Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Raspberry PI als Sicherheitssystem


von Mounir A. (m_abd)


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Sehr geehrte uC Community,

für ein Studienprojekt baue ich ein Sicherheitssystem für einen 
Prüfstand mit Raspberry Pi auf. Dieser enthält Temperatursensoren und 
Rauchmelder und ähnliches und soll bei detektiertem Fehler Den Prüfstand 
ausschalten und eine E-mail versenden.
Der Teil mit dem Prüfstand ausschalten bereitet mit im Moment 
Schwierigkeiten.
Hat jemand eine Idee wie/womit man das am besten realisieren kann. Ich 
möchte ungern direkt (über ein Relais) mit der PI 230V schalten. Welche 
anderen Möglichkeiten gibt es hier? Gibt es vielleicht Standards bei der 
Schaltschrankeinrichtung für einen solchen Fall?
Das Sicherheitssystem an sich soll natürlich weiter laufen.

Vielen Dank und mit freundlichen Grüßen

von Rufus Τ. F. (rufus) Benutzerseite


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Mounir A. schrieb:
> Ich möchte ungern direkt (über ein Relais) mit der PI 230V schalten.

Warum nicht?

von Mounir A. (m_abd)


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Ich habe ein bisschen gesucht, und habe kein relais gefunden dass mit 5V 
von der Pi 230V schaltet.
Außerdem wird das in einer Firma verwendet. Es wird darauf Wert gelegt, 
das alles sicher ist und den Richtlinien entspricht.
Deshalb dachte ich es wäre besser, wenn man schon fertige Bauteile 
verwendet und nicht noch rumlötet und selber viel verkabelt.

von Mounir A. (m_abd)


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Sie merken vielleicht schon, ich habe nicht allzu große Ahnung von 
Elektronik.

von MirkoB (Gast)


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Ist es überhaupt zulässig, dass die Sicherheitseinrichtungen 
(Brandmelder, Temperatur usw.) nur in Software ausgewertet werden und 
dann in Software der Strom abgeschalten wird?

Meiner Meinung nach sollte der Sicherheitskreis in Hardware ausgeführt 
werden. (Brandmelder löst aus -> Schütz schaltet Strom ab)

Anschließend kannst Du den "Melder" auswerten und deine eMail versenden.
(Brandmelder = "low", Spannung ="low" -> Brandmelder hat ausgelöst und 
Spannung abgeschalten)

Deine Sicherheitssignale sollten low-active sein, damit auch ein 
abgefallenes Kabel detektiert werden kann. (eine fehlerhafte Verbindung 
wäre dann "low" und würde einen Fehler verursachen)

Mirko

von wendelsberg (Gast)


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Fuer Sicherheit (mit Bastelhardware sowieso fraglich) muss der Ansatz 
aber sein, dass nur EINgeschaltet wird, wenn erkannt wird, dass alles 
gut ist.
Wenn nicht, dann bleibt der Pruefstand aus.

wendelsberg

von meccanico (Gast)


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Mounir A. schrieb:
> Es wird darauf Wert gelegt,
> das alles sicher ist und den Richtlinien entspricht.

Und dann einen PI um Sicherheit zu gewährleisten?


230V ... und welcher Strom bzw. welche Leistung hat der Prüfstand?

-> Halbleiterrelais oder SSR

von wendelsberg (Gast)


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Mounir A. schrieb:
> Außerdem wird das in einer Firma verwendet. Es wird darauf Wert gelegt,
> das alles sicher ist und den Richtlinien entspricht.

Ahh, zu spaet gesehen. Ob Du Bastelhardware fuer sicherheitskritische 
Dinge richtlinenkonform verwenden kannst, ist mehr als fraglich.

wendelsberg

von MirkoB (Gast)


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wendelsberg schrieb:
> dass nur EINgeschaltet wird, wenn erkannt wird, dass alles
> gut ist.

Einfach alle Abschaltvorrichtungen in eine Reihe schalten.
(Brandmelder, Temperaturschalter, Not-Aus, ...)
Wenn nur einer aus der Reihe tanzt, geht es nicht einzuschalten.

Allerdings kann man so schlecht detektieren, wenn mehrere ausgelöst 
haben.
(immer nur bis zum ersten in der Kette)

Andererseits könnte man alle Melder auch Mehrfach-AND verknüpfen. Aber 
da weiß ich nicht, wie das Sicherheitstechnisch aussieht. (aktive 
Bauelemente)

Mirko

von Martin L. (maveric00)


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Hallo,

zuerst einmal muss ich fragen: "Sicherheitssystem" wie in "Maschine 
sichern, damit sie nicht kaputt geht", oder "Sicherheitssystem" wie in 
"Menschen sichern, damit diese nicht durch die Maschine getötet werden".

Falls es nur um die Maschine geht, dann ist der Ansatz mit dem Relais 
schon der Richtige, es gibt eine Vielzahl fertiger Relais-Boards, die 
mit 5V geschaltet werden können. Bleibt nur, das richtige auszusuchen, 
was von der Leistungsaufnahme und der Leistungsart (induktiv oder 
resistiv) abhängt. Alternativ nimmt man das Relais, um damit einen 
Maschinen-Schütz zu schalten.

Falls es um Menschen geht:

Hört sich vielleicht blöd an, aber mit Deinem jetzigen Wissenstand 
darfst Du das nicht. Für die Sicherheit von elektrischen, elektronischen 
und elektronisch-programmierbaren Geräten gibt es allgemeine (IEC 61508) 
und fachspezifische Normen (z.B. ISO 26262 für Automotive). Allen diesen 
Normen ist gemein, dass sie fordern, dass nur Menschen, die wissen was 
sie tun sich um die Entwicklung der Sicherheit kümmern dürfen.

In der Regel bedeutet das, dass man mindestens 3 Jahre fachspezifisch im 
Bereich "Funktionale Sicherheit" unterwegs gewesen sein muss, um 
verantwortlich eine entsprechende Entwicklung durchzuführen.

Nichtbeachtung führt dazu, dass Du und Dein Prof sich im Zweifelsfall 
wegen Fahrlässigkeit vor Gericht zu verantworten haben (und fahrlässige 
Tötung macht sich nicht gut im Lebenslauf...).

Abgesehen davon ist der RasPi vermutlich nicht für diese Aufgabe 
geeignet, da ihm entsprechende Überwachungsmaßnahmen fehlen (wer sagt 
denn, dass nicht der RasPi falsch rechnet?).

Eine kurze Einführung (und das ist nicht ironisch gemeint, die Normen 
haben teilweise mehrere 100 Seiten) bietet 
http://www.industry.siemens.com/topics/global/de/safety-integrated/maschinensicherheit/sicherheitsnormen/Documents/Einfuehrung_und_Begriffe_zur_funktionalen_Sicherheit_von_Maschinen_und_Anlagen_2013.pdf

Schöne Grüße,
Martin

von wendelsberg (Gast)


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MirkoB schrieb:
> Einfach alle Abschaltvorrichtungen in eine Reihe schalten.
> (Brandmelder, Temperaturschalter, Not-Aus, ...)
> Wenn nur einer aus der Reihe tanzt, geht es nicht einzuschalten.
>
> Allerdings kann man so schlecht detektieren, wenn mehrere ausgelöst
> haben.
> (immer nur bis zum ersten in der Kette)

Richtig. Sicherheitskritische Dinge mit (ggf. zertifizierter) Hardware.

Die Diagnose kann ja dann der Pi uebernehmen.

wendelsberg

von Rabesam (Gast)


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Hallo,
erstens mal arbeiten die GPIOs des Raspberrys auf 3,3V, dafür müsstest 
du dann einen Relaistreiber hernehmen/bauen. Und falls es so 
sicherheitskritisch und im Industrieumfeld ist, würde ich dafür eher 
eine Siemens LOGO/SPS für nehmen.

von Mounir A. (m_abd)


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Vielen Dank erstmal für die Antworten.
Ich habe das ganze nicht richtig erläutert.
Also die Räumlichkeiten in der Firma haben an sich schon ein 
Sichertheitssystem, das unabhängig voin allem arbeitet.
Das Sicherheitssystem mit der Raspberry soll nur in dem Fall verwendet 
werden, wenn keine Mitarbeiter anwesend sind (über NAcht oder 
Wochenende, bei LAngzeittest von Steuergeräten.).
Es soll halt den Strom abschalten des Prüfstandes und dem Werkschutz 
mitteilen wo die Störung ist.
Also Menschen sind dann zu dem Zeitpunkt keine vorhanden.

von Stefan F. (Gast)


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Wenn du dich von den 230V fernhalten möchtest, dann schau Dir mal 
Funk-Steckdosen an. Den Sender kannst du direkt an den Raspberry Pi 
anschließen.

von 6a66 (Gast)


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MirkoB schrieb:
> Meiner Meinung nach sollte der Sicherheitskreis in Hardware ausgeführt
> werden. (Brandmelder löst aus -> Schütz schaltet Strom ab)

In heutigen Sensoren mit entsprechend SIL-STufen werkelt immer ein )oder 
mehrere) Prozessoren mit SW :)

Es wäre aber klärenswert welche Sicherheit denn gewünscht oder gefordert 
wäre, denn wenn der Prüfstand abraucht und dadurch das gebäude in Brand 
gerät ... weil der RPI eingeschafen ist ...

rgds

von 6a66 (Gast)


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Mounir A. schrieb:
> Vielen Dank erstmal für die Antworten.
> Ich habe das ganze nicht richtig erläutert.
> Also die Räumlichkeiten in der Firma haben an sich schon ein
> Sichertheitssystem, das unabhängig voin allem arbeitet.
> Das Sicherheitssystem mit der Raspberry soll nur in dem Fall verwendet
> werden, wenn keine Mitarbeiter anwesend sind (über NAcht oder
> Wochenende, bei LAngzeittest von Steuergeräten.).
> Es soll halt den Strom abschalten des Prüfstandes und dem Werkschutz
> mitteilen wo die Störung ist.
> Also Menschen sind dann zu dem Zeitpunkt keine vorhanden.

Und das wird von jemandem entwickelt...

Mounir A. schrieb:
> Sie merken vielleicht schon, ich habe nicht allzu große Ahnung von
> Elektronik.

????

rgds

von Joachim B. (jar)


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Mounir A. schrieb:
> Sie merken vielleicht schon, ich habe nicht allzu große Ahnung von
> Elektronik.

und vom PI

Das kann nur jemand denken dem noch nie auf einem PI das Dateisystem 
verreckt ist, sei es durch Spannungsunterbrechung beim Schreiben oder 
weil die SD Karte aufgab oder die SD Kartenkontakte!

Der Rest wäre ja lösbar,
USV für den PI,
read only Dateisystem,
galvanische Trennung für die Sensoren und Schaltspannung,

ABER den PI im Dauereinsatz vor Ausfall schützen für professionelle 
Anwendungen eher nicht!

was mir passiert ist: ein open ssh Zertifikat ausläuft und man erst mal 
nicht mehr über ssh an den PI kommt.

von Mounir A. (m_abd)


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Stefan U. schrieb:
> Wenn du dich von den 230V fernhalten möchtest, dann schau Dir mal
> Funk-Steckdosen an. Den Sender kannst du direkt an den Raspberry Pi
> anschließen.

Gibt es sowas auch mit KAbelverbundung anstatt Funk.
Das Porblem bei Funk ist, dass mehrere Systeme in unmittelbarer Nähe
zueinander betrieben werden. Es könnte ja passieren, dass das Funksignal
nicht nur den betroffenen ausschaltet, sondern auch den daneben zum
Beispiel.

von Martin L. (maveric00)


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Hallo,

Mounir A. schrieb:
> Also Menschen sind dann zu dem Zeitpunkt keine vorhanden.

Schön zu hören. Trotzdem ganz dringend die Haftungsfrage klären - wer 
zahlt, wenn der Pi auf einen Maschinenfehler nicht reagiert und deswegen 
die Maschine zerstört wird / aufgrund eines Kurzschlusses der Strom und 
damit die Produktion ausfällt / der Raum abbrennt - oder das Gebäude?

Zumindest dies kann man vertraglich regeln, Schäden an Menschen 
allerdings nicht (hoffentlich ist der Nachtwächter nicht gerade auf 
seiner Runde, wenn der Pi versagt).

Ach ja - glaubst Du tatsächlich, dass sich die Mitarbeiter auch während 
ihrer Anwesenheit nicht auf das Sicherheitssystem verlassen? 
Wahrscheinlicher ist es, dass sie sogar das Sicherheitssystem ungewollt 
auf die Probe stellen (Belastung ändern, Blätter auf Lüftungsschlitze 
legen,...)

Schöne Grüße,
Martin

von Stefan F. (Gast)


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Funk gesteuerte Steckdosen sind codiert. Jede Steckdose hat einen 
eigenen Code.

Für verkabelte Lösungen hast du ja schon Vorschläge bekommen. 
Relaisplatinen werden bei Ebay und Amazon in allen Varianten angeboten. 
Du must halt nur welche mit geeigneten Relais heraus suchen.

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