Bei der Entwicklung von Bahnanwendungen gibt es eine Reihe von Vorschriften und Aspekten, die berücksichtigt werden müssen. In diesem Blog-Beitrag werden wir einige dieser Vorschriften, IEC 61508 und CENELEC, sowie die zu beachtenden Normen erläutern.
Wenn ein Leiterplattendesigner vor der Herausforderung steht, eine Leiterplatte für eine Bahnanwendung zu entwerfen, sollte er sich im Allgemeinen auf die UNE-EN 50124-1 – die europäische Norm – beziehen. Angesichts der hohen Zuverlässigkeit, die für die meisten Bahnanwendungen erforderlich ist, sollte jedoch eine weitere grundlegende Norm in Betracht gezogen werden: IEC 61508 – eine internationale Norm, die von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission veröffentlicht wurde.
Vorschriften für Bahnanwendungen
IEC 61508 Vorschriften
Die IEC 61508 enthält Standards zur funktionalen Sicherheit für den Lebenszyklus elektrischer, elektronischer oder programmierbarer elektronischer Systeme (E/E/PE). Zwei dieser Standards sind:
- Spezifische Architekturanforderungen zur Einhaltung der SIL (Safety Integrity Level)
- Methodik zur Erlangung der FCC-Konformität (Federal Communications Commission). Sie berücksichtigen nicht das Fail Safe Konzept.
In der IEC 61508 gibt es drei grundlegende Prinzipien:
- Ein “Null-Risiko” kann niemals erreicht werden.
- Nicht tolerierbare Risiken müssen reduziert werden.
- Das Sicherheitsmanagement muss von Anfang an berücksichtigt werden.
Diese Verordnung ist wiederum die Grundlage für andere Normen, die für den Bahnsektor gelten, wie z. B. CENELEC.
CENELEC-Verordnungen
CENELEC (Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung) ist für die europäische Normung in den Bereichen der Elektrotechnik zuständig. Zusammen mit ETSI (Telekommunikation) und CEN (andere technische Bereiche) bildet es das europäische System der technischen Normen. Obwohl es aktiv mit der Europäischen Union zusammenarbeitet, ist es keine Institution der EWG.
Die Arbeit von CENELEC stützt sich im Wesentlichen auf die Veröffentlichungen der IEC (Internationale Elektrotechnische Kommission), aber auch deren eigene Normen werden von CENELEC-Technikern erarbeitet.
CENELEC ist in drei Normen unterteilt:
- 50126 (IEC 62278) befasst sich mit den Standard-Sicherheitsvorschriften innerhalb eines Eisenbahnsystems: Lebenszyklus und seine Phasen (Anforderungen, Entwurf, Herstellung, Validierung usw.), Organisation und Rollen, die zur Einhaltung der Sicherheit erforderlich sind, RAMS-Konzept (Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Instandhaltung und Sicherheit) eines Eisenbahnsystems, Zugsteuerung, Zugsicherung und Signalgebung (Sicherheitsmanagement).
- 50128 (IEC 62279) befasst sich mit dem Management von Sicherheitssoftware (SW) in Eisenbahnsteuerungs- und -schutzsystemen. Sie entspricht der generischen Norm, jedoch für die SW (sie enthält kein RAMS, das eher der HW entspricht). Diese Norm kann auf Eisenbahnanwendungen und Eisenbahnsteuerungs- und -sicherungssysteme angewendet werden.
- 50129 (IEC 62425) befasst sich mit der Systemsicherheit elektronischer Bahnausrüstungen. Sie ergänzt 50126 und weitere Aspekte im Zusammenhang mit HW und programmierbarer Logik wie FPGAs (Fine-Pitch Ball Grid Array). Zum Beispiel, um ein System zu identifizieren und sicherer und besser vertretbar zu machen.
Innerhalb der CENELEC-Norm gibt es eine weitere wichtige Norm, die es zu beachten gilt (neben den Normen für elektromagnetische Verträglichkeit, Umwelttests: Temperatur, Vibrationen), und zwar die Isolationskoordination (50124-1). Dies gilt insbesondere für das Design von Leiterplatten in Bezug auf die Isolierung zwischen Leitern verschiedener Schutzarten zwischen Metalloberflächen und die Tests zur Überprüfung der Konformität.
Wie unterscheiden sich diese drei CENELEC-Normen (50126/28/29)?
Die 50126 gilt für alle Eisenbahnsysteme, die 50129 ist spezifisch für Signalsysteme, und die 50128 ist diejenige, die für die Programmierung von Software-Teilsystemen zu berücksichtigen ist.
Als Leiterplattenlieferant können wir daher sagen, dass die spezifische Referenznorm für das Design von Leiterplatten für Bahnanwendungen die EN 50129 ist.
Norm EN 50129
Es handelt sich um eine Spezifikation, die die folgenden Aspekte umfasst:
- Technische Sicherheit:
- Beschreibung des Designs
- Principles of technical safety
- Gewährleistung des ordnungsgemäßen Betriebs:
- Systemarchitektur und Schnittstellendefinition
- Übereinstimmung der Systemanforderungen mit den Sicherheitsanforderungen
- Gewährleistung des korrekten HW- und SW-Betriebs
- Auswirkungen von Ausfällen:
- Systemverhalten bei Fehlern
- Betrieb unter äußeren Einflüssen:
- Klima, Mechanik, Elektrik und härtere Bedingungen
- Anwendungsbedingungen in Bezug auf die Sicherheit:
- Systemkonfiguration, Herstellung, Betrieb und Wartung
- Überwachung der Sicherheit während der Wartung, Außerbetriebnahme des Systems und Meldung der Ergebnisse
- FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Systematische Bewertung von Fehlermodellen:
- Induktive Methode: Bottom-up, HW-Systeme (Prozesse für Fehlermodi (Verständnis von “Fehler” als Verlust von Funktionalität), Ursachen und Auswirkungen), identifiziert den “Single-Point” des Fehlers
- Die FMEA führt zu einer Verbesserung des Designs, der Tests und der Risikoanalyse
Wie wichtig ist es, die CENELEC-Vorschriften korrekt umzusetzen?
Die Anwendung dieser Verordnung erleichtert den Zugang zu den internationalen Märkten, steigert die Wettbewerbsfähigkeit und spart Zeit und Geld, da Fehler noch vor der Herstellung der Leiterplatte entdeckt werden.
Entscheidend ist, dass die Norm von Beginn der Entwicklung eines Projekts an angewendet wird.
Um die Implementierung einer Leiterplatte in einer Eisenbahnanwendung zu erleichtern, sollte die CENELEC-Norm vom ersten Moment an berücksichtigt werden, wenn mit einem neuen Design begonnen wird.
Einige bewährte Praktiken, die von Anfang an berücksichtigt werden sollten, sind:
- Strukturieren Sie den Schaltplan sorgfältig. Gruppieren Sie die Logikblöcke und die Ein- und Ausgänge, um die Anzahl der Leiterbahnen zu minimieren und so parasitäre resistive und kapazitive Effekte weitestgehend zu vermeiden.
- Wenden Sie die gleiche Sorgfalt auf das Layout der Leiterplatte an und wählen Sie die richtige Leiterbahnbreite, die den maximal zu erwartenden Strömen standhält. Der Mindestabstand zwischen den Leiterbahnen hängt von der Spannung ab, der sie ausgesetzt sind.
Die lokalen Büros der NCAB verfügen über ein Team von Ingenieuren, die in der Lage sind, bei der Entwicklung von Leiterplatten zu beraten, sowohl in Bezug auf Effizienz, Fertigungstechnologie und Nachhaltigkeit als auch auf die Einhaltung von Vorschriften in sehr anspruchsvollen Sektoren oder Anwendungen wie zum Beispiel im Bahnsektor oder anderen Bereichen.
Dieses Wissen beruht auf der über 30-jährigen Erfahrung, der Präsenz in 15 Ländern und einem jährlichen Produktionsvolumen von mehr als 360 Millionen Leiterplatten für anspruchsvolle Anwendungen.
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