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Die vorliegende Erfindung bezieht sich in einem ersten Aspekt auf eine Datenübertragungsvorrichtung für eine abzusichernde Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In einem weiteren Gesichtspunkt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Übertragung von Daten.
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Eine gattungsgemäße Datenübertragungsvorrichtung, die insbesondere für automatische Regalsysteme geeignet ist, weist zunächst eine stationäre Einrichtung mit einem sensorischen Teil zum Aufnehmen von Sicherheitsdaten auf. Weiterhin ist eine mobile Einrichtung vorhanden, die an der abzusichernden Einrichtung anzuordnen ist und einen aktorischen Teil zum Steuern der abzusichernden Einrichtung in einen sicheren Zustand aufweist. Zur Betätigung des aktorischen Teils auf Grundlage der Sicherheitsdaten ist dieser aktorische Teil mit dem sensorischen Teil wirkungsmäßig verbunden.
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Bei einem gattungsgemäßen Verfahren werden Sicherheitsdaten von einem stationären sensorischen Teil aufgenommen und diese Sicherheitsdaten werden an einen mobilen aktorischen Teil, welcher an einer abzusichernden Einrichtung anzuordnen ist, übermittelt. Auf Grundlage der übermittelten Sicherheitsdaten wird der aktorische Teil betätigt und bei bestimmten Sicherheitsdaten wird die abzusichernde Einrichtung durch den aktorischen Teil in einen sicheren Zustand gesteuert.
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In der Industrie, insbesondere in der Lager- und Fördertechnik, besteht häufig die Aufgabe, Fahrzeuge von einem stationären Punkt aus fernzusteuern. Das geschieht entweder mit Hilfe einer Datenfunkeinrichtung oder einer Datenlichtschranke. Um solche Fahrzeuge im Gefahrenfall stillsetzen zu können, enthalten solche Anlagen eine Sicherheitsvorrichtung mit folgenden Bestandteilen:
- – einen sensorischen Teil, der stationär ist und als Notausschalter oder Sicherheitslichtschranke ausgebildet sein kann,
- – einen aktorischen Teil, der mit dem Fahrzeug verbunden ist und den Fahrzeugantrieb bei Betätigung des sensorischen Teils der Sicherheitsvorrichtung sperrt oder freigibt,
- – ein Schleppkabel, das die stationäre Sicherheitsvorrichtung mit der mobilen Sicherheitsvorrichtung verbindet.
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Der Zustand des sensorischen Teils der Sicherheitsvorrichtung wird über das Schleppkabel zum aktorischen Teil übertragen und veranlasst diesen, den Fahrzeugantrieb zu sperren oder freizugeben.
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Die Verwendung eines Schleppkabels ist eine anfällige und teuere technische Lösung.
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In
DE 199 20 299 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen, Übertragen und Verarbeiten von sicherheitsgerichteten Signalen beschrieben. Ausgehend von drahtgebundenen Übertragungen von Sicherheitssignalen, wird dort eine Funkverbindung vorgeschlagen. Um zu gewährleisten, dass einzelne Fehler bei der Erfassung, Übertragung und Auswertung nicht zu einem Verlust von Sicherheitsfunktionen führen, ist diese Funkverbindung zweikanalig gebildet.
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DE 10 2005 048 386 A1 betrifft eine Funkfernsteuerung für ein Arbeitsgerät. Um in Notfallsituationen zuverlässig und schnell eine gebotene Reaktion bei dem Arbeitsgerät auszulösen, beispielsweise eine Not-Aus-Schaltung zu veranlassen, wird in dieser Schrift vorgeschlagen, dass der Funksender eine Sensoreinrichtung zum Erfassen von einem irregulären Krafteinwirkungszustand, irregulären Bewegungszustand oder irregulären Lagezustand des Funksenders aufweist und sein Sendeverhalten in spezifischer Weise ändert, wenn ein irregulärer Zustand festgestellt wird. Weiterhin löst der Funkempfänger ein Notsteuersignal aus, wenn die entsprechende spezifische Änderung des Sendeverhaltens eintritt und die Arbeitsfunktionen des Arbeitsgeräts werden in definierter Weise beeinflusst.
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EP 1 453 334 A2 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen, Übertragen und Auswerten von sicherheitsgerichteten Signalen. Ausgehend von einer zweikanaligen Übertragung der in D1 beschrieben Art, wird in diesem Dokument vorgeschlagen, die Stromversorgung einer Mobilstation und damit das Aussenden von Signalen gezielt zu unterbrechen, wobei das entsprechende Ausbleiben von Signalen an einer Wartestation überwacht wird und wobei in einen sicheren Zustand geschaltet wird, wenn die fraglichen Signale innerhalb einem definierten Zeitfenster ausbleiben.
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Eine Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, eine Sicherheitsvorrichtung und ein Verfahren zum Übertragen von Sicherheitsdaten anzugeben, die in industriellen Umgebungen besonders unaufwändig handhabbar sind. Die Lösung soll außerdem betriebssicher und kostengünstig sein.
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Diese Aufgabe wird in einem ersten erfinderischen Gesichtspunkt durch die Sicherheitsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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In einem weiteren Erfindungsaspekt wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Sicherheitsvorrichtung der oben genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass die stationäre Einrichtung einen Sender zum drahtlosen Übertragen der Sicherheitsdaten aufweist, dass die mobile Einrichtung einen Empfänger zum drahtlosen Empfangen der Sicherheitsdaten aufweist, dass ein mit dem Sender und dem sensorischen Teil verbundener fehlersicherer Kodierer zum Verschlüsseln von zu sendenden Sicherheitsdaten vorhanden ist, und dass ein mit dem Empfänger und dem aktorischen Teil verbundener fehlersicherer Dekodierer zum Entschlüsseln von empfangenen Sicherheitsdaten vorhanden ist.
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Das Verfahren der oben genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass die Sicherheitsdaten drahtlos von dem sensorischen Teil zu dem aktorischen Teil übertragen werden und dass die Sicherheitsdaten vor der Übertragung mit einem fehlersicheren Kodierer verschlüsselt werden und dass die Sicherheitsdaten nach der Übertragung mit einem fehlersicheren Dekodierer entschlüsselt werden.
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Als ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung kann angesehen werden, bei einer Sicherheitsvorrichtung zur Übertragung von Sicherheitsdaten, wie zum Beispiel Notaus, nicht mehr ein umständlich zu handhabendes und störanfälliges Schleppkabel zu verwenden, sondern stattdessen eine drahtlose Verbindung zum Übertragen der Sicherheitsdaten zu etablieren und zu nutzen. Hierdurch ergeben sich im praktischen Betrieb erhebliche Vorteile. Die erfindungsgemäße Lösung erfordert wesentlich weniger Wartungsaufwand und ist darüber hinaus kostengünstig zu realisieren.
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Als weiterer Kerngedanke der Erfindung kann angesehen werden, die Sicherheitsdaten fehlersicher zu verschlüsseln und zu übertragen. So kann die notwendige Übertragungssicherheit gewährleistet werden.
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Als ein wesentlicher Vorteil der Erfindung kann angesehen werden, dass durch die drahtlose Übertragung eine erhebliche Vereinfachung des Aufbaus erreicht wird, ohne dass im Hinblick auf die Sicherheit Einbußen hingenommen werden müssen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass für die drahtlose Übertragung prinzipiell auf bekannte oder eventuell sogar bereits vorhandene Komponenten zurückgegriffen werden kann.
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Die erfindungsgemäßen Vorteile werden in besonderem Maß erzielt, wenn die mobile Einrichtung zur Anordnung an einem Fahrzeug, einer Hebevorrichtung und/oder einer anderen Beförderungseinrichtung, insbesondere bei einem automatischen Regalsystem, ausgebildet ist.
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Der sensorische Teil kann prinzipiell beliebige Schalt- und Messkomponenten enthalten. Beispielsweise kann der sensorische Teil einen Notaus-Schalter, eine Lichtschranke, einen Lichttaster, einen Näherungsschalter und/oder einen sonstigen Sensor aufweisen.
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Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ordnet der fehlersichere Kodierer jedem Zustand des sensorischen Teils eine serielle Datenfolge zu, die mit Hilfe des Senders und des Empfängers zu dem fehlersicheren Dekodierer übertragen wird. Der fehlersichere Dekodierer vergleicht die empfangene serielle Datenfolge mit vorgegebenen, im Dekodierer gespeicherten Datenfolgen und, abhängig vom Ergebnis dieses Vergleichs, wird der aktorische Teil betätigt. Der Dekodierer kann durch den Vergleich der empfangenen Datenfolge mit verschiedenen Vorgaben verschiedene Zustände des sensorischen Teils der Sicherheitsvorrichtung ermitteln. Dies ermöglicht eine sichere Verschlüsselung, erfordert aber keinen großen vorrichtungsmäßigen Aufwand.
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Verfahrensmäßig kann dies beispielsweise in unaufwändiger Weise dadurch realisiert werden, dass die Datenfolge byteweise organisiert ist. Die Steuerung des aktorischen Teils in einen sicheren Zustand oder eine schnellere Abschaltreaktion kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein spezielles Byte, z. B. das Nullbyte, für die Steuerung des aktorischen Teils der Sicherheitsvorrichtung reserviert wird.
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Bei einer einfachen Variante der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung weist hierzu der fehlersichere Dekodierer einen Komparator und einen Datenspeicher auf.
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Damit ein Ausbleiben der Schaltinformation aufgedeckt wird, kann für den Dekodierer eine Zeitspanne festgelegt werden, innerhalb der dieser eine Information empfangen haben muss: Erfolgt innerhalb dieser Zeitspanne keine Information, so steuert der Dekodierer den aktorischen Teil der Sicherheitsvorrichtung in den sicheren Zustand.
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Die Betriebssicherheit der zu überwachenden Einrichtung kann also werter gesteigert werden, wenn der Dekodierer eine Zeitmesseinrichtung aufweist und den aktorischen Teil in einen sicheren Zustand steuert, wenn innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls keine Datenfolge empfangen wird.
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Erfindungsgemäß wird für den Sender und den Empfänger auf bereits vorhandene Einrichtungen zurückgegriffen und sowohl der Sender als auch der Empfänger sind Teil einer Datenlichtschranke. Beispielsweise bei automatischen Regalsystemen ist häufig eine Datenlichtschranke bereits vorhanden.
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Um die Daten des sensorischen Teils der Sicherheitsvorrichtung Leichter von anderen zu übertragenden Daten trennen zu können, werden erfindungsgemäß die Sicherheitsdaten auf dem Übertragungsmedium in einem gesonderten Kanal zu übertragen. Sowohl der Sender als auch der Empfänger sind erfindungsgemäß für eine Mehrkanal-Datenübertragung ausgebildet. Die Funktionalität der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann demgemäß gesteigert werden. Um die Sicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erhöhen, kann beispielsweise zur eindeutigen Trennung von Daten zur Notausschaltung von anderen zu übertragenden Daten, die Daten der Notausschaltung mittels FSK, also Frequency-Shift-Keying-Modulation, mit einem gesonderten Datenkanal übertragen werden.
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Ebenfalls durch den genannten Vergleich kann der Dekodierer Signalverfälschungen aufdecken. Bei festgestellten Signalverfälschungen kann festgelegt sein, dass der Dekodierer den aktorischen Teil der Sicherheitsvorrichtung in den sicheren Zustand steuert. Diese Variante zeichnet sich durch eine besonders hohe Sicherheit aus.
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Da allerdings in komplexen industriellen Umgebungen zahlreiche Störungen auftreten können, ist häufig erwünscht, dass nicht jede, eventuell sehr kleine Störung bereits zu einem Steuern der zu überwachenden Einrichtung in den sicheren Zustand führt. Dies würde zu hohen Ausfallzeiten und Stillstandszeiten führen.
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Allgemeiner kann eine maximale zulässige Fehlerrate festgelegt werden, bis zu dieser der Dekodierer die Übertragungsfehler toleriert und oberhalb dieser der Dekodierer den aktorischen Teil der Sicherheitsvorrichtung in den sicheren Zustand steuert. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt deshalb der fehlersichere Dekodierer beim Vergleich der empfangenen Datenfolge mit der vorgegebenen gespeicherten Datenfolge eine Fehlerrate und im Dekodierer ist ein Grenzwert für eine zulässige Fehlerrate gespeichert. Bei Überschreitung dieses Grenzwerts für eine zulässige Fehlerrate wird der aktorische Teil in einen sicheren Zustand gesteuert, wobei es sich insbesondere um die Stillsetzung einer gefährlichen Bewegung handeln kann.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten schematischen Zeichnung.
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1 zeigt in Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Datenübertragungsvorrichtung.
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Bei dem in 1 gezeigten Beispiel einer erfindungsgemäßen Datenübertragungsvorrichtung 20 bilden ein Notausschalter 1 und ein Anlauffreigabetaster 2 gemeinsam einen sensorischen Teil, der mit einem fehlersicheren Kodierer 4 verbunden ist.
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Der fehlersichere Kodierer 4 ordnet die durch Signale 30, 32 charakterisierten Zustände des Notausschalters 1 und des Anlauffreigabetasters 2 einer seriellen Bitfolge zu und erzeugt somit ein serielles Signal 5.
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Der fehlersichere Kodierer 4 ist mit einem Sender 6 einer Datenlichtschranke verbunden, der das serielle Signal 5 empfängt. Der sensorische Teil, der fehlersichere Kodierer 4 und der Sender 6 sind stationär, also im Wesentlichen ortsfest angeordnet und gehören somit zur stationären Einrichtung der erfindungsgemäßen Datenübertragungs- oder Sicherheitsvorrichtung 20.
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Der Sender 6 der Datenlichtschranke überträgt das serielle Signal 5 gemeinsam mit anderen Daten (nicht dargestellt) Frequency-Shift-Keying-moduliert zu einem Empfänger 8 der, Datenlichtschranke, der mit dem Dekodierer 10 verbunden ist. Empfänger 8 und Dekodierer 10 sind an einer zu überwachenden Einrichtung, beispielsweise einem Regalbedienwagen, angeordnet und gehören somit zur mobilen Einrichtung der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung 20.
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Der Empfänger 8 der Datenlichtschranke überträgt das empfangene serielle Signal 5 an den fehlersicheren Dekodierer 10. Der fehlersichere Dekodierer ist mit einem aktorischen Teil der Sicherheitsvorrichtung 20 verbunden, der im gezeigten Beispiel aus den Steuerschützen 11, 12 besteht, die den Antrieb 13 freigeben oder sperren.
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Um die Daten des Notausschalters leichter von anderen zu übertragenden Daten trennen zu können, ist es sinnvoll, die Daten des Notausschalters im Lichtstrahl mit einem gesonderten Datenkanal zu übertragen. Ein solcher Datenkanal kann bei FSK-Modulation durch Wahl einer zweiten Trägerfrequenz neben der Trägerfrequenz des Hauptkanals erzeugt werden. So könnte z. B. die Trägerfrequenz für die Hauptdaten bei 10 MHz liegen, während die Trägerfrequenz des Hilfskanals bei 100 kHz liegen könnte.
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Der Kodierer
4 ordnet den Zuständen des sensorischen Teils der Sicherheitsvorrichtung
1,
2 folgende Bitfolge zu, die byteweise organisiert ist:
| Notausschalter 1 | Anlauffreigabetaster | Bitfolge |
| ein | aus | 7Fh 1Ah 43h 2Ch |
| ein | ein | FFh AAh C3h BCh |
| aus | beliebig | 00h,00h,00h,00h |
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Bei nicht betätigtem Notausschalter kodiert das erste Byte FFh oder 7Fh den Beginn der Folge, so dass sich der Dekodierer 10 auf den Kodierer 4 synchronisieren kann.
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In dem Beispiel wird eine maximale Fehlerrate von 10% festgelegt, d. h. 3 Bit dürfen falsch sein. Die Reaktion des Dekodierers
10 auf fehlerbehaftete Folgen ist in der nachfolgenden Tabelle dargestellt:
| Empfangene Folge | Fehlerrate | Reaktion des Dekodierers |
| 7Eh 18h 43h 3Ch | 2/32 = 6,2% | keine |
| 7Eh 18h 40h 2Ch | 4/32 = 12,5% | sicherer Zustand |
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Die Auswertung der Fehlerrate lässt in begrenztem Maße Verfälschungen zu, damit eine gewisse Störtoleranz erreicht wird, sichert aber die Sicherheitsvorrichtung insgesamt gegen stärkere Verfälschungen des seriellen Signals ab.
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Wenn der Notausschalter 1 betätigt wird, empfängt der Dekodierer 10 nur noch Nullen. Bereits die einzelne Null signalisiert dem Dekodierer 10, dass die Steuerschütze 11, 12 abzuschalten sind und somit der Antrieb 13 zu sperren ist. In diesem Beispiel soll der Dekodierer zyklisch im Abstand von 50 ms eine Bitfolge empfangen. Um das Ausbleiben der Signalinformation aufzudecken, wird für den Dekodierer eine maximale Wartezeit von 70 ms festgelegt. Wenn der Strahl der Datenlichtschranke unterbrochen wird, erhält der Dekodierer keine Bitfolgen mehr und steuert nach spätestens 70 ms den aktorischen Teil der Sicherheitsvorrichtung in den sicheren Zustand.
