Motorregelung für
funktionale Sicherheit
Elektromotoren erobern immer neue Anwendungen, doch die Anforderungen sind nicht nur auf Seite der Leistung hoch. Entwickler von Motorregelungen müssen auch Nachweise erbringen, dass ihr System ein bestimmtes Maß an funktionaler Sicherheit bietet.
Elektromotoren haben im Laufe der Jahre in immer mehr Anwendungen Einzug gehalten. Man denke hier nur an die Verdrängung der Dampflokomotive durch Lokomotiven mit Wechselstrom-Induktionsmotoren, die Umstellung von hydraulischen und pneumatischen Antrieben auf Gleichstrommotoren oder die Entwicklung auf dem heutigen Automobilsektor, wo Verbrennungsmotoren durch Elektromotoren ergänzt oder ersetzt werden. Elektromotoren können einfacher zu installieren und instand zu halten sein. Sie erzeugen kein CO2, stellen eine kompaktere Möglichkeit der Drehmomenterzeugung dar und bergen mit ihren elektrischen oder elektronischen Controllern das Potenzial für neue Steuerungsfunktionen. Ein Beispiel sind hier die Einpark-Automatiken, die durch elektronische Servolenkungen möglich wurden.
Leistungsfähig und sicher
Mit der Zeit haben neue Kommutierungsverfahren, die anstelle von Bürsten auf Elektronik setzen, den Nutzen von Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) gesteigert. Tatsache ist allerdings, dass die neue Technik der Regelungselektronik mehr Leistungsfähigkeit abverlangt. Aufgrund ihrer wachsenden Verbreitung findet man Elektromotoren heute in immer mehr Anwendungen, in denen ein Fehler im System, in der Elektronik, in den Sensoren oder in den Motoren gravierende Risiken für Menschen oder die Umwelt birgt. Aus diesem Grund werden inzwischen Normen zur funktionalen Sicherheit auf die Elektronik angewandt. Stark vereinfacht bedeutet dies, dass es neue Richtlinien einzuhalten gilt, um sicherzustellen, dass die Risiken auf ein akzeptables Maß begrenzt werden. Dies geschieht durch die Erkennung und Bestimmung der im System auftretenden Fehler sowie durch Anwendung erprobter Verfahrensweisen bei der Produktentwicklung. Zeitgleich ist die Zahl der branchenspezifischen Sicherheitsstandards gewachsen, von denen viele in den letzten Jahren aktualisiert wurden. Die Einführung vieler weiterer solcher Normen steht für die Zukunft bevor. Bis heute enthielten jedoch nur wenige Standards spezielle Anforderungen an die verwendeten Komponenten, nämlich die Normen IEC61508 und ISO26262 für den Automotive- und den Aerospace-Bereich. Eine wachsende Zahl eingebetteter Elektroniksysteme unterliegt bereits jetzt oder zumindest in naher Zukunft einem internationalen Sicherheitsstandard. Entsprechend diesem Trend ist davon auszugehen, dass sich die Anforderungen an die Sicherheit auf der Komponentenebene mit der Zeit über alle Normen hinweg weiter durchsetzen werden.
Sicherheit auf dem Chip
Seit Mitte der 2000er ist es möglich, in einem Chip ein Maß an Funktionalität zu integrieren, das es früher nur auf der Systemebene gab. Lösungen zur funktionalen Sicherheit, die einstmals auf der Systemebene angewandt wurden, mussten neu überdacht werden, um die Funktionssicherheitsdiagnose, die sich jetzt im Chip, d.h. auf der Komponentenebene integrieren ließ, bestmöglich zu nutzen. Neue Diagnoselösungen wurden wirtschaftlich praktikabler. Ein Beispiel ist der Lockstep-Betrieb von Dual-Core-Prozessoren. Er eignet sich besonders zur Gewährleistung der Sicherheit zur Laufzeit in engen Regelschleifen. Die Normkonformität (Compliance) auf der Komponentenebene, also die White-Box-Prüfung des internen Designs von Komponenten gemäß den einschlägigen Sicherheitsnormen, ist der gegenwärtige Stand der Technik in den Normen ISO26262:2011 und IEC61508:2010. Der Trend zur Anwendung der funktionalen Sicherheit auf immer tieferen Ebenen der Elektronikhierarchie wird voraussichtlich weiter anhalten. Einige Normenarbeitsgruppen sprechen sogar schon darüber, die Compliance auf die Ebene der IP-Module auszudehnen. Was aber bedeutet all das für Entwickler von Motorregelungen? Sie sind hier vielleicht das Opfer des eigenen Erfolgs. Sie haben herausgefunden, wie man die Vorteile von Antrieben mit Elektromotoren in vielen Anwendungen immer sinnvoller nutzen kann. Jetzt oder in naher Zukunft konfrontiert man Sie aber mit Anforderungen, die sie zu erfüllen haben. Außerdem müssen sie Nachweise erbringen, dass ihr System ein bestimmtes Maß an funktionaler Sicherheit bietet.
