Co do zasady sygnały związane z bezpieczeństwem są przesyłane z punktu A do punktu B. Może to być np. sygnał z urządzenia do zatrzymania awaryjnego przesyłany do sterownika bezpieczeństwa. Jednocześnie użytkownicy chcieliby przesyłać sygnały związane z bezpieczeństwem razem z sygnałami standardowymi za pośrednictwem wspólnej sieci.
Chodzi zatem o zintegrowanie techniki bezpieczeństwa funkcjonalnego z istniejącą siecią. W ten sposób można między innymi uniknąć dodatkowych nakładów na okablowanie i zmniejszyć koszty. Istniejące sieci nie spełniają jednak z reguły wymogów bezpieczeństwa funkcjonalnego. Może to prowadzić do różnych błędów.
Potencjalne błędy komunikacji:
- Powtarzanie telegramów
- Utrata telegramów
- Wstawianie telegramów
- Nieprawidłowa kolejność telegramów
- Fałszowanie telegramów
- Opóźnienie telegramów
- Nieprawidłowe adresowanie telegramów
Jak wygląda struktura systemu bezpieczeństwa zgodnie z IEC 61508?
Istniejąca sieć nie zapewnia wystarczającej ochrony, dlatego musi zostać zastosowany protokół bezpieczeństwa. Protokół bezpieczeństwa działa powyżej protokołu standardowego. Musi on posiadać zintegrowane mechanizmy do wykrywania i eliminowania możliwych błędów i kombinacji kilku błędów.
Nadrzędny protokół PROFIsafe zapewnia nienaruszalność danych
Przykłady działań z dziedziny rozpoznawania błędów:
- Rosnące liczby na telegramach, aby zapewnić prawidłową sekwencję
- Monitorowanie przy użyciu sum kontrolnych (CRC), aby zapobiec fałszowaniu danych
- „Watchdogi” wywoływane są każdym kolejnym telegramem, aby rozpoznawać opóźnienia
Z wykorzystaniem powyższych sposobów wykrywania błędów i brak wymagań dotyczących sieci przesyłowej można monitorować integralność transmisji danych w sieci.
Co dzieje się w momencie wykrycia błędu?
Gdy tylko zostaje wykryty nieakceptowalny błąd, systemy wykorzystują do obliczeń wyłącznie wartości zamienne. Konkretnie w przypadku usterki komunikacji w sterowniku bezpieczeństwa do obliczeń wykorzystywana jest wartość zamienna „0”. Ma to miejsce np. w przypadku wejścia bezpieczeństwa z nienaciśniętym przyciskiem zatrzymania awaryjnego. Oznacza to, że zakładany jest bezpieczny stan „0”, jak gdyby przycisk zatrzymania awaryjnego został naciśnięty. W kierunku wyjściowym integralność danych jest monitorowana przez moduł wyjść. W przypadku wykrycia błędu wysyłane są wartości zamienne. W takim przypadku następuje wyłączenie wszystkich wyjść bezpieczeństwa w module, aby zapewnić bezpieczeństwo funkcjonalne.
Funkcja ta działa również w przypadku bezprzewodowego transferu danych. Jeśli sieć pozwala na transmisję np. przez WLAN lub Bluetooth, przesyłane są również dane związane z bezpieczeństwem. Trzeba jedynie uwzględnić ew. zmniejszoną przepustowość tudzież dłuższy czas transmisji. Istnieje możliwość transmisji danych związanych z bezpieczeństwem za pomocą usługi w chmurze.
Do rozległych systemów: przesyłanie sygnałów związanych z bezpieczeństwem za pomocą usług w chmurze
Jaki wpływ ma black channel na dostępność maszyn i systemów?
Nowoczesne, zainstalowane prawidłowo sieci nie stanowią wyzwania pod względem dyspozycyjności. Jednak np. zainstalowane nieprawidłowo systemy PROFIBUS DP z brakującymi terminatorami, odbiciami i niewłaściwym połączeniem wyrównawczym nie mogą być przez to poprawione. Prawdopodobnie spowoduje to zmniejszenie dyspozycyjności.
Idea koncepcji „black channel” umożliwia wspólne przesyłanie sygnałów związanych z bezpieczeństwem i sygnałów standardowych w niemalże dowolnych mediach transmisyjnych. Koncepcja ta stanowi podstawę nowoczesnej techniki bezpieczeństwa funkcjonalnego.
