工業(yè)網(wǎng)絡(luò)功能安全通信技術(shù)研究

隨著我國工業(yè)制造水平不斷提高，對安全技術(shù)及安全相關(guān)系統(tǒng)的需求越來越突出，在工廠和過程的控制領(lǐng)域，包含電子、電氣設(shè)備和計(jì)算機(jī)軟硬件的系統(tǒng)被越來越多地用于安全目的。在進(jìn)行功能安全相關(guān)領(lǐng)域的研究、開發(fā)或集成應(yīng)用中，國際電工委員會發(fā)布的IEC61508標(biāo)準(zhǔn)是普遍認(rèn)可并需遵循的一個(gè)功能安全基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，即《電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》，與之對應(yīng)的我國國家標(biāo)準(zhǔn)也正在制訂中。IEC61508針對由電氣/電子/可編程電子部件構(gòu)成的、起安全作用的電氣/電子/可編程電子系統(tǒng)（E/E/PES）的整體安全生命周期，定義了一個(gè)基礎(chǔ)的方法和技術(shù)框架，用于系統(tǒng)地處理安全相關(guān)的所有活動(dòng)，對以電子為基礎(chǔ)的安全相關(guān)系統(tǒng)提出一個(gè)一致的、合理的技術(shù)方針。目前，在IEC61508的基礎(chǔ)上，已經(jīng)制訂了一些具體行業(yè)或應(yīng)用領(lǐng)域的功能安全標(biāo)準(zhǔn)，例如，工業(yè)過程控制領(lǐng)域的IEC61511，核電領(lǐng)域的IEC61513，機(jī)械行業(yè)的IEC62021，這些標(biāo)準(zhǔn)都是基于IEC61508標(biāo)準(zhǔn)的特定行業(yè)或領(lǐng)域的功能安全標(biāo)準(zhǔn)?；贗EC61508的現(xiàn)場總線功能安全通信行規(guī)IEC61784-3也在制訂過程中。
在設(shè)計(jì)或應(yīng)用用于安全相關(guān)領(lǐng)域的控制系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)IEC61508的相關(guān)的原理，除了需要考慮如傳感器、控制裝置和執(zhí)行器的功能安全外，還要必須要考慮通信系統(tǒng)的功能安全。目前，一些使用現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信并構(gòu)成通信系統(tǒng)的自動(dòng)化廠商或組織，已經(jīng)通過在現(xiàn)場總線原有通信協(xié)議的基礎(chǔ)上添加了安全通信層，定義了功能安全相關(guān)的通信行規(guī)等，使其達(dá)到一定的安全完整性水平（SIL），來滿足安全相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用的需求。
本文主要內(nèi)容是研究一些功能安全通信行規(guī)如EPASafety、FF-SIS、ProfiSafe、CIPSafey等的技術(shù)特點(diǎn)，總結(jié)一些工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)中可能會出現(xiàn)的通信故障和風(fēng)險(xiǎn)，以及相應(yīng)的安全措施等。
1.?功能安全通信的需求
結(jié)合IEC61508安全功能的定義，如圖1.1 所示，可以將安全功能可以分解為為傳感器、安全通信鏈路、可編程電子設(shè)備、安全通信鏈路和執(zhí)行器幾個(gè)部分。通信系統(tǒng)主要指安全通信鏈路，執(zhí)行安全數(shù)據(jù)的傳輸。通常，根據(jù)系統(tǒng)的SIL等級所要求的故障失效概率，對功能安全通信的要求是不能消耗超過1%，這意味著功能通信的故障失效概率應(yīng)“好于”相應(yīng)SIL等級中要求的100倍。