CN112099422A

CN112099422A - 用于安全运行自动化系统组件的安全模块

Info

Publication number: CN112099422A
Application number: CN202010552280.2A
Authority: CN
Inventors: H-D.尼古拉
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2020-12-18
Also published as: DE102019208813A1; US11698615B2; US20200401099A1

Abstract

本发明涉及一种用于自动化系统组件的安全模块（200），所述安全模块具有安全部件（210），所述安全部件被设计为实现所述自动化系统组件的安全运行，和适配部件（220），所述适配部件被设计为在所述安全部件（210）和所述自动化系统组件（110）的通信系统（140）之间进行中介，以将所述安全模块（200）绑定到所述自动化系统组件中，其中所述安全部件（210）和所述适配部件（220）被构造在分开的电路载体上，并且以可机械拆卸和可重新连接的方式连接。

Description

用于安全运行自动化系统组件的安全模块

技术领域

本发明涉及一种用于自动化系统组件的安全模块以及一种具有这样的安全模块的自动化系统组件。

背景技术

机器制造商使用诸如驱动放大器或控制器的自动化系统组件来例如构建加工机器。在此，所述机器制造商必须注意相关的标准和机器指南，因此需要可以用于根据机器指南实现所述机器的安全运行的部件。为了解决这个问题，本申请人提供了一种用于自动化系统组件的所谓的安全模块，借助于所述安全模块可以实现由本申请人制造和销售的自动化系统组件的安全运行。

例如，在DE 10 2008 051 514 A1或DE 10 2008 056 069 A1中展示了这种安全模块。借助于这样的安全模块，特别是可以实现安全控制器。安全控制器大多是可编程逻辑控制器，在输入、处理和输出方面具有特殊的设计元素，以便在用于安全关键型系统中时能够保证所要求程度的安全性和可用性。

常规的安全模块通常被构造为插卡解决方案，并且被插入所述自动化系统组件的相应插槽中。但是，存在无数的插槽标准或总线标准，例如PCI，PCIe，从而必须开发、认证和维护同样多的安全模块变体。

发明内容

根据本发明，建议具有独立权利要求的特征的一种用于自动化系统组件的安全模块和一种自动化系统组件。有利的构型是从属权利要求和以下描述的主题。

所述安全模块具有安全部件和适配部件。所述安全部件被设计为实现所述自动化系统组件的安全运行。所述适配部件被设计为在所述安全部件和所述自动化系统组件的通信系统之间进行中介，以将所述安全模块绑定到所述自动化系统组件中。所述安全部件和所述适配部件被构造在分开的电路载体上，例如印刷电路板或陶瓷电路载体或塑料电路载体，并且以可机械拆卸和可重新连接的方式连接。常见的连接器，例如插接装置（插头/插座），特别是也适用于所述连接，并且所述连接器在期望的情况下可以同时提供数据传输连接。

因此，在本发明的范围中，建议以模块化的方式构造所述安全模块并将所述安全模块分成至少两个彼此独立的单独的部件或模块。在此，在这两个分离的部件或模块中，彼此独立地执行运行所述安全模块所需的功能。因此，所述安全模块的这些功能在软件级别和硬件级别都是分开的。因此，所述安全部件和所述适配部件在物理上也是位于分离的电路载体上的彼此独立或分开的模块，可以根据需要灵活和单独地机械移除、添加或更换这些模块。

适宜地将所述安全部件设置为执行所述安全模块的实际安全功能，以从而保证所述自动化系统组件的安全运行。因此，所述安全部件特别是具有一个或多个计算单元，例如微处理器、专用集成电路（英语：application-specific integrated circuit，ASIC）等。为此，特别是需要与所述自动化系统组件的其他部分进行通信。

为了经由所述自动化系统组件的通信系统实现这种通信，所述适配部件被设置为具体地将所述安全部件或一般化地将所述安全模块连接到所述自动化系统组件的所述通信系统，并适配所述安全模块用于经由所述自动化系统组件的所述通信系统进行数据交换或通信。这种适配或连接特别是以计算机实现的方式进行，也就是说借助于执行的软件进行。为此，所述适配部件特别是还包括合适的硬件，在该硬件上执行相应的软件。因此，所述适配部件适宜地被设置为接口或适配器，并且例如可以具有相应的协议或配置文件。换句话说，所述适配部件在所述自动化系统组件的通信系统和所述安全部件之间进行中介。安全部件和适配部件以数据传输并且优选地还以能量传输的方式连接。常见的连接器，例如插接装置（插头/插座），适用于所述连接。

以常规方式，常规安全模块与通信系统的连接通常可以被证明是非常费事的，因为为此大多需要费事的配置和认证。因此，常规的安全模块与新的或未知的通信系统的连接大多伴随着高成本和大量的工作，因为对于每个通信系统而言大多需要单独的配置和颁发单独的证书。

然而，在当前存在的安全模块的情况下，可以显著简化所述连接，并且可以明显降低成本和工作量。由于安全逻辑和适配逻辑之间的模块化分离，所述安全模块可以灵活且不费事地连接到各种通信系统，包括新的或未知的通信系统。特别地，在此不需要在用于将所述安全模块适配于各种通信系统的安全部件或安全逻辑方面的耗费。所有的适配步骤都适宜地由所述适配逻辑或所述适配部件执行。例如，所述适配部件可以被预配置为用于连接到各种通信系统。由于模块化的结构，适宜地也可以灵活地更换所述适配部件。从而例如可以提供新的适配部件以用于连接到新的或未知的通信系统。

特别地，通过模块化地分离为安全部件和适配部件可以明显减少认证耗费。在工业环境中，必须对安全关键型设备进行认证，以例如获得安全要求等级。所述安全要求等级是来自功能安全领域的术语，并且在根据IEC 61508/IEC61511的国际标准化中也称为安全等级或安全完整性等级（源自英语的“safety integrity level”，简称SIL）。所述安全要求等级用于在安全功能的可靠性方面评估电气/电子/可编程电子（E/E/PE）系统。从追求的水平中得到必须遵守的面向安全的构造原理，由此才能最小化故障的风险。然而，现在在根据本发明的解决方案中，与安全相关的功能集中在所述安全部件中，所述安全部件必须被认证一次。所述适配模块中的通信功能与安全性无关，从而无需为到所述通信系统的连接进行认证。因此，所述安全模块可以耦合到任何通信系统而无需额外的认证耗费。

有利地，所述安全部件是经过认证的部件，而所述适配部件是未经过认证的部件。因此，已经对所述安全部件进行了认证，已经创建了相应的证书或安全证书。所述适配部件适宜地代表与所述认证无关的部分。

优选地，所述适配部件被设计为在所述安全部件和作为所述自动化系统组件的通信系统的总线系统之间进行中介。例如，所述总线系统可以是PCI或PCIe或现场总线，如CAN、以太网/IP、ProfiNet、Sercos 2、Sercos III、EtherCAT、FlexRay、LIN、MOST等。

优选地，所述安全部件和所述适配部件经由内部通信系统，特别是经由内部总线系统彼此通信连接。例如，该内部总线系统可以是PCI或PCIe。

有利地，所述适配部件被设计为在所述安全模块的内部通信系统与所述自动化系统组件的（外部）通信系统之间进行中介。适宜地，所述适配部件代表所述内部通信系统与所述外部通信系统之间的接口，以便在这两个通信系统之间进行转换。

优选地，所述安全部件具有安全逻辑，而所述适配部件具有适配逻辑。因此，所述安全部件和所述适配部件分别具有逻辑单元，这些逻辑单元可以分别包括例如微控制器、存储器单元（例如，双端口RAM等）、可编程逻辑模块等。特别地，所述安全逻辑和所述适配逻辑因此被分别设置为单独的、独立的计算单元。

优选地，将所述安全部件和所述适配部件分别构造为板。因此，适宜地将所述安全模块的这两个模块或部分构造为分离的单独的板，由此可以实现模块化的结构和高度的灵活性。

适宜地，将所述安全模块构造为插卡。因此可以保留安全模块的常规结构形式。

有利地，所述适配部件还具有用于实现过电压保护的装置。适宜地，这被设置为用于过电压监视和断开的装置。因此，特别是设置有源过电压保护器，该有源过电压保护器在识别出过电压时自动激活，并采取相应的保护措施来保护所述安全模块。特别有利地，将所述用于实现过电压保护的装置设计为如在本申请人的公开文献DE 10 2008 051 514 A1或DE 10 2008 056 069 A1中公开的那样。因此，关于用于实现过电压保护的这种装置的作用方式的其他细节，参考这些文献DE 10 2008 051 514 A1和DE 10 2008 056 069 A1，其公开内容也作为本申请的内容。

优选地，所述适配部件还具有用于为所述安全部件限制电压的电压限制器或逻辑。特别地，可以为所述适配部件和所述安全部件之间的内部通信系统或内部总线设置所述电压限制器。

优选地，所述适配部件还具有电压转换器。特别地，可以设置这种DC/DC转换器以将所述自动化系统组件内的供应电压，例如所述自动化系统组件的通信系统的供应电压适配于所述安全部件的要求。

根据本发明的自动化系统组件具有根据本发明的安全模块的优选构型。特别地，所述安全模块经由所述自动化系统组件的相应通信系统绑定到所述自动化系统组件中。例如，可以将所述自动化系统组件构造为安全控制器或安全驱动调节器。

本发明适用于广泛的应用，例如用于隧道掘进机、液压冲床/压力机、一般的自动化、半导体处理、机器人等。本发明尤其适用于机器的控制器。这种机器可以特别是构造为机床，例如焊接系统、拧紧系统、线锯或铣床，或者构造为幅材加工机器（Bahnbearbeitungsmaschine），例如印刷机、报纸印刷机、凹版印刷机、丝网印刷机、内联柔性版印刷机或包装机。这种机器还可以被构造为用于制造汽车或用于制造汽车的部件（例如内燃机或控制设备）的（带式）系统。

本发明的其他优点和构型从说明书和附图中得到。

可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下，不仅可以以分别说明的组合，而且还以其他组合或单独地使用上述特征以及在下文中还要解释的特征。

附图说明

基于附图中的实施例示意性地示出了本发明，并且下面参考附图详细描述本发明。

图1示意性地示出了根据本发明的自动化系统组件的优选构型。

图2示意性地示出了根据本发明的安全模块的优选构型。

图3示意性地示出了根据本发明的安全模块的另一优选构型。

具体实施方式

在图1中，示意性地示出了机器并用100表示。该机器例如被构造为幅材加工机器，特别是构造为印刷机。

机器100具有用于控制所述机器的控制单元110，并且所述控制单元可以被构造为例如可编程逻辑控制器（SPS）。此外，设置了电驱动器120（例如，同步电机），其可以例如将辊130置于旋转运动中。控制单元110特别是被设置用于控制或调节驱动器120并且因此控制或调节辊130。控制单元110和驱动器120经由通信系统140（例如经由现场总线）以数据传输的方式连接。

可以理解，机器100也可以具有其他机器部件，例如操纵器、致动器、其他电动机、辊、控制单元等。

控制单元110特别是也被构造为自动化系统组件，特别是构造为安全控制器。为了实现该自动化系统组件110的安全运行，还设置了根据本发明的安全模块200的优选构型。安全模块200例如被构造为插卡，并且被插入到控制单元110的通信系统111中的相应插槽中，所述通信系统这里例如被构造为PCI总线。

根据本发明的优选构型，在图2和图3中示意性地示出了安全模块200。在此，附图中相同的附图标记表示相同或结构相同的元件。

如图2中所示，安全模块200具有安全部件210和适配部件220。安全部件210和适配部件220这里构造在作为电路载体的分开的印刷电路板上，并且以机械可拆卸和可重新连接的方式相互连接。

安全部件210被设计为实现自动化系统组件110的安全运行。适配部件220被设计为在安全部件210和自动化系统组件110的通信系统111之间进行中介，以将安全模块200绑定到自动化系统组件110中。因此，安全模块200例如被构造为执行安全关键型功能的SPS110中的插卡。

安全部件210具有安全逻辑211，该安全逻辑211可以包括例如逻辑单元，如微控制器、存储器单元等。为了实现自动化系统组件110的安全运行，该安全逻辑211特别是列出了相应的安全软件。

同样，适配部件220还具有适配逻辑221，适配逻辑221例如可以同样包括逻辑单元，如微控制器、存储器单元等。适宜地，由该适配逻辑221列出相应的适配软件，以便能够将安全模块200绑定到自动化系统组件110中。

安全部件210和适配部件220被构造为两个分离的单独组件，并且经由内部通信系统230、特别是经由内部总线以数据传输并且优选地也以能量传输的方式彼此连接。该机械连接特别是借助于插头/插座连接器实现。

安全部件210特别有利地是经过认证的部件，而适配部件220是未经过认证的部件。通过该模块化的构型，将安全模块200灵活且简单地绑定到任何通信系统中，而适宜地无需进行认证耗费，由此导致显著的成本和时间节省。

因此，本发明特别有利地规定了将安全模块200划分为两个部件或板210和220，优选地划分为与认证相关的安全部件210和具有适配逻辑221的与认证无关的适配部件220。

图3示出了根据本发明的另一优选构型的安全模块200。在此，适配部件220还具有用于实现过电压保护的装置222、用于为安全部件210限制电压的电压限制器或逻辑223、以及电压转换器224。

Claims

1.一种用于自动化系统组件（110）的安全模块（200），所述安全模块具有

安全部件（210），所述安全部件被设计为实现所述自动化系统组件（110）的安全运行，和

适配部件（220），所述适配部件被设计为在所述安全部件（210）和所述自动化系统组件（110）的通信系统（140）之间进行中介，以将所述安全模块（200）绑定到所述自动化系统组件（110）中，

其中所述安全部件（210）和所述适配部件（220）被构造在分开的电路载体上，并且以可机械拆卸和可重新连接的方式连接。

2.根据权利要求1所述的安全模块（200），其中，所述安全部件（210）是经过认证的部件，并且其中，所述适配部件（220）是未经过认证的部件。

3.根据权利要求1或2所述的安全模块（200），其中，所述适配部件（220）被设计为在所述安全部件（210）与总线系统（140）之间进行中介，所述总线系统特别是作为所述自动化系统组件（110）的所述通信系统的主机总线系统。

4.根据前述权利要求中任一项所述的安全模块（200），其中，所述安全部件（210）和所述适配部件（220）经由内部通信系统（230），特别是经由内部总线系统彼此通信连接。

5.根据权利要求4所述的安全模块（200），其中，所述适配部件（220）被设计为在所述内部通信系统（230）与所述自动化系统组件（110）的通信系统（140）之间进行中介。

6.根据前述权利要求中任一项所述的安全模块（200），其中，所述安全部件（210）具有安全逻辑（211），并且其中，所述适配部件（220）具有适配逻辑（221）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的安全模块（200），其中，所述安全部件（210）和所述适配部件（220）分别具有自己的板。

8.根据前述权利要求中任一项所述的安全模块（200），其中，所述适配部件（220）还具有用于实现过电压保护的装置（221）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的安全模块（200），其中，所述适配部件（220）还具有用于所述安全部件（210）的电压限制器（223），特别是用于所述适配部件（220）和所述安全部件（210）之间的内部通信系统（230）的电压限制器（223）。

10.根据前述权利要求中任一项所述的安全模块，其中，所述适配部件（220）还具有电压转换器（224）。

11.一种自动化系统组件（110），特别是安全控制器或安全驱动器，所述自动化系统组件具有根据前述权利要求中任一项所述的安全模块（200）。