DE102006007844A1 - Method for single-channel bus coupling of safety-critical process, involves transmitting release signal from processing channel to intermediate register through processing channel - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine zur Durchführung des Verfahrens angepasste Vorrichtung zur einkanaligen Busankopplung sicherheitsrelevanter Prozesse.The The invention relates to a method and a for carrying out the Method adapted device for single-channel bus coupling safety-relevant processes.
Unter einem sicherheitsrelevanten Prozess wird nachfolgend ein Prozess verstanden, von dem bei Auftreten eines Fehlers eine nicht zu vernachlässigende Gefahr für Menschen und/oder auch materielle Güter ausgeht. Bei einem sicherheitsrelevanten Prozess muss daher mit im Idealfall 100-prozentiger Sicherheit gewährleistet sein, dass bei Vorliegen eines Fehlers dieser Prozess, ein mit diesem Prozess gekoppelter Folgeprozess und/oder ein diesen Prozess umfassendes Gesamtsystem in einen sicheren Zustand überführt wird. Derartige sicherheitsrelevante Prozesse können somit auch Teilprozesse von größeren, übergeordneten Gesamtprozessen sein. Beispiele für sicherheitsrelevante Prozesse sind chemische Verfahren, bei denen kritische Parameter unbedingt in einem vorgegebenen Bereich gehalten werden müssen, komplexe Maschinensteuerungen, wie etwa bei einer hydraulischen Presse oder einer Fertigungsstraße, bei welchen beispielsweise das Inbetriebnehmen eines Press/Schneidwerkzeuges einen sicherheitsrelevanten Teilprozess darstellen kann. Weitere Beispiele für sicherheitsrelevante (Teil-) Prozesse sind die Überwachung von Schutzgittern, Schutztüren oder Lichtschranken, die Steuerung von Zweihandschaltern oder auch die Reaktion auf Notausschalter.Under A safety-relevant process is subsequently a process understood, of which in the occurrence of a mistake a non-negligible danger for People and / or material goods. In a security-relevant process must therefore be guaranteed with 100 percent security in the ideal case be that in the presence of a mistake this process, one with this Process-coupled follow-up process and / or a process comprising this process Whole system is transferred to a safe state. Such security relevant Processes can thus also sub-processes of larger, higher-level Be whole processes. Examples of security-relevant processes are chemical processes where critical parameters are unconditional must be kept in a predetermined range, complex machine controls, such as a hydraulic press or a production line which, for example, the commissioning of a press / cutting tool can represent a safety-relevant sub-process. Further examples for Safety-relevant (partial) processes are the monitoring of protective gratings, protective doors or Photoelectric sensors, the control of two-hand switches or the Reaction to emergency stop switch.
Für alle sicherheitsrelevanten Prozesse ist es somit unbedingt erforderlich, dass die jeweils zugehörigen, erzeugten oder erfassten bzw. gemessenen, sicherheitsrelevanten Daten ohne irgendeine Verfälschung zeitnah transportiert werden, da jede Verfälschung eine fehlerhafte Funktion und/oder Reaktion zur Folge haben kann, die in letzter Konsequenz das Leben und die Gesundheit von Personen gefährden kann.For all security relevant Processes, it is thus absolutely necessary that the respectively associated, generated or recorded or measured, safety-relevant data without some adulteration be transported in a timely manner, since any adulteration is a faulty function and / or reaction can result in the last consequence can endanger the life and health of people.
Um den Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, hat es in den letzten Jahren zahlreiche Vereinbarungen gegeben, die einen nahezu fehlerfreien Datentransport beim Einsatz von Bussystemen fordern. Diese betreffen insbesondere den Datentransport selbst sowie eine zulässige Restfehlerwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit der jeweiligen Anwendung bzw. des jeweiligen Prozesses. Als einschlägige Standards sind hierbei insbesondere die EN 61508 und die EN 954-1 zu nennen sowie die Grundsätze für die Prüfung und Zertifizierung von "Bussystemen für die Übertragung sicherheitsrelevanter Nachrichten" der Prüf- und Zertifizierungsstelle der gewerblichen Berufsgenossenschaften.Around has to meet the safety requirements, it has in recent years Numerous agreements have been made that are nearly error-free Demand data transport when using bus systems. These concern in particular the data transport itself as well as a permissible residual error probability dependent on the respective application or process. As relevant standards Here, in particular, EN 61508 and EN 954-1 should be mentioned as well as the principles for the exam and certification of "bus systems for the transmission safety-relevant messages "of the testing and certification body the professional trade associations.
Entsprechend dieser Vereinbarungen und Normen sind sicherheitsgerichtete Bussysteme entwickelt worden, die Daten mit hoher Redundanz übertragen. Mögliche Fehler werden rechtzeitig entdeckt und eine Gefährdung kann abgewendet werden. Beispiele hierfür sind unter anderem der Safety Bus P, Profibus F, Interbus Safety, u.a.Corresponding These agreements and standards are safety-related bus systems have been developed which transmit data with high redundancy. Possible Errors are detected in good time and a threat can be averted. Examples of this include the Safety Bus P, Profibus F, Interbus Safety, et al
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass für den Einsatz sicherheitsgerichteter Bussysteme bereits installierte Bussysteme ersetzt werden müssen und häufig Einschränkungen bei der Anzahl der Teilnehmer, bei der Datentransportrate oder beim Datenprotokoll in Kauf genommen werden müssen.adversely However, here is that for already installed the use of safety-related bus systems Bus systems must be replaced and often Restrictions on the number of participants, the data transport rate or the Data log must be accepted.
Als Folge sind sicherheitsgerichtete Verfahren und/oder Komponenten entwickelt worden, die eine einfachere und kostengünstigere Nachrüstung bereits existierender Bussysteme ermöglichen. Insbesondere bei der Steuerungs- und Automatisierungstechnik verwendete elektronische Sicherungsverfahren nutzen hierbei zur Übertragung sicherheitsrelevanter Daten, insbesondere zwischen Sensoren, Aktoren und/oder Steuerungseinrichtungen, die zwischen den einzelnen an einem Prozess beteiligten Einheiten bereits eingesetzten (Feld-) Bussysteme zur Datenkommunikation.When The result is safety-related procedures and / or components been developed, which is a simpler and more cost-effective Retrofit already enable existing bus systems. Especially in the control and Automation technology used electronic security methods use for transmission safety-relevant data, in particular between sensors, actuators and / or control devices operating between the individual units involved in a process already in use (field) Bus systems for data communication.
Die
Unter dem allgemeinen Begriff Rechner sind nachfolgend, sofern eine weitergehende Spezifizierung nicht erfolgt, im Wesentlichen jede Art von Datenverarbeitungseinrichtungen wie Mikro-Computer, Mikro-Prozessoren, Mikro-Controller oder auch PC's, zu verstehen.Under the general term calculator are below, if a more extensive Specification does not take place, essentially any type of data processing equipment like micro-computers, micro-processors, micro-controllers or even PC's, understand.
Auch
die WO 01/15385 A2 betrifft die Steuerung sicherheitsrelevanter
Prozesse unter Verwendung von (Feld-) Bussystemen, wobei die an
der Steuerung des sicherheitsrelevanten Prozesses beteiligten Einheiten
wiederum in der Regel redundant aufgebaute Verarbeitungskanäle aufweisen.
Jeder der redundanten Kanäle
umfasst einen Rechner, die sich gegenseitig kontrollieren. Diese
mehrkanalige Struktur wird über
einen weiteren mit dem Feldbus verbunden Rechner in eine einkanalige
Struktur überführt (
Der
WO 01/15391 A1 und der Offenlegungsschrift
Die
eine Einrichtung zur einkanaligen. Übertragung von mittels zwei
redundanten Rechnern gebildeten Daten betreffende Patentschrift
Ferner
beschreibt die
Die am 17. August 2004 vom selben Anmelder der vorliegenden Erfindung eingereichte deutsche Patentanmeldung 10 2004 039 932.8, zu welcher die vorliegende Erfindung eine Weiterentwicklung darstellt, hatte sich als eine Aufgabe gestellt, für die sichere Busankopplung von sicherheitsrelevanten Prozessen einen weiteren, neuen und verbesserten Weg für den Übergang von der Mehrkanaligkeit zur Einkanaligkeit bereit zu stellen und auf eine einfach zu realisierende Weise, insbesondere auch einfach zu testende Weise, eine Rückwirkungsfreiheit und Unabhängigkeit bei der Erstellung eines sicherheitsgerichteten Protokolls, welches als Sicherheitstelegramm über einen Bus übertragen werden soll, sicher zu stellen.The on August 17, 2004, by the same assignee of the present invention filed German patent application 10 2004 039 932.8, to which the present invention represents a further development had presented as a task for the secure bus connection of security-related processes another, new and improved Way for the transition from multi-channeling to single-channeling and to provide in an easy to implement way, especially easy to be tested, a reaction free and independence when creating a safety-related protocol, which as safety telegram over transfer a bus is to be sure.
Hierzu wurde vorgeschlagen, ein Verfahren zur einkanaligen Busankopplung eines sicherheitskritischen Prozesses vorzusehen, bei welchem ein für den sicherheitskritischen Prozess relevanter Datensatz über zumindest zwei redundante Verarbeitungskanäle, insbesondere protokollspezifisch, nach identischen Gesetzmäßigkeiten zu jeweils einem sicherheitsgerichteten Protokoll verarbeitet wird und die redundanten sicherheitsgerichteten Protokolle zur einkanaligen Busankopplung wieder zu einem gemeinsamen sicherheitsgerichteten Protokoll zusammengesetzt werden, und zwar indem von jedem der Verarbeitungskanäle auf ein gemeinsames Zwischenregister zugegriffen wird, wobei für jede Registerstelle eine Schreibberechtigung nur einmal vergeben wird, derart dass das gemeinsame sicherheitsgerichtete Protokoll, also das zu übertragende Sicherheitstelegramm, anteilig durch Einschreiben jeweils unterschiedlicher Anteile der jeweiligen sicherheitsgerichteten Protokolle zusammengesetzt wird.For this It was proposed a method for single-channel bus coupling to provide a safety-critical process, in which one for the safety-critical Process relevant record over at least two redundant processing channels, in particular protocol-specific, according to identical laws is processed to a safety-related protocol and the redundant safety-related protocols for single-channel Bus coupling back to a common safety-related Protocol by putting from each of the processing channels to one common temporary register is accessed, wherein for each register location a write permission is given only once, so that the common safety-related protocol, that is to be transmitted Safety telegram, proportionate by registered letter in each case different Shares of the respective safety-related protocols composed becomes.
Ein wesentlicher Vorteil war hierbei folglich, dass zum einen beide Verarbeitungskanäle in der Lage sind, das komplette sicherheitsgerichtete Protokoll zu berechnen, so dass dieses sich positiv auf die benötigte Telegrammlänge auswirkt, da alle Datenbits mit den unterschiedlichen Sicherungsmechanismen bereits in den redundanten Verarbeitungskanälen vorbekannt sind und keine zusätzlichen Datenbits übertragen werden müssen, die auf der Empfängerseite den Rückschluss auf die einwandfreie Berechnung zulassen. Darüber hinaus ist gewährleistet, dass ein Verarbeitungskanal alleine nicht in der Lage ist, ein Sicherheitstelegramm zu senden, wobei die Steuerung über die jeweils nur einmal vergebbare Schreibberechtigung von Daten in einer Registerstelle eine einfach zu implementierende und hoch effiziente Möglichkeit darstellt, um unabhängig vom verwendeten Bus(system) eine kostengünstige wesentlich erhöhte Sicherheit zu gewährleisten.One The main advantage here was that on the one hand both processing channels are able to complete the safety-related protocol so that this has a positive effect on the required telegram length, since all data bits with the different security mechanisms already known in the redundant processing channels and none additional Transfer data bits Need to become, the on the receiver side the inference allow for proper calculation. In addition, it is guaranteed that a processing channel alone is not capable of a safety telegram to send, with the control over the only one ever assignable write authorization of data in a registrar one easy to implement and high efficient way Represents to be independent From the bus (system) used a cost significantly increased security to ensure.
Die Realisierung einer intelligenten Einheit zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit bereits durch Verwendung einer wenigstens zwei redundante Rechner umfassenden Vorrichtung gewährleistbar, bei welcher die Rechner zum Verarbeiten eines identischen Eingangsdatensatzes unter Anwendung identischer Gesetzmäßigkeiten zu jeweils einem sicherheitsgerichteten Protokoll ausgebildet sind und die über eine Schaltungsanordnung mit einem gemeinsamen Zwischenregister derart verbunden sind, dass für jede Registerstelle des Zwischenregisters ein Schreibzugriff nur für jeweils einen der Rechner gegeben ist.The Realization of an intelligent unit for performing the inventive method is thus already by using at least two redundant Calculator comprehensive device guaranteed, in which the Computer for processing an identical input data set under Application of identical laws are each designed for a safety-related protocol and the over a circuit arrangement with a common intermediate register such are connected that for each register of the intermediate register is write-only for each one of the computers is given.
Die Erfindung gemäß der deutschen Patentanmeldung 10 2004 039 932.8 ermöglicht somit bereits durch Verwendung von Standardkomponenten und unabhängig vom jeweiligen Bussystem eine einfach zu implementierende, hoch dynamische und hoch effiziente Lösung zur rückwirkungsfreien und unabhängigen Bildung eines jeweiligen sicherheitsgerichteten Protokolls, wobei die spezifischen Verarbeitungsregeln zur Bildung des Sicherheitstelegramms hierbei zweckmäßigerweise geeignet sind, den jeweiligen Sicherheitsanforderungen zu genügen, insbesondere den Sicherheitsanforderungen für eine einfache Übertragung gemäß SIL 3 IEC 61508.The Invention according to the German Patent application 10 2004 039 932.8 thus already allows by Use of standard components and independent of the respective bus system an easy to implement, highly dynamic and highly efficient solution for non-reactive and independent Formation of a respective safety-related protocol, wherein the specific processing rules for the formation of the safety telegram this expediently are suitable to meet the respective safety requirements, in particular the security requirements for a easy transmission according to SIL 3 IEC 61508.
Ferner sah die Erfindung gemäß der deutschen Patentanmeldung 10 2004 039 932.8 bereits vor, die Schaltungsanordnung in zweckmäßiger Weise derart auszubilden, dass jeder der Rechner auf jede Registerstelle des Zwischenregisters lesend zugreifen kann, so dass gemäß bevorzugter Ausbildung vor einer Übergabe des gemeinsamen sicherheitsgerichteten Protokolls aus dem Zwischenregister zur Übertragung von jedem der redundanten Verarbeitungskanäle auf jede Registerstelle lesend zurückgegriffen wird, um eine Verifikation des gemeinsam gebildeten sicherheitsgerichteten Protokolls durchführen. Durch den hierdurch möglichen zusätzlichen Vergleich des gemeinsam gebildeten sicherheitsgerichteten Protokolls mit dem jeweils separat bzw. individuell über die Verarbeitungskanäle gebildeten sicherheitsgerichteten Protokoll konnte die erreichte Sicherheit nochmalig wesentlich erhöht werden, da beim Ausfall oder Fehler eines Rechners folglich kein vollständiges Sicherheitstelegramm erzeugt werden kann, so dass zwangsläufig auf Fehler erkannt wird und eine sicherheitsgerichtete Funktion auslösbar ist.Further saw the invention according to the German Patent Application 10 2004 039 932.8 before, the circuit arrangement in an appropriate manner such that each of the computers on each register location of the intermediate register can read, so that according to preferred Training before a handover of the common safety-related protocol from the intermediate register for transmission from each of the redundant processing channels to each register location recourse to reading is a verification of the jointly formed safety-related Protocol. Through this possible additional Comparison of the jointly formed safety-related protocol with each formed separately or individually via the processing channels Safety-related protocol was able to achieve the safety significantly increased again be, because in case of failure or error of a computer consequently no complete Safety telegram can be generated, so that inevitably Error is detected and a safety-related function can be triggered.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass das gemeinsam gebildete sicherheitsgerichtete Protokoll im Fehlerfall gegebenenfalls bereits aus dem Zwischenregister zur Weiterbearbeitung übergeben wird, obwohl die Verifikation des rückgelesenen Protokolls noch nicht abgeschlossen ist.It However, it has been shown that the jointly formed safety-oriented Protocol in case of error possibly already from the intermediate register for further processing although the verification of the returned protocol is not yet is completed.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr, den Gegenstand der deutschen Patentanmeldung 10 2004 039 932.8 derart weiterzuentwickeln, dass bei Rücklesen zur Verifikation des in das Zwischenregister gemeinsamen eingeschriebenen sicherheitsgerichteten Protokolls die Übergabe dieses gemeinsamen sicherheitsgerichteten Protokolls aus dem Zwischenregister ausgeschlossen ist, solange die Verifikation nicht vollständig abgeschlossen ist.A Object of the present invention is now, the subject German Patent Application 10 2004 039 932.8 to develop such that when reading back for verification of the safety-related ones registered in the intermediate register Protocol the handover this common safety-related protocol from the intermediate register is excluded as long as the verification is not completed.
Die erfindungsgemäße Lösung ist auf höchst überraschende Weise bereits durch einen Gegenstand mit den Merkmalen eines der anhängigen unabhängigen Ansprüche gegeben.The inventive solution most surprising Already by an object with the characteristics of one of pending independent claims given.
Vorteilhafte und/oder bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.advantageous and / or preferred embodiments and further developments are the subject of the respective dependent claims.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass bei Rücklesen des in das Zwischenregister gemeinsamen eingeschriebenen sicherheitsgerichteten Protokolls zu dessen Verifikation dieses gemeinsam gebildete, in das Zwischenregister eingeschriebene sichere bzw. sicherheitsgerichtete Protokoll erst in Reaktion auf eine Freigabe durch jeden der redundanten Verarbeitungskanäle zur Übergabe oder Übernahme aus dem Zwischenregister zur Weiterbearbeitung freigegeben wird.According to the invention is thus provided that when reading back of the written to the intermediate register safety-related protocol for its verification this jointly formed, in the intermediate register inscribed secure or safety-related protocol only in response to a release by each of the redundant processing channels for handover or takeover is released from the intermediate register for further processing.
Ist hierzu erfindungsgemäß die wenigstens zwei redundante Rechner umfassende Vorrichtung derart ausgebildet, dass bei einer Lese-Zugriffsmöglichkeit auf jede Registerstelle des Zwischenregisters für jeden der Rechner, die Rechner Mittel zum Verifizieren eines aus dem Zwischenregister rückgelesenen Inhalts und zum Freigeben des Inhalts des Zwischenregisters unter Ansprechen auf eine positive Verifikation umfassen, kann eine solche Freigabe auf einfache und kostengünstige Weise bereits durch Übertragen entsprechender Freigabesignale an das Zwischenregister bewirkt werden.is according to the invention, the at least two redundant computer comprehensive device designed such that with a read access option to each register location of the intermediate register for each of the computers, the computers Means for verifying a read from the intermediate register Contents and to release the contents of the clipboard below Such a response can include a positive verification Release in a simple and cost-effective way already by transfer corresponding release signals are effected to the intermediate register.
Um einen Zugriff auf den Zwischenregisterinhalt für dessen Übergabe oder Übernahme zur Weiterbearbeitung ausschließlich bei Vorliegen einer Freigabe durch jeden der redundanten Verarbeitungskanäle zu ermöglichen bzw. freizugeben, kann z.B. die Aktivierung eines eine Ausgabe des Inhalts freigebenden Signals oder Enable-Signals über eine UND-Verknüpfung der einzelnen Freigabesignale bewirkt werden.Around an access to the intermediate register contents for its transfer or acceptance for further processing exclusively when enabled by each of the redundant processing channels or release, e.g. the activation of an output of the Content enabling signal or enable signal via an AND operation of the individual release signals are effected.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist ferner vorgesehen, dass jedes der redundanten sicheren Protokolle aus einer der Anzahl der redundanten Verarbeitungskanäle entsprechenden Anzahl von Protokollteilen aufgebaut wird, und die Schreibberechtigungen derart vergeben werden, dass zum Zusammensetzen des gemeinsamen sicheren Protokolls von jedem Verarbeitungskanal ein jeweils anderer Protokollteil in das Zwischenregister eingeschrieben wird.In a further preferred embodiment It is further contemplated that each of the redundant secure protocols from one of the number of redundant processing channels Number of protocol parts, and write permissions be assigned in such a way that to put together the common secure protocol from each processing channel one at a time Protocol part is written to the intermediate register.
Insbesondere bei Ausbildung und/oder Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher jeder der wenigstens zwei redundanten Rechner zur paketbasierten Datenverarbeitung ausgebildet ist, ist in Weiterbildung des Verfahrens vorgeschlagen, dass jedes redundante sichere Protokoll aus einer Anzahl von Datenpaketen aufgebaut wird und die Schreibberechtigung für ein datenpaketweises Einschreiben vergeben wird.Especially during training and / or use of a device according to the invention, wherein each of the at least two redundant computers is packet-based Data processing is formed, is in development of the method suggested that any redundant secure protocol be from a Number of data packets is built and the write permission for a Data packet-wise registered mail is awarded.
Die Erfindung umfasst darüber hinaus Ausführungsformen, bei denen die wenigstens zwei redundanten Rechner mittels redundanter Hardware und/oder redundanter Software gebildet sind.The Invention encompasses this beyond embodiments, in which the at least two redundant computers by means of redundant Hardware and / or redundant software are formed.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind somit anstelle zur einkanaligen Bussankopplung eines sicherheitskritischen Prozesses auch zur anderweitigen Ankopplung eines sicherheitskritischen Prozesses aus einer sicheren, wenigstens zwei redundante Verarbeitungskanäle aufweisenden Umgebung an eine nicht sichere Umgebung oder an eine sichere Umgebung, die jedoch weniger redundante Verarbeitungskanäle umfasst, verwendbar und eignen sich folglich für im Wesentlichen jegliche Verbindung zwischen sicheren Verarbeitungskanälen über nicht sichere Transportwege.The inventive device and the method according to the invention Thus, instead of one-channel bus coupling of a safety-critical Process also for otherwise coupling a safety-critical Process from a secure, having at least two redundant processing channels Environment to a non-secure environment or to a secure environment that but includes less redundant processing channels, usable and are therefore suitable for essentially any connection between secure processing channels via not safe transport routes.
Eine darüber hinausgehende, weitere Steigerung der Sicherheit ist wiederum dadurch gewährleistbar, wenn in besonders bevorzugter Ausführung vor dem Schreiben des gemeinsamen sicherheitsgerichteten Protokolls die redundant gebildeten sicherheitsgerichteten Protokolle durch die Verarbeitungskanäle zunächst auf gegenseitige Identität hin überprüft, so dass die Bildung eines gemeinsamen sicherheitsgerichteten Protokolls erst unter Ansprechen auf identische, unabhängig voneinander aus einem identischen Eingangsdatensatz verarbeitete sicherheitsgerichteten Protokolle erfolgt. Tritt bereits bei der redundanten Verarbeitung ein Fehler auf, wird dieser somit noch frühzeitiger erkannt und der Prozess kann noch frühzeitiger in einen sicheren Zustand gefahren werden. Die an und für sich gegenseitig entkoppelten Rechner sind somit wiederum bevorzugt über eine Kommunikationsschnittstelle mit einander verbunden.A about that In addition, further increase in security is in turn by it gewährleistbar, if in a particularly preferred embodiment before writing the common safety-related protocol the redundantly formed safety-related protocols through the processing channels initially mutual identity checked out so that the formation of a common safety-related protocol only in response to identical, independently from one another identical input data set processed safety-related Logs done. Occurs already in the redundant processing If there is an error, it will be detected even earlier and the process will be detected can be even earlier be driven to a safe state. The in and of themselves decoupled computers are thus again preferred via a communication interface connected with each other.
Die Erfindung umfasst ferner wiederum Ausführungsformen, bei denen eine jeweilige, definiert jeweils einem Verarbeitungskanal zugewiesene Schreibberechtung zur Verifikation mittels einer Testprozedur überprüft wird, wozu z.B. auch der vollumfängliche Lesezugriff für jede Registerstelle zweckmäßig ist. Beispielsweise kann hierbei über jeden der Verarbeitungskanäle versucht werden, einen jeweils unterschiedlichen, spezifisch zugeordneten Defaultwert in alle Registerstellen des Zwischenregisters einzuschreiben, wobei anschließend jeder der Verarbeitungskanäle alle Registerstellen des Zwischenregisters ausliest und die Inhalte der Registerstellen auf eine eindeutige Verschachtelung hin verifiziert und wobei eine solche Testprozedur zweckmäßiger Weise mehrmalig und/oder durch ein abwechselndes Einschreiben in die und Auslesen der Registerstellen über unterschiedliche Verarbeitungskanäle durchgeführt wird. Im Wesentlichen jede durch die Kopplung der an das Zwischenregister zu übergebenen anteiligen Daten an bestimmte Positionen oder Adressen innerhalb des gemeinsamen sicherheitsgerichteten Protokolls bzw. des Zwischenregisters eingestellte Sicherheitsübergabe-/-übernahmeregel lässt sich folglich wiederum einfach testen und jeder Fehler bei der Bildung eines zu übertragenen Sicherheitstelegramms, einschließlich aufgrund eines Rechnerausfalls, kann somit sicher erkannt werden. Insbesondere, um nach einer jeweils protokollspezifischen Verarbeitung der Eingangsdaten zu einem sicherheitsgerichteten Protokoll deren Speicherung und protokollspezifische Übergabe an den Bus zu gewährleisten, wobei das sicherheitsgerichteten Protokoll den auf der jeweiligen Anwendung basierten Vorgaben an einen sicheren Protokolldatensatz genügt, umfasst ein Rechner gemäß einer Ausführungsform jeweils einen integrierten Protokollchip. In alternativer Ausbildung kann der Protokollchip auch ausgangseitig an einen Rechner angeschaltet sein. Zur Vermeidung derartiger, integrierter oder nachgeschalteter, Protokollchips und folglich auch zur Bauteil- und Kostenreduzierung ist in weiterer, besonders zweckmäßiger Ausführung vorgeschlagen, den Rechner mit einer zur Verarbeitung und protokollspezifischen Übergabe der Daten entsprechend ausgebildeten Software bereitzustellen.The invention further comprises embodiments in which a respective, respectively assigned to a processing channel write permission for verification by means of a test procedure is checked, including, for example, the full read access for each register is appropriate. For example, each of the processing channels can be attempted to write a different, specifically assigned default value into all register locations of the intermediate register, wherein each of the processing channels then reads out all register locations of the intermediate register and verifies the contents of the register locations to a unique interleaving and wherein such a test procedure expediently repeatedly and / or by alternately writing to and reading out the register locations via different processing channels. Essentially, any safety transfer / acceptance rule set by the coupling of the proportionate data to be transferred to the intermediate register to specific positions or addresses within the common safety-related protocol or the intermediate register can again be easily tested and any error in the formation of a safety telegram to be transmitted gram, including due to a computer failure, can thus be reliably detected. In particular, in order to ensure, after a respectively protocol-specific processing of the input data for a safety-related protocol, its storage and protocol-specific transfer to the bus, wherein the safety-oriented protocol satisfies the specifications based on the respective application to a secure protocol data record, a computer according to one embodiment in each case comprises one integrated protocol chip. In an alternative embodiment, the protocol chip can also be connected on the output side to a computer. To avoid such, integrated or downstream, protocol chips and consequently also for component and cost reduction is proposed in a further, particularly expedient embodiment to provide the computer with a trained for processing and protocol-specific transfer of data appropriately designed software.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als Busteilnehmereinheit ausgebildet sein, wobei die Rechner hierzu zweckmäßiger Weise eingangsseitig wenigstens mit Eingangskanälen zur ein- oder mehrkanaligen Anbindung von Prozessdaten-Eingabeeinheiten und entsprechend zur ein- oder mehrkanaligen Erfassung von zu verarbeitenden sicherheitsrelevanten Eingangsdaten verschaltet sind oder als Bus-Steuerungseinheit, welche z.B. die zu verarbeitenden sicherheitsrelevanten Eingangsdaten generiert, ausgebildet ist. Die Rechner sind somit insbesondere als Mikro-Controller oder als zentrale Prozesseinheiten (CPUs) ausgebildet.The inventive device can be designed as a bus subscriber unit, wherein the computer this expedient manner on the input side at least with input channels for single or multi-channel Connection of process data input units and according to single or multi-channel Recording of safety-related input data to be processed are interconnected or as a bus control unit, which e.g. the generates safety-related input data to be processed, is trained. The computers are thus in particular as a micro-controller or formed as a central processing units (CPUs).
Die Schaltungsanordnung zur Anbindung der Rechner oder gegebenenfalls der den Rechnern nachgeschalteten Protokollchips kann als einfache Logikschaltung ausgebildet sein, wobei auch hochintegrierte Schaltkreise, z.B. in Form eines FPGA (Field Programmable Gate Array), verwendbar sind und applikationsspezifisch von zusätzlichem Vorteil sein können.The Circuit arrangement for connecting the computer or optionally the computer downstream protocol chips can be used as a simple logic circuit be formed, whereby also highly integrated circuits, e.g. in the form of an FPGA (Field Programmable Gate Array), are usable and application specific of additional Can be an advantage.
Das Zwischenregister weist eine Schnittstelle auf, über welche das dort hinterlegte gemeinsame sicherheitsgerichteten Protokoll einkanalig direkt in einen Bus, z.B. einen Interbus, einkoppelbar ist oder einkanalig an eine anwendungsspezifisch ausgebildete weitere Einrichtung übergeben werden kann, wobei als weitere Einrichtung applikationsspezifisch insbesondere ein weiterer Protokollchip, ein weiterer Mikro-Controller oder eine sonstige intelligente Einheit verwendet sein kann.The Intermediate register has an interface over which the deposited there common safety-related protocol single-channel directly into one Bus, e.g. an Interbus, can be coupled or one-channel to one pass application-trained further device can be, as a further device application specific in particular another protocol chip, another micro-controller or a other intelligent unit can be used.
Als Zwischenregister ist somit bereits ein Standard-RAM ausreichend. In bevorzugter Weiterbildung ist jedoch insbesondere vorgesehen, das Zwischenregister bzw. den Zwischenspeicher in Form eines Dualportmemory (DPM) auszubilden, so dass auf einfachste und kostengünstige Weise über einen der beiden Schnittstellen-Ports die Rechner anschaltbar sind und über den zweiten Schnittstellen-Port die einkanalige weitere Ankopplung erfolgen kann.When Intermediate register is thus already sufficient standard RAM. In a preferred embodiment, however, is provided in particular the intermediate register or the buffer in the form of a dual port memory (DPM), so that in a simple and cost-effective manner via a the two interface ports the computers are connectable and over the second interface port, the one-channel further coupling can take place.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung einer bevorzugten, jedoch lediglich beispielhaften Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following, detailed description of a preferred but merely exemplary embodiment of the invention with reference to the accompanying drawings.
In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:
Bei
Einer
Busteilnehmereinheit mit sensor-seitiger Applikation werden somit
je nach Art der spezifischen Anbindung einkanalig oder zweikanalig
den Verarbeitungskanälen
Die
Eingangsdaten werden zunächst
vor der Übertragung
eines Sicherheitstelegramms über
den Bus
Die
berechneten, sicheren bzw. sicherheitsgerichteten Protokolle
Zur
weiteren Erhöhung
der Sicherheit ist vor Übertragung
eines sicheren Telegramms über
den Bus
Dieses
gemeinsame sicherheitsgerichtete Protokoll wird durch ein anteiliges
Zusammensetzen von Daten des sicheren Protokolls
Um
zu verhindern, dass dieses gemeinsam zu bildende sicherheitsgerichtete
Protokoll lediglich auf Daten aus nur einem der Verarbeitungskanäle
Ausgehend
von der Annahme, dass die sicheren Protokolle
Ist
beispielsweise X = 0 und bestehen die redundanten sicherheitsgerichteten
Protokolle
Als Zwischenspeicher ist somit bereits ein Standard-RAM oder bevorzugt, wie nachfolgend ersichtlich, ein Standard-DPM einsetzbar.When Cache is thus already a standard RAM or preferred As can be seen below, a standard DPM can be used.
Selbst
bei nur zweifacher Redundanz wird eine darüber hinausgehende noch erhöhte Sicherheit erreicht,
wenn in weiterer in zweckmäßiger Weise
die Mikro-Controller
Dieses
ermöglicht
einen einfachen Vergleich der gesamten Daten, indem zum Einen auf
einfache Weise überprüfbar ist,
ob das gemeinsam gebildete, als Sicherheitstelegramm zu übertragende
sichere Protokoll, welches beispielsweise die Sicherheitsanforderungen
für eine
einfache Übertragung
gemäß SIL 3
IEC 61508 erfüllt,
fehlerfrei ist, und zwar durch jeweilige Verifikation gegenüber dem
eigenen vorhergehend separat gebildeten sicherheitsgerichteten Protokoll
Führt diese "Selbstverifikation" und/oder "Kreuzverifikation" zu einem ungleichen Ergebnis, wird zwangsläufig auf Fehler erkannt und eine sicherheitsgerichtete Funktion eingeleitet.Does this "self-certification" and / or "cross-verification" lead to an unequal Result becomes inevitable detected an error and initiated a safety-related function.
Wie
bei
Somit
im Wesentlichen basierend auf
Der
Adressbus
Nur
in diesen beiden Fällen
kann das Schreibsignal /WR über
den entsprechenden Pin für das "low aktive" Signal /WL am RAM
des Standard-DPM ausgelöst
werden. Lesend können
jedoch beide Mikro-Controller
Ein
zweckmäßigerweise
vor dem Schreiben des gemeinsam zu bildenden Sicherheitstelegramms durchführbarer
Tests der Zugriffsverriegelung erfolgt beispielsweise nach folgendem
Ablauf:
Der Mikro-Controller
The micro-controller
Der
Mikro-Controller
Der
Mikro-Controller
Daraufhin
liest der Mikro-Controller
Tritt
bei dieser Erwartungshaltung ein Fehler auf, so wird der Fehler
erkannt und eine sicherheitsgerichtete Funktion eingeleitet, z.B.
der Prozess in einen sicheren Zustand überführt. Anderenfalls kann davon
ausgegangen werden, dass die Zugriffsverriegelung einwandfrei funktioniert.
Ein wesentliches Merkmal bei der erfindungsgemäßen Realisierung ist somit,
dass nicht die eigentlichen Schreibsignale vom jeweiligen Mikro-Controller
Die
Daten; die im RAM des DPM
Durch
das Durchführen
einer Selbstverifikation überwachen
somit beide Mikro-Controller
Durch
die vorstehend aufgezeigte unbedingte Verknüpfung der Schreibberechtigung
mit der zu beschreibenden Positionen im gemeinsam zu bildenden sicheren
Protokoll und der uneingeschränkten Leseberechtigung
beider Mikro-Controller ist somit bereits durch Verwendung von Standardkomponenten
der Vergleich bzw. die Verifizierung des zu sendenden Sicherheitstelegramms
vor der eigentlichen Übertragung über einen
Bus
Das
bei
Bei
Bei
Die
Verarbeitungskanäle
Gemäß
Die
sicheren Verarbeitungskanäle
Die
Zugriffsberechtigungen für
die Verarbeitungskanäle
Um
zu gewährleisten,
dass in den Datenspeicher
Bei
Wiederum
stellt folglich jeder sichere redundante Verarbeitungskanal
Nachdem
der Verarbeitungskanal
Der
weitere Transport des gemeinsam gebildeten Protokolls nach Übergabe/Übernahme
aus dem Datenspeicher
Die
gemäß
Es sei darauf hingewiesen, dass grundsätzlich in der gleichen Art und Weise Daten auch in eine sichere, mehrere Verarbeitungskanäle aufweisende Prozessumgebung aus einer nicht sicheren oder einer sicheren, jedoch weniger Verarbeitungskanäle aufweisenden Umgebung übernommen werden können.It it should be noted that basically in the same way and data in a secure, multiple processing channels having process environment from a non-secure or a secure but fewer processing channels Environment taken over can be.
Claims (11)
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE200610007844 DE102006007844A1 (en) | 2004-08-17 | 2006-02-17 | Method for single-channel bus coupling of safety-critical process, involves transmitting release signal from processing channel to intermediate register through processing channel |
| DE502007005195T DE502007005195D1 (en) | 2006-02-17 | 2007-02-15 | METHOD AND DEVICE FOR BUS TERMINATION OF SECURITY-RELATED PROCESSES |
| AT07703483T ATE483290T1 (en) | 2006-02-17 | 2007-02-15 | METHOD AND DEVICE FOR BUS COUPLING OF SAFETY-RELEVANT PROCESSES |
| CN2007800057116A CN101385282B (en) | 2006-02-17 | 2007-02-15 | Method and device for safety-related process bus connection |
| ES07703483T ES2348747T3 (en) | 2006-02-17 | 2007-02-15 | PROCEDURE AND DEVICE FOR BUS COUPLING OF RELEVANT PROCESSES FOR SAFETY. |
| EP07703483A EP1985070B1 (en) | 2006-02-17 | 2007-02-15 | Method and apparatus for bus coupling of safety-relevant processes |
| PCT/EP2007/001337 WO2007093427A1 (en) | 2006-02-17 | 2007-02-15 | Method and apparatus for bus coupling of safety-relevant processes |
| JP2008554683A JP5052532B2 (en) | 2006-02-17 | 2007-02-15 | Method and apparatus for bus coupling of safety related processes |
| US12/278,229 US8271708B2 (en) | 2006-02-17 | 2007-02-15 | Method and device adapted for performing single-channel bus coupling of a safety-critical process |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102004039932A DE102004039932A1 (en) | 2004-08-17 | 2004-08-17 | Method and device for bus connection of safety-relevant processes |
| DE200610007844 DE102006007844A1 (en) | 2004-08-17 | 2006-02-17 | Method for single-channel bus coupling of safety-critical process, involves transmitting release signal from processing channel to intermediate register through processing channel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102006007844A1 true DE102006007844A1 (en) | 2007-08-23 |
Family
ID=38288835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE200610007844 Ceased DE102006007844A1 (en) | 2004-08-17 | 2006-02-17 | Method for single-channel bus coupling of safety-critical process, involves transmitting release signal from processing channel to intermediate register through processing channel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102006007844A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021219329A1 (en) * | 2020-04-30 | 2021-11-04 | Siemens Mobility GmbH | Method and safety-oriented system for performing safety functions |
| EP3744033B1 (en) | 2018-01-24 | 2022-08-03 | WAGO Verwaltungsgesellschaft mbH | System for producing a data stream on the basis of redundant information |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004039932A1 (en) * | 2004-08-17 | 2006-03-09 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Method and device for bus connection of safety-relevant processes |
-
2006
- 2006-02-17 DE DE200610007844 patent/DE102006007844A1/en not_active Ceased
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004039932A1 (en) * | 2004-08-17 | 2006-03-09 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Method and device for bus connection of safety-relevant processes |
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|---|---|---|---|---|
| EP3744033B1 (en) | 2018-01-24 | 2022-08-03 | WAGO Verwaltungsgesellschaft mbH | System for producing a data stream on the basis of redundant information |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AF | Is addition to no. |
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
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Effective date: 20120314 |