DE102016201141A1 - Sicherheitsanordnung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsanaordnung 1, aufweisend eine Datenverarbeitungseinheit 10 zur seriellen Übertragung von Daten 12, 13 zur Ansteuerung von Ausgängen 50, 52 und zur Abfrage von Eingängen 40, 42 eines Prozesses und ein entsprechendes Verfahren; weiterhin aufweisend mindestens einen Parallel-Seriell-Wandler 20, 22, 24, aufweisend ein Schieberegister zur Umwandlung von Daten 13 zur Abfrage der Eingänge 40, 42; mindestens einen Seriell-Parallel-Wandler 30, 32, 34, aufweisend ein Schieberegister zur Umwandlung von Daten 12 zur Ansteuerung der Ausgänge; 50, 52 wobei die zu übertragenden Daten 12, 13 Diagnosebits enthalten, die von dem Seriell-Parallel-Wandler 30, 32, 34 ausgegeben und von dem Parallel-Seriell-Wandler 20, 22, 24 zurückgelesen werden; und die zurückgelesenen Daten von der Datenverarbeitungseinheit 10 auf Fehler überprüft werden, um eine sichere Datenübertragung zu gewährleisten.

Description

  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsanordnung, aufweisend eine Datenverarbeitungseinheit zur seriellen Übertragung von Daten zur Ansteuerung von Ein- und Ausgängen eines Prozesses.
  • 2. Stand der Technik
  • In Sicherheitsschaltgeräten für sicherheitskritische Anwendungen werden Ein- und Ausgänge üblicherweise über Optokoppler galvanisch getrennt angesteuert. Die Optokoppler übertragen dabei digitale Daten zur Ansteuerung der Schaltkreise der Ansteuerschaltung der Sensorik und Aktorik.
  • Im Stand der Technik ist es bekannt, für jeden Ein- und Ausgang jeweils ein galvanisches Trennelement, z.B. einen separaten Optokoppler, einzusetzen. Sicherheitsschaltgeräte mit vielen Ein- und Ausgängen benötigen daher einen entsprechenden Platzbedarf alleine für die große Anzahl der Optokoppler auf ihrer Platine. Daneben stellt die Anzahl der benötigten Optokoppler einen Kostenfaktor dar.
  • Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Sicherheitsanordnung bereitzustellen, die trotz der hohen Sicherheitsanforderungen weniger galvanische Trenneinheiten benötigt und somit einen geringeren Platzbedarf aufweist. Daneben soll die Sicherheit der Datenübertragung des Systems gewährleistet werden.
  • 3. Zusammenfassung der Erfindung
  • Die oben genannten Aufgaben werden gelöst durch eine Sicherheitsanordnung zur Ansteuerung von Ein- und Ausgängen eines Prozesses gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur seriellen Übertragung von Daten zur Ansteuerung von Ein- und Ausgängen eines Prozesses gemäß Anspruch 13.
  • Insbesondere weist eine Sicherheitsanordnung eine Datenverarbeitungseinheit auf, zur seriellen Übertragung von Daten zur Ansteuerung von Ausgängen und zur Abfrage von Eingängen eines Prozesses, und weiterhin mindestens einen Parallel-Seriell-Wandler, aufweisend ein Schieberegister zur Umwandlung von Daten zur Abfrage der Eingänge, mindestens einen Seriell-Parallel-Wandler, aufweisend ein Schieberegister zur Umwandlung von Daten zur Ansteuerung der Ausgänge, wobei die zu übertragenden Daten Diagnosebits enthalten, die von dem Seriell-Parallel-Wandler ausgegeben und von dem Parallel-Seriell-Wandler zurückgelesen werden und die zurückgelesenen Daten von der Datenverarbeitungseinheit auf Fehler überprüft werden, um eine sichere Datenübertragung zu gewährleisten.
  • Um Platz für die galvanische Trennung einzusparen oder auch Datenverarbeitungseinheiten, beispielsweises Micro-Controller, mit einer geringen Anzahl von Anschluss-Pins zu verwenden, werden durch die Erfindung mindestens ein Seriell-Parallel-Wandler mit Schieberegister bzw. mindestens ein Parallel-Seriell-Wandler mit Schieberegister eingesetzt. Der Vorteil dieser Wandler mit Schieberegister liegt darin, dass nur wenige Ansteuersignale für die jeweiligen Wandler notwendig sind. Diese wenigen Ansteuersignale können im Idealfall über nur ein einziges galvanisches Trennelement geführt werden, wobei das galvanische Trennelement ein Digitalisolator oder ein Optokoppler sein kann. Damit wird signifikant die Anzahl der galvanischen Trennelemente eingespart und damit Platz auf der Platine der Sicherheitsanordnung und Bauteilkosten.
  • Es bildet sich dabei eine serielle Datenübertragungsstrecke aus, bei der die Datenverarbeitungseinheit die Ansteuerdaten für die Ein- und Ausgänge bevorzugt über das galvanische Trennelement auf den mindestens einen Seriell-Parallel-Wandler überträgt und von dem mindestens einen Parallel-Seriell-Wandler einliest.
  • Eine serielle Datenübertragungsstrecke stellt jedoch erhöhte Anforderungen an die Sicherheit der Datenübertragung, insbesondere bei sicherheitsgerichteten Geräten. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in die zu übertragenden Daten Diagnosebits einzufügen, die von dem Seriell-Parallel-Wandler ausgegeben und von dem Parallel-Seriell-Wandler zurückgelesen werden. Damit können die zurückgelesenen Daten von der Datenverarbeitungseinheit auf Fehler überprüft werden, um eine sichere Datenübertragung zu gewährleisten. Stimmen die zurückgelesenen Diagnosebits mit den erwarteten, korrekten Diagnosebits überein, kann mit hoher Sicherheit davon ausgegangen werden, dass die gesamte Datenübertragung fehlerfrei erfolgt ist. Stimmen die zurückgelesenen Diagnosebits nicht mit den erwarteten, korrekten Diagnosebits überein, liegt eine gestörte Datenübertragung oder ein Defekt in der Übertragungskette vor, was die Datenverarbeitungseinheit erkennen kann und das System in einen sicheren Zustand versetzen kann. Insgesamt ist damit möglich die Datensicherheit der Sicherheitsanordnung und des Gesamtsystems mit hoher Sicherheit zu gewährleisten, wie es für sicherheitskritische Anwendungen erforderlich ist.
  • Bevorzugt weist die Sicherheitsanordnung weiterhin eine Koppeleinheit auf, die der Datenverarbeitungseinheit nachgeschaltet ist. Bevorzugt umfasst die Koppeleinheit ein galvanisches Trennelement. Das galvanische Trennelement kann bevorzugt mindestens einen Digitalisolator oder einen Optokoppler umfassen. Ein Optokoppler z.B. überträgt Daten auf optischem Weg und stellt daher eine perfekte galvanische Trennung der Datenübertragung bereit.
  • Bevorzugt ist die Datenverarbeitungseinheit ein Sicherheits-Controller. Die Sicherheitsanordnung findet bevorzugt Anwendung in sicherheitskritischen Anwendungen, die von einem speziellen Sicherheits-Controller gesteuert werden. In derartigen Anwendungen oder Sicherheitsschaltgeräten müssen für die Schaltung die in den Normen EN ISO 13849, DIN EN 61508 oder DIN EN 62061 beschriebenen Fehlermodelle angenommen und sicher behandelt werden. Die Sicherheitsanordnung ist in der Lage diese Normen einzuhalten.
  • Bevorzugt weist die Sicherheitsanordnung eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Seriell-Parallel-Wandlern und/oder eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Parallel-Seriell-Wandlern auf. Die Sicherheitsanordnung ist in ihrer Größe nach Bedarf skalierbar und kann auf eine Anzahl von Ein- und Ausgängen angepasst werden.
  • Bevorzugt stellen die Diagnosebits ein Testmuster von Bits dar. Durch charakteristische Testmuster von Bits lassen sich die Diagnosebits im Datenstrom gut identifizieren und von den Nutzdaten unterscheiden. Zusätzlich erhöht die Bereitstellung von Testmustern der Diagnosebits die Sicherheit, da diese Testmuster mehrere Bits aufweisen und in ihrer Läge skalierbar sind, um eine benötigte Sicherheitsstufe zu gewährleisten.
  • Bevorzugt werden die Diagnosebits, insbesondere die Testmuster, an unterschiedlichen Bitpositionen eines seriellen Datenstroms ausgegeben. Die Sicherheitsanordnung nutzt mit ihren Schieberegistern zur Ansteuerung der Ein- und Ausgänge bevorzugt eine SPI-Schnittstelle (Serial Peripheral Interface – Schnittstelle) mit dem digitale Schaltungen auf einfache Weise miteinander verbunden werden können. Ein gewöhnlicher serieller Datenstrom wird bevorzugt mit Diagnosebits bzw. Testmustern ergänzt, wobei die Diagnosebits bzw. Testmuster an unterschiedlichen Bitpositionen des seriellen Datenstroms eingefügt werden können. Durch diese unterschiedlichen Bitpositionen erhöht sich weiterhin die Datensicherheit, da der Datenstrom an dynamisch unterschiedlichen Bitpositionen auf Korrektheit getestet werden kann. Entsprechend können die Diagnosebits bzw. Testmuster auch an unterschiedlichen Bitpositionen im Datenstrom von den Parallel-Seriell-Wandlern eingelesen werden.
  • Bevorzugt werden die Diagnosebits, insbesondere die Testmuster, von den Parallel-Seriell-Wandlern invertiert eingelesen. Eine Invertierung der Ausgabe von Diagnosebits dient der Feststellung von Fehlern, beispielsweise Kurzschlüssen. Sollte beim Einlesen der Diagnosebits keine Invertierung erfolgt sein, muss ein Fehlerfall vorliegen und kann somit erkannt werden.
  • Bevorzugt werden die Diagnosebits, insbesondere die Testmuster, dynamisch geändert. Durch die Verwendung wechselnder unterschiedlicher Diagnosebits und Testmuster erhöht sich weiterhin die Sicherheit der Datenübertragung bei gleichzeitiger schneller Fehleraufdeckung. Bevorzugt werden die Diagnosebits, insbesondere die Testmuster, für jeden Übertragungszyklus der Sicherheitsanordnung dynamisch geändert.
  • Bevorzugt ist die Datenverarbeitungseinheit eingerichtet, einen Vergleich der Diagnosebits, insbesondere der Testmuster, gegen einen Erwartungswert durchzuführen und bei Detektion eines Fehlers einen sicheren Zustand des Prozesses einzuleiten. Die Datenverarbeitungseinheit verwendet einen Erwartungswert, um die Diagnosebits bzw. Testmuster zu überprüfen. Wenn die Datenverarbeitungseinheit einen Fehler erkennt, kann sie den Prozess in einen sicheren Zustand überführen.
  • Bevorzugt ist die Datenverarbeitungseinheit eingerichtet, den Vergleich der Diagnosebits, insbesondere der Testmuster, gegen einen Erwartungswert mit Hilfe von direkten Speicherzugriffen, insbesondere DMA-Transfers, innerhalb der Datenverarbeitungseinheit durchzuführen. Bevorzugt führt ein DMA-Controller der Datenverarbeitungseinheit den Transfer der Diagnosebits, insbesondere der Testmuster durch, um die Testmuster in einem weiteren Schritt gegen einen Erwartungswert zu prüfen. Die Interrupt-Last reduziert sich durch den DMA-Transfer, weil nicht für jedes Datum, welches übertragen wird, ein Interrupt ausgelöst wird, sondern nur dann, wenn eine komplette Übertragung von mehreren Daten erfolgt ist. Damit wird die Interrupt-Last der Datenverarbeitungseinrichtung verringert und insgesamt die Performance der Sicherheitsanordnung erhöht.
  • Bevorzugt gibt jeder der Seriell-Parallel-Wandler Diagnosebits, insbesondere ein Testmuster, aus und/oder jeder der Parallel-Seriell-Wandler liest Diagnosebits, insbesondere ein Testmuster, zurück. Damit kann die Datenübertragung pro Übertragungszyklus gleich mehrfach überprüft werden, was wiederum die Sicherheit der Datenübertragung erhöht. Bevorzugt ist hierbei jeweils ein Seriell-Parallel-Wandler einem bestimmten der Parallel-Seriell-Wandler zugeordnet. Dies verteilt die Diagnosebits, insbesondere die Testmuster gleichmäßig auf die entsprechenden Wandler und erhöht die Aufdeckungswahrscheinlichkeit für Störungen und Defekte von Bausteinen innerhalb der Übertragungsstrecke.
  • Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur seriellen Übertragung von Daten zur Ansteuerung von Ausgängen und zur Abfrage von Eingängen eines Prozesses, aufweisend die folgenden Schritte:
    • a. serielles Übertragen von Daten zur Ansteuerung von Ausgängen und zur Abfrage von Eingängen eines Prozesses mittels einer Datenverarbeitungseinheit;
    • b. Umwandeln von Daten zur Abfrage der Eingänge mittels mindestens eines Parallel-Seriell-Wandlers, aufweisend ein Schieberegister;
    • c. Umwandeln von Daten zur Ansteuerung der Ausgänge mittels mindestens eines Seriell-Parallel-Wandlers aufweisend ein Schieberegister;
    • d. Zurücklesen der von dem Seriell-Parallel-Wandler ausgegeben Daten mittels der Parallel-Seriell-Wandler, wobei die zu übertragenden Daten Diagnosebits enthalten; und
    • e. Fehlerüberprüfen der zurückgelesenen Daten mittels der Datenverarbeitungseinheit, um eine sichere Datenübertragung zu gewährleisten.
  • Bei Anwendung dieses Verfahrens kann signifikant die Anzahl der galvanischen Trennelemente eingespart werden und damit Platz auf der Platine der Sicherheitsanordnung und die entsprechenden Bauteilkosten. Gleichzeitig wird die Datensicherheit der Sicherheitsanordnung und des Gesamtsystems mit hoher Sicherheit gewährleistet, wie es für sicherheitskritische Anwendungen erforderlich ist.
  • Bevorzugt werden die Diagnosebits als Testmuster übertragen und dynamisch geändert. Durch die Verwendung wechselnder Testmuster erhöht sich weiterhin die Sicherheit der Datenübertragung.
  • Bevorzugt werden die Diagnosebits, insbesondere die Testmuster, an unterschiedlichen Bitpositionen eines seriellen Datenstroms ausgegeben und/oder invertiert ausgegeben. Daneben kann die Bitposition der Diagnosebits, insbesondere die Testmuster, im seriellen Datenstrom auch festgelegt sein.
  • 4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschreiben. In denen zeigt:
  • 1 ein Prinzipschaltbild einer Sicherheitsanordnung zur Ansteuerung von Ausgängen und zur Abfrage von Eingängen; und
  • 2 das Prinzipschaltbild nach 1 beim Ausgeben und Zurücklesen von Diagnosebits.
  • 5. Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren im Detail beschrieben.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform einer Sicherheitsanordnung 1 zur Ansteuerung von Eingängen 40, 42 und Ausgängen 50, 52 eines nicht dargestellten sicherheitskritischen Prozesses. Die Sicherheitsanordnung 1 umfasst eine Datenverarbeitungseinheit 10, eine Koppeleinheit 60, drei Seriell-Parallel-Wandler 30, 32, 34, einen Analog-Digital- oder Digital-Analog Wandler 70, drei Parallel-Seriell-Wandler 20, 22, 24, Eingänge 40, 42 und Ausgänge 50, 52.
  • Die Sicherheitsanordnung 1 kann Teil eines Sicherheitsschaltgeräts oder einer Sicherheitssteuerung eines sicherheitskritischen Systems sein. Derartige Sicherheitsschaltgeräte oder Sicherheitssteuerungen müssen die in den Normen EN ISO 13849, DIN EN 61508 oder DIN EN 62061 beschriebenen Fehlermodelle tolerieren und erkennen.
  • Die Datenverarbeitungseinheit 10 ist bevorzugt ein Sicherheits-Controller oder ein Sicherheits-Mikrocontroller und steuert den Prozess über als Pfeil dargestellte Datenverbindungen und die Ein- und Ausgänge 40, 42, 50, 52. Insbesondere kommuniziert die Datenverarbeitungseinheit 10 über einen seriellen Bus SPI (Serial Peripheral Interface). SPI ist ein Bus-System für einen synchronen seriellen Datenbus mit dem digitale Schaltungen nach dem Master-Slave-Prinzip miteinander verbunden werden können.
  • Zwischen der Datenverarbeitungseinheit 10 und den Wandlern 20, 22, 24, 30, 32, 34, 70 ist eine Koppeleinheit 60 zwischengeschaltet, die eine galvanische Trennung zwischen der Datenverarbeitungseinheit 10 und dem realen Prozess vornimmt. Dies erhöht die Sicherheit des Gesamtsystems. Dank der seriellen Datenübertragung mit der Datenverarbeitungseinheit 10, ist nur eine Koppeleinheit 60 zur galvanischen Trennung alle Ein- und Ausgänge 40, 42, 50, 52 erforderlich. Dies verringert den Material- und Platzbedarf für die Sicherheitsanordnung 1. Insbesondere umfasst die Koppeleinheit 60 mindestens ein galvanisches Trennelement insbesondere zwei Optokoppler oder Digitalisolatoren, je einen für jede der beiden Datenübertragungsrichtungen.
  • Die Seriell-Parallel-Wandler 30, 32, 34 weisen jeweils ein Schieberegister auf und wandeln die eingehenden seriellen Daten in parallele Daten 54 um, mit denen die Ausgänge 50, 52 angesteuert werden. Hierbei kann der Ausgang 50 beispielsweise Steuerinformationen für den realen Prozess ausgeben. Der Ausgang 52 kann beispielsweise Taktausgänge des realen Prozesses bereitstellen. Die Schieberichtung der Schieberegister der Seriell-Parallel-Wandler 30, 32, 34 ist mit dem Pfeil 38 (vgl. 2) angegeben. Nach Bedarf können weitere Seriell-Parallel-Wandler mit den Seriell-Parallel-Wandlern 30, 32, 34 in Reihe geschaltet werden.
  • Entsprechend weisen die Parallel-Seriell-Wandler 20, 22, 24 jeweils ein Schieberegister auf und wandeln die eingehenden parallelen Daten 44, mit denen die Eingänge 50, 52 abgefragt werden, in serielle Daten um, die an die Datenverarbeitungseinheit 10 weitergeleitet werden. Hierbei kann der Eingang 40 beispielsweise Prozessdaten des realen Prozess empfangen. Der Eingang 42 kann beispielsweise Status- oder Diagnoseinformation des realen Prozesses empfangen. Die Schieberichtung der Schieberegister der Parallel-Seriell-Wandler 20, 22, 24 ist mit dem Pfeil 28 (vgl. 2) angegeben. Nach Bedarf können weitere Parallel-Seriell-Wandler mit den Parallel-Seriell-Wandlern 20, 22, 24 in Reihe geschaltet werden.
  • Der Analog-Digital- bzw. Digital-Analog-Wandler 70 kann einerseits digitale Steuersignale in analoge Steuersingale für den realen Prozess wandeln und ausgeben. Andererseits kann er auch analoge Prozesssignale des realen Prozesses empfangen und in digitale Prozesssignale zur Weiterleitung an die Datenverarbeitungseinheit 10 umwandeln.
  • In 2 ist der Betrieb der Sicherheitsanordnung 1 schematisch dargestellt, wobei zur Überprüfung der Datensicherheit, Datenkonsistenz und/oder Fehlerfreiheit der zu übertragenden Daten und der Übertragungskette in den Datenstrom 12 Diagnosebits eingefügt werden. Die Überprüfung geschieht durch die Datenverarbeitungseinheit 10. Die Diagnosebits werden durch einen oder mehrere oder von allen der Seriell-Parallel-Wandler 30, 32, 34 ausgegeben. Diese Diagnosebits werden zusammen mit den Nutzdaten von einem oder mehreren oder von allen der Parallel-Seriell-Wandler 20, 22, 24 in einem Datenstrom 13 zurückgelesen und anschließend von der Datenverarbeitungseinheit 10 auf Fehler überprüft. Dabei müssen im Datenstrom 13 mindestens die Diagnosebits übertragen werden. Die Anzahl der Nutzdaten im Datenstrom 13 ist jedoch beliebig. Insbesondere liest jeweils ein bestimmter der Parallel-Seriell-Wandler 20, 22, 24 die Diagnosebits eines bestimmten der Seriell-Parallel-Wandler 30, 32, 34, um diese prüfen zu lassen. Im dargestellten Beispiel liest der Parallel-Seriell-Wandler 20 die Diagnosebits des Seriell-Parallel-Wandlers 32 aus dem Datenstrom aus, wie mit dem Pfeil 14 symbolisiert. Entsprechend liest der Parallel-Seriell-Wandler 24 die Diagnosebits des Seriell-Parallel-Wandlers 30 aus dem Datenstrom aus, wie mit dem Pfeil 16 symbolisiert; und der Parallel-Seriell-Wandler 22 liest die Diagnosebits des Seriell-Parallel-Wandlers 34 aus dem Datenstrom aus, wie mit dem Pfeil 18 symbolisiert. Hierbei symbolisiert der Pfeil 36 die Ausgabe von Diagnosebits durch den Seriell-Parallel-Wandlers 34 und der Pfeil 26 das Zurücklesen von Diagnosebits durch den Parallel-Seriell-Wandler 20.
  • Entsprechend werden die Eingänge der Parallel-Seriell-Wandler 20, 22, 24 mit den Ausgängen der Seriell-Parallel-Wandler 30, 32, 34 verbunden.
  • Die Diagnosebits können in Form eines Testmusters, also einer Mehrzahl von Diagnosebits vorliegen, das von den Parallel-Seriell-Wandlern 20, 22, 24 und der Datenverarbeitungseinheit 10 sicher erkannt wird und sich von den Nutzdaten unterscheidet. Die Testmuster können eine unterschiedliche Bitlänge aufweisen. Sie können weiterhin an unterschiedlichen Bitpositionen des seriellen Datenstroms ausgegeben werden. Es ist auch möglich, dass die Testmuster invertiert zur Ausgabe eingelesen werden. Sollte beim Einlesen keine Invertierung erfolgt sein, muss ein Fehlerfall vorliegen. Die Testmuster können weiterhin dynamisch geändert werden. Diese Änderung kann für jeden Übertragungszyklus der Sicherheitsanordnung 1 erfolgen. Alle diese Maßnahmen erhöhen die Datensicherheit und die Wahrscheinlichkeit, dass eine fehlerbehaftete Datenübertragung oder ein Defekt der Bauteile innerhalb der Übertragungskette erkannt wird.
  • Jeder Seriell-Parallel-Wandler 30, 32, 34 kann ein bevorzugt individuelles Testmuster ausgeben. Es ist aber auch möglich, dass einer oder mehrere der Seriell-Parallel-Wandler 30, 32, 34 kein Testmuster bzw. keine Diagnosebits ausgeben.
  • Die zurückgelesenen Daten mit den Diagnosebits werden dann über die Koppeleinheit 60 an die Datenverarbeitungseinheit 10 übertragen, wo die Überprüfung der Daten auf Fehler erfolgt. Die Datenverarbeitungseinheit vergleicht hierbei die empfangenen Diagnosebits bzw. Testmuster gegen einen Erwartungswert, also die erwarteten, korrekten Diagnosebits. Stimmen die zurückgelesenen Diagnosebits mit dem Erwartungswert überein, kann mit hoher Sicherheit davon ausgegangen werden, dass die gesamte Datenübertragung fehlerfrei erfolgt ist. Stimmen die zurückgelesenen Diagnosebits nicht mit dem Erwartungswert überein, liegt eine gestörte Datenübertragung oder ein Defekt eines Bauteils vor. In diesem Fall wird die Datenverarbeitungseinheit 10 das System in einen sicheren Zustand versetzen, um etwaige Schäden zu vermeiden.
  • Die Übertragung der Daten kann die Datenverarbeitungseinheit 10 bevorzugt mit Hilfe von direkten Speicherzugriffen, insbesondere DMA-Transfers, innerhalb der Datenverarbeitungseinheit durchzuführen. Bevorzugt führt die Datenverarbeitungseinheit 10 den Vergleich der mittels DMA-Transfer übertragenen Diagnosebits, insbesondere der Testmuster, gegen den Erwartungswert aus. Damit wird die Interrupt-Last der Datenverarbeitungseinrichtung 10 verringert und insgesamt die Performance der Sicherheitsanordnung 1 erhöht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Sicherheitsanordnung
    10
    Datenverarbeitungseinheit, Sicherheits-Controller
    12, 13
    Datenstrom
    14, 16, 18
    Zuordnung des Zurücklesens
    20, 22, 24
    Parallel-Seriell-Wandler
    26
    Zurücklesen von Diagnosebits
    28
    Schieberichtung der Schieberegister
    30, 32, 34
    Seriell-Parallel-Wandler
    36
    Ausgabe von Diagnosebits
    38
    Schieberichtung der Schieberegister
    40
    Eingang für Prozessdaten
    42
    Eingang für Status- oder Diagnoseinformationen
    44
    parallele Daten
    50
    Ausgang für Steuerinformationen
    52
    Taktausgänge
    54
    parallele Daten
    60
    Koppeleinheit
    70
    Analog-Digital- oder Digital Analog-Wandler
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Normen EN ISO 13849 [0011]
    • DIN EN 61508 [0011]
    • DIN EN 62061 [0011]
    • Normen EN ISO 13849 [0029]
    • DIN EN 61508 [0029]
    • DIN EN 62061 [0029]

Claims (15)

  1. Sicherheitsanordnung (1) aufweisend eine Datenverarbeitungseinheit (10) zur seriellen Übertragung von Daten (12, 13) zur Ansteuerung von Ausgängen (50, 52) und zur Abfrage von Eingängen (40, 42) eines Prozesses; weiterhin aufweisend mindestens einen Parallel-Seriell-Wandler (20, 22, 24), aufweisend ein Schieberegister zur Umwandlung von Daten (13) zur Abfrage der Eingänge (40, 42); mindestens einen Seriell-Parallel-Wandler (30, 32, 34), aufweisend ein Schieberegister zur Umwandlung von Daten (12) zur Ansteuerung der Ausgänge (50, 52); wobei die zu übertragenden Daten (12, 13) Diagnosebits enthalten, die von dem Seriell-Parallel-Wandler (30, 32, 34) ausgegeben und von dem Parallel-Seriell-Wandler (20, 22, 24) zurückgelesen werden; und die zurückgelesenen Daten von der Datenverarbeitungseinheit (10) auf Fehler überprüft werden, um eine sichere Datenübertragung zu gewährleisten.
  2. Sicherheitsanordnung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Koppeleinheit (60), die der Datenverarbeitungseinheit (10) nachgeschaltet ist.
  3. Sicherheitsanordnung gemäß Anspruch 2, wobei die Koppeleinheit (60) mindestens ein galvanisches Trennelement umfasst.
  4. Sicherheitsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Datenverarbeitungseinheit (10) ein Sicherheits-Controller ist.
  5. Sicherheitsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Seriell-Parallel-Wandlern (30, 32, 34) und/oder eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Parallel-Seriell-Wandlern (20, 22, 24).
  6. Sicherheitsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Diagnosebits ein Testmuster von Bits darstellen.
  7. Sicherheitsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Diagnosebits, insbesondere die Testmuster, an unterschiedlichen Bitpositionen eines seriellen Datenstroms ausgegeben werden.
  8. Sicherheitsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Diagnosebits, insbesondere die Testmuster, von den Parallel-Seriell-Wandlern (20, 22, 24) invertiert eingelesen werden.
  9. Sicherheitsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Diagnosebits, insbesondere die Testmuster, dynamisch geändert werden.
  10. Sicherheitsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Datenverarbeitungseinheit (10) eingerichtet ist, einen Vergleich der Diagnosebits, insbesondere der Testmuster, gegen einen Erwartungswert durchzuführen und bei Detektion eines Fehlers einen sicheren Zustand des Prozesses einzuleiten.
  11. Sicherheitsanordnung gemäß Anspruch 10, wobei die Datenverarbeitungseinheit (10) eingerichtet ist, den Vergleich der Diagnosebits insbesondere der Testmuster, gegen einen Erwartungswert mit Hilfe von direkten Speicherzugriffen innerhalb der Datenverarbeitungseinheit (10) durchzuführen.
  12. Sicherheitsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jeder der Seriell-Parallel-Wandler (30, 32, 34) Diagnosebits, insbesondere ein Testmuster, ausgibt und/oder jeder der Parallel-Seriell-Wandler (20, 22, 24) Diagnosebits, insbesondere ein Testmuster, zurückliest.
  13. Verfahren zur seriellen Übertragung von Daten zur Ansteuerung von Ausgängen (50, 52) eines Prozesses, aufweisend die folgenden Schritte: a. serielles Übertragen von Daten (12, 13) zur Ansteuerung von Ausgängen (50, 52) und zur Abfrage von Eingängen (40, 42) eines Prozesses mittels einer Datenverarbeitungseinheit (10); b. Umwandeln von Daten (44) zur Abfrage der Eingänge (40, 42) mittels mindestens eines Parallel-Seriell-Wandlers (20, 22, 24), aufweisend ein Schieberegister; c. Umwandeln von Daten zur Ansteuerung der Ausgänge (50, 52) mittels mindestens eines Seriell-Parallel-Wandlers (30, 32, 34) aufweisend ein Schieberegister; d. Zurücklesen der von dem Seriell-Parallel-Wandler (30, 32, 34) ausgegeben Daten mittels der Parallel-Seriell-Wandler (20, 22, 24), wobei die zu übertragenden Daten Diagnosebits enthalten; und e. Fehlerüberprüfen der zurückgelesenen Daten mittels der Datenverarbeitungseinheit (10), um eine sichere Datenübertragung zu gewährleisten.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die Diagnosebits als Testmuster übertragen werden und dynamisch geändert werden.
  15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei die Diagnosebits, insbesondere die Testmuster a) an unterschiedlichen Bitpositionen eines seriellen Datenstroms ausgegeben werden; und/oder b) invertiert ausgegeben werden.
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