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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Detektor und ein Verfahren zur Erfassung einer Anomalität bei der Zeitsynchronisierung, speziell zur Erfassung einer Zeitverzögerung zwischen Geräten, die miteinander über eine Kommunikationsleitung verbunden sind.
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Es ist bereits ein Sicherheitssystem zur Sicherstellung der Sicherheit einer Betriebsanlage bekannt. Wenn das Sicherheitssystem eine Anomalität der Betriebsanlage feststellt, erzeugt das Sicherheitssystem einen Alarm, und schaltet die Betriebsanlage ab, um die Sicherheit der Betriebsanlage sicherzustellen.
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Weiterhin wird bei diesem Sicherheitssystem eine Anomalität bezüglich der Kommunikation zwischen Sicherheitssteuerungen, welche das System bilden, dauernd erfasst. Wenn die Kommunikationsanomalität festgestellt wird, wird ebenfalls die Betriebsanlage abgeschaltet. Daher wird ein unerwarteter Zustand vermieden, wenn das Sicherheitssystem infolge der Anomalität der Kommunikation nicht funktioniert.
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Die
JP-A-2000-305955 beschreibt ein Ereignissammelsystem zur Durchführung einer Zeitkorrektur, um die Zeit mehrerer Stationen zu synchronisieren.
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Bei dem voranstehend geschilderten Sicherheitssystem umfasst eine Einheit zur Erfassung der Anomalität der Kommunikation eine Übertragungsverzögerung der Kommunikationsleitung. Wenn die Zeit von einer Übertragung einer vorbestimmten Nachricht zu einem Empfang der Nachricht einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wird festgestellt, dass eine Anomalität der Kommunikation vorhanden ist, welche die Übertragungsverzögerung hervorruft, und wird die Betriebsanlage abgeschaltet.
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Allerdings wird die Übertragungszeit der Nachricht durch einen Zeitgeber an der Senderseite gemessen, und wird die Empfangszeit der Nachricht durch einen Zeitgeber an der Empfangsseite gemessen. Daher ist keine zeitliche Synchronisierung zwischen den Zeitgebern sichergestellt. Wenn eine Zeitverzögerung zwischen den Zeitgebern vorhanden ist, besteht die Möglichkeit, dass eine Anomalität der Kommunikation infolge der Übertragungsverzögerung fehlerhaft festgestellt wird.
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Aus der Druckschrift
DE 102 10 707 A1 ist ein Verfahren zur Messung der Übertragungsverzögerung in einem Kommunikationsnetzwerk bekannt. Zu diesem Zweck wird eine Testnachricht mit einem Zeitstempel versehen und von einem ersten Gerät zu einem zweiten Gerät übertragen, wobei beide Geräte über GPS synchronisiert sind. Durch einen Vergleich der Empfangszeit der Nachricht mit dem darin enthaltenen Zeitstempel kann die Übertragungsverzögerung ermittelt werden. Eine Störung der Übertragung kann durch einen Vergleich der Übertragungsverzögerung mit einem vorbestimmten Schwellenwert detektiert werden. Nicht detektiert werden kann jedoch ein Fehler in der Synchronisierung der beiden Geräte.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Detektor und ein Verfahren zur Erfassung einer Anomalität der Zeitsynchronisierung zur Verfügung zu stellen, welche eine Zeitverzögerung auf Grundlage der Anomalität der Zeitsynchronisierung erfassen können, und eine fehlerhafte Feststellung einer Anomalität der Kommunikation verhindern können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.
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Erfindungsgemäß sind dazu zwei Schwellenwerte vorgesehen, wobei eine Störung der Kommunikationsleitung angenommen wird, wenn die Übertragungsverzögerung einen ersten Schwellenwert überschreitet, und eine Störung der Synchronisierung angenommen wird, wenn die Verzögerung zwischen einem zweiten Schwellenwert und dem ersten Schwellenwert liegt, wobei der zweite Schwellenwert kleiner ist, als der erste Schwellenwert.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
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1 ein Blockdiagramm mit einer Darstellung der Funktionen eines Detektors zur Erfassung einer Anomalität bei der zeitlichen Synchronisierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Blockdiagramm eines Teils einer Anordnung eines Sicherheitssystems, bei welchem der Detektor zur Erfassung einer Anomalität der zeitlichen Synchronisierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
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3A und 3B Flussdiagramme, die eine Prozedur zur Erfassung einer Anomalität in Bezug auf einen Zeitvergleich zeigen;
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4 ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, welches zwei Funktionsblöcke verwendet, die kombiniert werden sollen;
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4B ein Diagramm, das ein Beispiel zur Eingabe eines Schwellenwertes T1 und eines Schwellenwertes T2 in Eingabeparameter in einem Funktionsblock zeigt; und
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4C ein Diagramm, das ein Beispiel zur Einstellung von zwei Erfassungsvorgängen in einem Funktionsblock durch einen von einem Benutzer definierten Funktionsblock zeigt.
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1 ist ein Blockdiagramm, welches die Funktionsweise eines Detektors zur Erfassung einer Anomalität bezüglich der zeitlichen Synchronisierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In 1 überträgt ein Sende- und Empfangsabschnitt 101 Daten, welchen eine Zeit hinzugefügt ist, die in einem ersten Gerät gemessen wurde, von dem ersten Gerät über eine Kommunikationsleitung, und empfängt die Daten in einem zweiten Gerät. Ein Kommunikationsanomalitätserfassungsabschnitt 102 stellt eine Anomalität bezüglich der Kommunikation zwischen dem ersten Gerät und dem zweiten Gerät auf Grundlage der empfangenen Daten fest. Ein Zeitverzögerungserfassungsabschnitt 103 erfasst eine Zeitverzögerung zwischen dem ersten Gerät und dem zweiten Gerät, durch Vergleichen der Zeit, die den Daten hinzugefügt ist, mit einer Zeit, die in dem zweiten Gerät gemessen wird, zum Zeitpunkt des Empfangs der Daten.
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Nunmehr wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 eine Ausführungsform eines Detektors zur Erfassung einer Anomalität bezüglich der zeitlichen Synchronisierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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2 ist ein Blockdiagramm, das ein Teil einer Anordnung eines Sicherheitssystems zeigt, bei welcher der Detektor zur Erfassung einer Anomalität bezüglich der zeitlichen Synchronisierung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Das Sicherheitssystem erfasst eine Anomalität einer Betriebsanlage, und führt einen erforderlichen Prozess zum Sicherstellen der Sicherheit der Betriebsanlage durch.
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Wie in 2 gezeigt, weist das Sicherheitssystem eine Sicherheitssteuerung 1 auf, an welche ein in der Betriebsanlage vorgesehener Sensor 4 angeschlossen ist, sowie eine Sicherheitssteuerung 2, an welche ein in der Betriebsanlage vorgesehenes Ventil 5 angeschlossen ist. Die Sicherheitssteuerung 1 und die Sicherheitssteuerung 2 sind miteinander über eine Kommunikationsleitung 3 verbunden.
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Die Sicherheitssteuerung 1 weist einen Prozessor 11 zur Durchführung eines erforderlichen Prozesses sowie einen Zeitgeber 12 zum Erhalten der momentanen Zeit auf. Entsprechend weist die Sicherheitssteuerung 2 einen Prozessor 21 zur Durchführung eines erforderlichen Prozesses und einen Zeitgeber 22 zum Erhalten der momentanen Zeit auf.
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Wie in 2 gezeigt, stellt der Zeitgeber 12 die korrekte Zeit, die über einen GPS-Empfänger 13 (Empfänger eines globalen Positionierungssystems) erhalten wird, als Vorgabezeit ein, und stellt der Zeitgeber 22 seine korrekte Zeit, die über einen GPS-Empfänger 23 erhalten wird, als Vorgabezeit ein, um jeweils die Zeit zu messen. Daher ist die Zeit des Zeitgebers 12 dauernd mit der Zeit des Zeitgebers 22 synchronisiert, so dass der Prozessor 11 der Sicherheitssteuerung 1 und der Prozessor 21 der Sicherheitssteuerung 2 jeweils die korrekte Zeit entsprechend ihren Zeitgebern erhalten können.
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Als nächstes wird ein Betriebsvorgang des Sicherheitssystems beschrieben. Der Prozessor 11 der Sicherheitssteuerung 1 führt einen vorbestimmten Prozess auf Grundlage von Information von dem Sensor 4 durch, und überträgt erforderliche Daten an die Sicherheitssteuerung 2 über die Kommunikationsleitung 3. Der Prozessor 21 der Sicherheitssteuerung 2 führt eine Berechnung auf Grundlage der Daten durch, die von der Sicherheitssteuerung 1 übertragen wurden, und führt einen vorbestimmten Abschaltprozess durch, beispielsweise das Schließen des Ventils 5, wenn die Anomalität der Betriebsanlage festgestellt wird.
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Weiterhin wird in dem Sicherheitssystem eine Nachricht (vorbestimmte Daten) zyklisch übertragen und empfangen, zwischen der Sicherheitssteuerung 1 und der Sicherheitssteuerung 2, um die Anomalität der Kommunikation festzustellen. Wenn eine Anomalität der Kommunikation festgestellt wird, wird der vorbestimmte Abschaltprozess durchgeführt. Der Nachricht wird eine laufende Nummer oder ein CRC-Code (Code eines Prüfsummenverfahrens) oder dergleichen hinzugefügt. An der Empfangsseite der Nachricht wird ein vorbestimmter Überprüfungsprozess oder eine Überprüfung der Empfangssequenz der Nachricht durchgeführt, um streng einen Fehler zu überprüfen, der möglicherweise während eines Sendevorgangs auftreten kann. Ein derartiger Fehler umfasst eine Unterbrechung der Nachricht, ein Fehlen der Nachricht, eine Duplizierung der Nachricht, eine Anomalität in der Empfangssequenz der Nachricht, eine Anomalität in Bezug auf das Ziel (das Ziel der Sendung) und dergleichen.
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Der Nachricht wird ein Zeitstempel hinzugefügt, welcher die Zeit zum Zeitpunkt des Sendens der Nachricht angibt, um die von dem Zeitstempel angegebene Zeit mit der Zeit zum Zeitpunkt des Empfangs der Nachricht zu vergleichen. Wenn die zeitliche Differenz einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wird festgestellt, dass eine Übertragungsverzögerung aufgetreten ist, und eine Anomalität der Kommunikation vorhanden ist, damit der vorbestimmte Abschaltprozess durchgeführt werden kann. Weiterhin wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Vergleich der Zeit, die dazu erforderlich ist, zu entscheiden, ob eine Übertragungsverzögerung vorhanden ist oder nicht, eingesetzt, um die Zeitverzögerung zwischen den Zeitgebern in den Sicherheitssteuerungen festzustellen.
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Die 3A und 3B sind Flussdiagramme, die eine Prozedur zur Erfassung einer Anomalität in Bezug auf den Vergleich der Zeit zeigen. Die Prozedur wird beispielhaft so geschildert, dass die Nachricht von der Sicherheitssteuerung 1 an die Sicherheitssteuerung 2 übertragen wird.
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Die Schritte S1 bis S2 in 3A zeigen die Prozedur zur Erzeugung und Übertragung der Nachricht in der Sicherheitssteuerung 1. Diese Prozedur wird entsprechend der Steuerung des Prozessors 11 der Sicherheitssteuerung 1 durchgeführt.
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In dem Schritt S1 von 3A wird die Nachricht in dem Prozessor 11 erzeugt. Wie voranstehend geschildert, werden der Nachricht die laufende Nummer, die CRC (Prüfsumme) und der Zeitstempel hinzugefügt. In dem Zeitstempel ist die Übertragungszeit der Nachricht auf Grundlage des Zeitgebers 12 der Sicherheitssteuerung 1 angegeben.
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Dann wird im Schritt S2 die in dem Schritt S1 erzeugte Nachricht übertragen, und dann kehrt der Prozess zum Schritt S1 zurück. Auf diese Art und Weise wird in der Sicherheitssteuerung 1 die Erzeugung und Übertragung der Nachricht zyklisch wiederholt.
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Die Schritte S11 bis S18 in 3B zeigen die Prozedur zur Erfassung der Anomalität in der Sicherheitssteuerung 2. Diese Prozedur wird gesteuert durch den Prozessor 21 der Sicherheitssteuerung 2 durchgeführt.
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Im Schritt S11 von 33 wird auf den Empfang der Nachricht gewartet, und dann geht der Prozess zum Schritt S12 über.
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Im Schritt S12 wird die momentane Zeit des Zeitgebers 22 der Sicherheitssteuerung 2 erhalten, also die Empfangszeit für die Nachricht auf Grundlage des Zeitgebers 22.
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Dann wird im Schritt S13 die Zeit erhalten, die durch den Zeitstempel angegeben wird, welcher der Nachricht hinzugefügt ist.
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Dann wird im Schritt S14 die Empfangszeit der Nachricht, die in dem Schritt S12 erhalten wurde, mit der Zeit des Zeitstempels verglichen, die im Schritt S13 erhalten wurde.
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Im Schritt S15 wird festgestellt, ob die Empfangszeit der Nachricht gegenüber der Zeit des Zeitstempels um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert T1 verzögert ist oder nicht, abhängig von dem Vergleichsergebnis der Zeiten im Schritt S14. Bei einem positiven Ergebnis dieser Feststellung geht der Prozess zum Schritt S18 über. Bei einem negativen Ergebnis dieser Feststellung geht der Prozess zum Schritt S16 über.
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In dem Schritt S18 wird der vorbestimmte Abschaltprozess durchgeführt, und dann kehrt der Prozess zum Schritt S11 zurück. Wie voranstehend geschildert wird, wenn die Abfrage im Schritt S15 ein positives Ergebnis zeigt, festgestellt, dass eine Anomalität der Kommunikation vorhanden ist, welche eine Verzögerung der Übertragung hervorruft, und wird eine Meldung durch einen Alarm durchgeführt, und dann wird der Abschaltprozess durchgeführt.
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Andererseits wird in dem Schritt S16 festgestellt, ob die Empfangszeit der Nachricht gegenüber der Zeit des Zeitstempels um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert T2 verzögert ist oder nicht, abhängig vom Vergleichsergebnis der Zeiten im Schritt S14. Der Schwellenwert T2 ist auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als der Schwellenwert T1, der im Schritt S15 verwendet wird. Bei einem positiven Ergebnis der Abfrage geht der Prozess zum Schritt S17 über. Bei einem negativen Ergebnis der Abfrage kehrt der Prozess zum Schritt S1 zurück.
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Im Schritt S17 wird eine Alarm-Vorwarnung zur Mitteilung der Zeitverzögerung des Zeitgebers durchgeführt, und dann kehrt der Prozess zum Schritt S11 zurück. Wie voranstehend geschildert wird, wenn sich ein positives Ergebnis der Abfrage im Schritt S16 ergibt, festgestellt, dass eine Zeitverzögerung des Zeitgebers vorhanden ist, und dann wird die Alarm-Vorwarnung im Schritt S17 durchgeführt.
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Die Vorgehensweise der Durchführung der Prozedur der Schritte S11 bis S18, die in den 3A und 3B gezeigt sind, wird frei wählbar ausgewählt. So können beispielsweise ein Funktionsblock zur Erfassung der Anomalität der Kommunikation und ein Funktionsblock zur Erfindung der Zeitverzögerung des Zeitgebers jeweils vorbereitet werden.
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In diesem Fall wird, wie in 4A gezeigt, der Schwellenwert T1 einem Eingabeparameter des erstgenannten Funktionsblockes zugeführt. Wenn die Abfrage im Schritt S15 positiv ist, wird ein vorher festgelegter Ausfallsicherheitswert ausgegeben, und wird die Betriebsanlage durch eine Logik einer hinteren Stufe abgeschaltet, welche den Ausfallsicherheitswert empfängt. Weiterhin wird der Schwellenwert T2 einem Eingabeparameter des letztgenannten Funktionsblocks eingegeben. Wenn die Abfrage im Schritt S16 positiv ist, wird eine Alarm-Vorwarnung durchgeführt. In diesem Fall wird der Ausgangswert des letztgenannten Funktionsblocks nicht der Logik der nachgeschalteten Stufe zugeführt, welche den Abschaltprozess durchführt.
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Weiterhin können die Erfassung der Anomalität der Kommunikation und die Erfassung der Zeitverzögerung des Zeitgebers in einem Funktionsblock implementiert sein. Beispielsweise werden, wie in 4B gezeigt, der Schwellenwert T1 und der Schwellenwert T2 in Eingabeparameter eingegeben. Wenn die Zeitverzögerung den Schwellenwert T1 überschreitet, wird der Abschaltprozess durchgeführt, wenn die Anomalität der Kommunikation vorhanden ist. Wenn die Zeitverzögerung den Schwellenwert T2 überschreitet, jedoch nicht den Schwellenwert T1 überschreitet, kann eine Vorwarnung durch den Alarm durchgeführt werden.
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Weiterhin können, wie in 4C gezeigt, die beiden Erfassungsvorgänge in einem Funktionsblock vorgesehen werden, durch einen vom Benutzer festgelegten Funktionsblock.
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Wie voranstehend geschildert wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Zeitgeber der Sicherheitssteuerungen nicht zeitlich synchronisiert sind, und eine Zeitverzögerung auftritt, die Anomalität festgestellt. Weiterhin kann infolge der Tatsache, dass der Schwellenwert T2 zur Erfassung der Anomalität der zeitlichen Synchronisierung auf einen Wert eingestellt ist, der kleiner ist als der Schwellenwert T1 zur Erfassung einer Anomalität der Kommunikation, selbst dann, wenn die Zeitverzögerung bezüglich der Messzeiten der Zeitgeber der verschiedenen Sicherheitssteuerungen allmählich auftritt, eine Vorwarnung durch den Alarm durchgeführt werden, bevor die Betriebsanlage abgeschaltet wird, infolge der Erfassung der Anomalität der Kommunikation.
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Daher kann bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Kommunikation normal verlauft, aber die Anomalität bezüglich der zeitlichen Synchronisierung zwischen den Zeitgebern auftritt, die Rate verringert werden, mit welcher dieser Zustand fehlerhaft als Anomalität der Kommunikation festgestellt wird. Daher kann der Betriebszeitraum der Betriebsanlage verlängert werden.
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Die Anomalität der zeitlichen Synchronisierung des Zeitgebers umfasst verschiedene Gründe. Beispielsweise führt in 2, wenn der Empfangszustand des GPS-Empfängers 23 beeinträchtigt ist, und der Zeitgeber 22 von dem GPS-Empfänger 23 keine genaue Zeit erhalten kann, der Zeitgeber 22 durchgehend eine Zählung der Zeit mit seiner eigenen Genauigkeit im nicht synchronisierten Zustand durch. Auf diese Weise nimmt, wenn infolge irgendeines Grundes keine Synchronisierung erzielt werden kann, die Zeitverzögerung zwischen den Sicherheitssteuerungen allmählich zu, in Abhängigkeit von der Genauigkeit der Zeitgeber der Sicherheitssteuerungen. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Sendezeit und die Empfangszeit der Nachricht mehrerer Zeitgeber verglichen, so dass eine Anomalität bezüglich der Messzeit irgendeines der Zeitgeber oder eine Anomalität der Synchronisierung zwischen den Zeitgebern vorhergesagt werden kann, bevor die Betriebsanlage infolge einer Anomalität der Kommunikation abgeschaltet wird.
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Wie voranstehend geschildert kann bei der vorliegenden Ausführungsform die Anomalität vorher festgestellt werden, ohne fehlerhaft die Betriebsanlage abzuschalten, durch das Sicherheitssystem, infolge einer Anomalität der zeitlichen Synchronisierung, also einer unsicheren Funktion. Weiterhin wird die Anomalität der zeitlichen Synchronisierung, die nicht als Anomalität der Kommunikation behandelt wird, mit hoher Empfindlichkeit festgestellt, so dass die Alarm-Vorwarnung durchgeführt werden kann, bevor die Betriebsanlage abgeschaltet wird.
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Der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die voranstehend geschilderte Ausführungsform beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann in weitem Ausmaß bei einem Detektor und einem Verfahren zur Erfassung einer Anomalität der zeitlichen Synchronisierung eingesetzt werden, welche die Zeitverzögerung zwischen einem ersten Gerät und einem zweiten Gerät feststellen, die miteinander über eine Kommunikationsleitung verbunden sind.
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Bei dem Detektor und dem Verfahren zur Erfassung einer Anomalität der zeitlichen Synchronisierung wird die zeitliche Verzögerung zwischen dem ersten Gerät und dem zweiten Gerät dadurch festgestellt, dass die Zeit, welche den übertragenen Daten hinzugefügt wird, mit der Zeit verglichen wird, die in dem zweiten Gerät zum Zeitpunkt des Empfangs der Daten gemessen wird. Daher können die Daten zur Erfassung der Anomalität der Kommunikation zur Feststellung der zeitlichen Verzögerung verwendet werden.
