Työkoneiden ja automaation CAN-väyläsovellusten turvallisuus

Translated title of the contribution: The safety of CAN bus applications in working machines and automation

Marita Hietikko, Jarmo Alanen, Risto Tiusanen

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Työkoneiden ohjausjärjestelmät ovat nykyään yhä enemmän useista älykkäistä yksiköistä koostuvia reaaliaikaisia hajautettuja järjestelmiä, joiden tiedonsiirtoliikennöinnissä käytetään CAN-väylää. CAN-väylän käyttö on lisääntynyt myös muissa automaation sovelluksissa. Koneiden käyttöturvallisuuden kannalta hajautettu ohjaus toisaalta mahdollistaa koneen toimintojen entistä tehokkaamman diagnosoinnin, mutta on myös uusi ja entistä vaikeammin hallittava riskitekijä. Ilman riittäviä varmistuksia tietokoneohjattu työkone voi vikaantuessaan toimia täysin odottamattomasti, kuten lähteä liikkeelle, kääntyä, käynnistää työlaitteen ohjauksen tai lukita jarrut. Tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa tietoa siitä, miten tunnistetaan ja hallitaan CAN-väyläjärjestelmiin liittyviä turvallisuustekijöitä ja mitä tekniikoita on käytettävissä turvallisuuden varmistamiseksi tai sen lisäämiseksi työkoneiden ja automaation CAN-väyläsovelluksissa. Suomessa jo toteutettuihin CAN-väylällä varustettuihin työkonesovelluksiin on turvallisuusongelmiin kehitetty ratkaisuja lähinnä yleisten koneturvallisuusvaatimusten ja ohjausjärjestelmiä koskevien vaatimusten pohjalta. CAN-väyläsovellusten turvallisuutta tutkittiin tässä hankkeessa kolmen case-järjestelmän avulla. Näille tehtiin turvallisuusanalyysejä, joiden avulla selvitettiin mahdolliseen ei-toivottuun tapahtumaan johtavat syyt eri case-kohteina käytetyissä CAN-järjestelmissä. Tutkittiin, mitkä näistä syistä kohdistuvat CAN-väylän laitteiston tai ohjelmiston osalle ja miten järjestelmät on varmistettu ei-toivottujen tapahtumien varalta. Analyysien perusteella voitiin tehdä turvallisuuteen liittyviä ehdotuksia CAN-järjestelmien tai niiden suunnittelukäytännön kehittämiseksi. Hankkeen tuloksena saatiin tietoa niistä turvallisuustekniikoista, menetelmistä ja toimenpiteistä, joita hajautettujen CAN-väyläjärjestelmien laitteisto- ja ohjelmistosuunnittelussa voidaan käyttää turvallisuuden parantamiseksi ja joita ei mainita nykyisessä turvallisuuteen liittyviä järjestelmiä koskevassa IEC 1508 -standardiluonnoksessa. Tässä julkaisussa kerrotaan tämän tiedon ja case-kohteiden lisäksi CAN-väyläjärjestelmien suunnitteluun liittyvistä turvallisuusvaatimuksista, CAN-järjestelmän vikamuodoista ja siitä, miten diagnostiikasta saadaan apua turvallisuuteen.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages101
ISBN (Print)951-38-4900-7
Publication statusPublished - 1996
MoE publication typeNot Eligible

Publication series

SeriesVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
Number1745
ISSN1235-0605

Fingerprint

automation

Keywords

  • safety
  • safety engineering
  • work machines
  • automation
  • control systems
  • controller area network
  • knowledge based systems
  • computers
  • safety factors

Cite this

Hietikko, M., Alanen, J., & Tiusanen, R. (1996). Työkoneiden ja automaation CAN-väyläsovellusten turvallisuus. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 1745
Hietikko, Marita ; Alanen, Jarmo ; Tiusanen, Risto. / Työkoneiden ja automaation CAN-väyläsovellusten turvallisuus. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1996. 101 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1745).
@book{8d60438bc9e441baa61f6db0e9282c72,
title = "Ty{\"o}koneiden ja automaation CAN-v{\"a}yl{\"a}sovellusten turvallisuus",
abstract = "Ty{\"o}koneiden ohjausj{\"a}rjestelm{\"a}t ovat nyky{\"a}{\"a}n yh{\"a} enemm{\"a}n useista {\"a}lykk{\"a}ist{\"a} yksik{\"o}ist{\"a} koostuvia reaaliaikaisia hajautettuja j{\"a}rjestelmi{\"a}, joiden tiedonsiirtoliikenn{\"o}inniss{\"a} k{\"a}ytet{\"a}{\"a}n CAN-v{\"a}yl{\"a}{\"a}. CAN-v{\"a}yl{\"a}n k{\"a}ytt{\"o} on lis{\"a}{\"a}ntynyt my{\"o}s muissa automaation sovelluksissa. Koneiden k{\"a}ytt{\"o}turvallisuuden kannalta hajautettu ohjaus toisaalta mahdollistaa koneen toimintojen entist{\"a} tehokkaamman diagnosoinnin, mutta on my{\"o}s uusi ja entist{\"a} vaikeammin hallittava riskitekij{\"a}. Ilman riitt{\"a}vi{\"a} varmistuksia tietokoneohjattu ty{\"o}kone voi vikaantuessaan toimia t{\"a}ysin odottamattomasti, kuten l{\"a}hte{\"a} liikkeelle, k{\"a}{\"a}nty{\"a}, k{\"a}ynnist{\"a}{\"a} ty{\"o}laitteen ohjauksen tai lukita jarrut. Tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa tietoa siit{\"a}, miten tunnistetaan ja hallitaan CAN-v{\"a}yl{\"a}j{\"a}rjestelmiin liittyvi{\"a} turvallisuustekij{\"o}it{\"a} ja mit{\"a} tekniikoita on k{\"a}ytett{\"a}viss{\"a} turvallisuuden varmistamiseksi tai sen lis{\"a}{\"a}miseksi ty{\"o}koneiden ja automaation CAN-v{\"a}yl{\"a}sovelluksissa. Suomessa jo toteutettuihin CAN-v{\"a}yl{\"a}ll{\"a} varustettuihin ty{\"o}konesovelluksiin on turvallisuusongelmiin kehitetty ratkaisuja l{\"a}hinn{\"a} yleisten koneturvallisuusvaatimusten ja ohjausj{\"a}rjestelmi{\"a} koskevien vaatimusten pohjalta. CAN-v{\"a}yl{\"a}sovellusten turvallisuutta tutkittiin t{\"a}ss{\"a} hankkeessa kolmen case-j{\"a}rjestelm{\"a}n avulla. N{\"a}ille tehtiin turvallisuusanalyysej{\"a}, joiden avulla selvitettiin mahdolliseen ei-toivottuun tapahtumaan johtavat syyt eri case-kohteina k{\"a}ytetyiss{\"a} CAN-j{\"a}rjestelmiss{\"a}. Tutkittiin, mitk{\"a} n{\"a}ist{\"a} syist{\"a} kohdistuvat CAN-v{\"a}yl{\"a}n laitteiston tai ohjelmiston osalle ja miten j{\"a}rjestelm{\"a}t on varmistettu ei-toivottujen tapahtumien varalta. Analyysien perusteella voitiin tehd{\"a} turvallisuuteen liittyvi{\"a} ehdotuksia CAN-j{\"a}rjestelmien tai niiden suunnitteluk{\"a}yt{\"a}nn{\"o}n kehitt{\"a}miseksi. Hankkeen tuloksena saatiin tietoa niist{\"a} turvallisuustekniikoista, menetelmist{\"a} ja toimenpiteist{\"a}, joita hajautettujen CAN-v{\"a}yl{\"a}j{\"a}rjestelmien laitteisto- ja ohjelmistosuunnittelussa voidaan k{\"a}ytt{\"a}{\"a} turvallisuuden parantamiseksi ja joita ei mainita nykyisess{\"a} turvallisuuteen liittyvi{\"a} j{\"a}rjestelmi{\"a} koskevassa IEC 1508 -standardiluonnoksessa. T{\"a}ss{\"a} julkaisussa kerrotaan t{\"a}m{\"a}n tiedon ja case-kohteiden lis{\"a}ksi CAN-v{\"a}yl{\"a}j{\"a}rjestelmien suunnitteluun liittyvist{\"a} turvallisuusvaatimuksista, CAN-j{\"a}rjestelm{\"a}n vikamuodoista ja siit{\"a}, miten diagnostiikasta saadaan apua turvallisuuteen.",
keywords = "safety, safety engineering, work machines, automation, control systems, controller area network, knowledge based systems, computers, safety factors",
author = "Marita Hietikko and Jarmo Alanen and Risto Tiusanen",
year = "1996",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-4900-7",
series = "VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "1745",
address = "Finland",

}

Hietikko, M, Alanen, J & Tiusanen, R 1996, Työkoneiden ja automaation CAN-väyläsovellusten turvallisuus. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, no. 1745, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Työkoneiden ja automaation CAN-väyläsovellusten turvallisuus. / Hietikko, Marita; Alanen, Jarmo; Tiusanen, Risto.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1996. 101 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1745).

Research output: Book/ReportReport

TY - BOOK

T1 - Työkoneiden ja automaation CAN-väyläsovellusten turvallisuus

AU - Hietikko, Marita

AU - Alanen, Jarmo

AU - Tiusanen, Risto

PY - 1996

Y1 - 1996

N2 - Työkoneiden ohjausjärjestelmät ovat nykyään yhä enemmän useista älykkäistä yksiköistä koostuvia reaaliaikaisia hajautettuja järjestelmiä, joiden tiedonsiirtoliikennöinnissä käytetään CAN-väylää. CAN-väylän käyttö on lisääntynyt myös muissa automaation sovelluksissa. Koneiden käyttöturvallisuuden kannalta hajautettu ohjaus toisaalta mahdollistaa koneen toimintojen entistä tehokkaamman diagnosoinnin, mutta on myös uusi ja entistä vaikeammin hallittava riskitekijä. Ilman riittäviä varmistuksia tietokoneohjattu työkone voi vikaantuessaan toimia täysin odottamattomasti, kuten lähteä liikkeelle, kääntyä, käynnistää työlaitteen ohjauksen tai lukita jarrut. Tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa tietoa siitä, miten tunnistetaan ja hallitaan CAN-väyläjärjestelmiin liittyviä turvallisuustekijöitä ja mitä tekniikoita on käytettävissä turvallisuuden varmistamiseksi tai sen lisäämiseksi työkoneiden ja automaation CAN-väyläsovelluksissa. Suomessa jo toteutettuihin CAN-väylällä varustettuihin työkonesovelluksiin on turvallisuusongelmiin kehitetty ratkaisuja lähinnä yleisten koneturvallisuusvaatimusten ja ohjausjärjestelmiä koskevien vaatimusten pohjalta. CAN-väyläsovellusten turvallisuutta tutkittiin tässä hankkeessa kolmen case-järjestelmän avulla. Näille tehtiin turvallisuusanalyysejä, joiden avulla selvitettiin mahdolliseen ei-toivottuun tapahtumaan johtavat syyt eri case-kohteina käytetyissä CAN-järjestelmissä. Tutkittiin, mitkä näistä syistä kohdistuvat CAN-väylän laitteiston tai ohjelmiston osalle ja miten järjestelmät on varmistettu ei-toivottujen tapahtumien varalta. Analyysien perusteella voitiin tehdä turvallisuuteen liittyviä ehdotuksia CAN-järjestelmien tai niiden suunnittelukäytännön kehittämiseksi. Hankkeen tuloksena saatiin tietoa niistä turvallisuustekniikoista, menetelmistä ja toimenpiteistä, joita hajautettujen CAN-väyläjärjestelmien laitteisto- ja ohjelmistosuunnittelussa voidaan käyttää turvallisuuden parantamiseksi ja joita ei mainita nykyisessä turvallisuuteen liittyviä järjestelmiä koskevassa IEC 1508 -standardiluonnoksessa. Tässä julkaisussa kerrotaan tämän tiedon ja case-kohteiden lisäksi CAN-väyläjärjestelmien suunnitteluun liittyvistä turvallisuusvaatimuksista, CAN-järjestelmän vikamuodoista ja siitä, miten diagnostiikasta saadaan apua turvallisuuteen.

AB - Työkoneiden ohjausjärjestelmät ovat nykyään yhä enemmän useista älykkäistä yksiköistä koostuvia reaaliaikaisia hajautettuja järjestelmiä, joiden tiedonsiirtoliikennöinnissä käytetään CAN-väylää. CAN-väylän käyttö on lisääntynyt myös muissa automaation sovelluksissa. Koneiden käyttöturvallisuuden kannalta hajautettu ohjaus toisaalta mahdollistaa koneen toimintojen entistä tehokkaamman diagnosoinnin, mutta on myös uusi ja entistä vaikeammin hallittava riskitekijä. Ilman riittäviä varmistuksia tietokoneohjattu työkone voi vikaantuessaan toimia täysin odottamattomasti, kuten lähteä liikkeelle, kääntyä, käynnistää työlaitteen ohjauksen tai lukita jarrut. Tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa tietoa siitä, miten tunnistetaan ja hallitaan CAN-väyläjärjestelmiin liittyviä turvallisuustekijöitä ja mitä tekniikoita on käytettävissä turvallisuuden varmistamiseksi tai sen lisäämiseksi työkoneiden ja automaation CAN-väyläsovelluksissa. Suomessa jo toteutettuihin CAN-väylällä varustettuihin työkonesovelluksiin on turvallisuusongelmiin kehitetty ratkaisuja lähinnä yleisten koneturvallisuusvaatimusten ja ohjausjärjestelmiä koskevien vaatimusten pohjalta. CAN-väyläsovellusten turvallisuutta tutkittiin tässä hankkeessa kolmen case-järjestelmän avulla. Näille tehtiin turvallisuusanalyysejä, joiden avulla selvitettiin mahdolliseen ei-toivottuun tapahtumaan johtavat syyt eri case-kohteina käytetyissä CAN-järjestelmissä. Tutkittiin, mitkä näistä syistä kohdistuvat CAN-väylän laitteiston tai ohjelmiston osalle ja miten järjestelmät on varmistettu ei-toivottujen tapahtumien varalta. Analyysien perusteella voitiin tehdä turvallisuuteen liittyviä ehdotuksia CAN-järjestelmien tai niiden suunnittelukäytännön kehittämiseksi. Hankkeen tuloksena saatiin tietoa niistä turvallisuustekniikoista, menetelmistä ja toimenpiteistä, joita hajautettujen CAN-väyläjärjestelmien laitteisto- ja ohjelmistosuunnittelussa voidaan käyttää turvallisuuden parantamiseksi ja joita ei mainita nykyisessä turvallisuuteen liittyviä järjestelmiä koskevassa IEC 1508 -standardiluonnoksessa. Tässä julkaisussa kerrotaan tämän tiedon ja case-kohteiden lisäksi CAN-väyläjärjestelmien suunnitteluun liittyvistä turvallisuusvaatimuksista, CAN-järjestelmän vikamuodoista ja siitä, miten diagnostiikasta saadaan apua turvallisuuteen.

KW - safety

KW - safety engineering

KW - work machines

KW - automation

KW - control systems

KW - controller area network

KW - knowledge based systems

KW - computers

KW - safety factors

M3 - Report

SN - 951-38-4900-7

T3 - VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes

BT - Työkoneiden ja automaation CAN-väyläsovellusten turvallisuus

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Hietikko M, Alanen J, Tiusanen R. Työkoneiden ja automaation CAN-väyläsovellusten turvallisuus. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1996. 101 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1745).