DE102017108316A1

DE102017108316A1 - Verfahren und mobile Handbedieneinrichtung zum Bedienen einer Maschine

Info

Publication number: DE102017108316A1
Application number: DE102017108316.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Brinkmann; Igor BOGOMOLNI
Original assignee: Schleicher Electronic Eng GmbH; Schleicher Electronic Engineering GmbH
Current assignee: Ningbo Schleicher Technology Group Co Ltd Cn
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2018-10-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedienen einer Maschine, mit Bereitstellen eines ersten Handbediengeräts (2) zur nicht-sicherheitsgerichteten Maschinensteuerung; Bereitstellen eines zweiten Handbediengeräts (3) zur sicherheitsgerichteten Maschinensteuerung, welches getrennt von dem ersten Handbediengerät (2) gebildet ist; Ausbilden einer ersten Datenkommunikationsverbindung zwischen dem ersten Handbediengerät (2) und einer nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung einer Maschine in einem ersten Datenkommunikationsnetz; Ausbilden einer zweiten Datenkommunikationsverbindung zwischen dem zweiten Handbediengerät (3) und einer sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung der Maschine, wobei die zweite Datenkommunikationsverbindung getrennt von der ersten Datenkommunikationsverbindung in einem zweiten Datenkommunikationsnetz ausgebildet wird, welches als getrennt von dem ersten Datenkommunikationsnetz als ein drahtloses Echtzeitübertragungssystem (6) vom Broadcast-Typ ausgeführt ist und in welchem dem zweiten Handbediengerät (3) eine eindeutige Gerätekennung zu geordnet ist; Austauschen von nicht-sicherheitsgerichteten Steuersignalen zwischen dem ersten Handbediengerät (2) und der nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung sowie Steuern des Betriebs der Maschine den nicht-sicherheitsgerichteten Steuersignalen entsprechend und Austauschen von sicherheitsgerichteten Steuersignalen zwischen dem zweiten Handbediengerät (3) und der sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung. Des Weiteren ist eine mobile Handbedieneinrichtung zum Bedienen einer Maschine geschaffen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine mobiles Handbediengerät zum Bedienen einer Maschine.
Hintergrund
In der Industrieautomation werden mobile Maschinen- und Anlagen-Bediengeräte eingesetzt. Sie dienen dem Benutzer der Maschine bei typischen Tätigkeiten wie dem Einrichten einer Maschine direkt am Prozess. Bei vielen Maschinen und Anlagen ist es dabei notwendig, dass der Benutzer dicht an den Bearbeitungsprozess herangeht, um ihn besser beobachten zu können. Zu seiner eigenen Sicherheit trägt er dann mobile Befehlsgeräte wie Notstopptaster oder Zustimmtaster (häufig als Totmannschalter bezeichnet) mit sich. Im Fall einer Gefahr kann der Benutzer dann die Maschine anhalten und damit in den sicheren Zustand schalten. Typisch sind die Befehlsgeräte mit einem Handbediengerät gekoppelt, auf dem Meldungen der Maschine angezeigt werden, Eingaben gemacht und die Maschine bedient werden kann.
Bedienelemente, die der funktionalen Sicherheit dienen, müssen ihre Zustandsdaten (Taster gedrückt / nicht gedrückt) mit gesicherter Übertragungstechnik zu einer Auswerteeinheit übertragen, die dann sicherstellt, dass die Maschine oder Anlage in den sicheren Zustand (Stopp) geht, wenn entweder die Anforderung (Notstopp) ausgelöst wird oder wenn ein Fehler vorliegt, zum Beispiel wenn der Zustand des Tasters nicht eindeutig erkannt werden kann. Somit führen alle Formen von Kommunikationsfehlern umgehend zum Stopp der Maschine.
Gern würde man in der Industrieautomation die Vorzüge drahtloser Geräte nutzen. Mobile Geräte werden heute selbstverständlich in vielen Bereichen des Lebens selbstverständlich drahtlos eingesetzt. Kabel sind umständlich, behindern bei der Arbeit, sind selbst empfindlich und müssen bei Beschädigung ausgetauscht werden. Dennoch konnte sich die funkbasierte Datentechnik in der Benutzung von Handbediengeräten mit Sicherheitsfunktion nicht durchsetzen.
Grund dafür ist die störanfällige Funkübertragung. Naturgemäß können Funktelegramme, die von allen üblichen Funkstandards zur Datenübertragung benutzt werden, in der Übertragung gestört werden, keiner der Funkstandards kann dies verlässlich vermeiden. Bei der Anwendung in der beschriebenen Art von mobilen Bediengeräten werden solche Übertragungsstörungen erkannt. Sobald die Auswertestation in einem fest definiertem Zeitrahmen keine gültigen Datentelegramme empfangen hat, wird sie den Stopp der Maschine auslösen. Die Maschine ist also nicht verfügbar, wenn hin und wieder Störungen die Übertragung von Daten verhindern. Dies kann von den Betreibern von Maschinen und Anlagen aber nicht akzeptiert werden. Letztlich ist dies der Grund, warum die Funktechnik sich für die beschriebene Anwendung nicht etabliert.
Es gibt einen Trend bei mobilen Bediengeräten hin zu Standardgeräten der digitalisierten Welt. Für Anzeigen, Information des Benutzers, Eingaben etc. eignen sich heute übliche Tablets oder auch Smartphones. Die Innovationszyklen dieser Mobilgeräte sind sehr kurz. Wurden früher Bediengeräte auf eine Maschine hin optimiert, ist zukünftig davon auszugehen, dass die Bediengeräte über die Lebensdauer der Maschine mehrfach gewechselt werden und neue Funktionen haben, die bei Inbetriebsetzung der Maschine noch gar nicht bereitstanden. Benutzer, die in ihrer Freizeit mit Hightech-Geräten selbstverständlich umgehen, erwarten den gleichen Komfort und Innovationsgrad auch von Bediengeräten. Die heute noch üblichen Folientastaturen, kleinen Displays mit geringer Auflösung passen nicht mehr in die Erwartungshaltung junger Benutzer. Standardgeräte wie Tablets können jedoch nicht die Aufgabe der Sicherheitsfunktion (Notstopptaster etc.) übernehmen.
In typischen Konfigurationen sind mobile Bediengeräte mit einem Kabel fest an eine Maschine angebunden. Sind mehrere Maschinen gleicher oder ähnlicher Bauart in einem Fertigungsbetrieb vorhanden, dann sind auch ebenso viele Bediengeräte vorhanden, jedes einzelne mit jeweils einer Maschine fest verknüpft. Typische Benutzerarbeiten wie das Einrichten, Störungsbeseitigung etc. werden zumeist nur von einem sehr kleinen Personenkreis (Einrichter) ausgeführt. Die Nutzungszeit der Bediengeräte ist also typisch sehr gering.
Für mobile Geräte wird häufig Roaming angeboten. Beim Roaming kann sich ein mobiles Gerät in einem Umfeld mit mehreren Zugangspunkten bewegen. Automatisch verbindet sich das Mobilgerät mit jeweils dem günstigsten Zugangspunkt, wenn es bewegt wird. Roaming ist bekannt von den Mobilfunknetzen (GSM), wird aber auch in lokalen Netzwerken unterstützt (WLAN). Der Nutzer hat dabei üblicherweise keine Notwendigkeit, dies aktiv zu steuern, der Roamingprozess erfolgt komplett automatisiert ohne Benutzereingriff. Roaming ermöglicht, dass die logische Verbindung, die das Mobilgerät aufgebaut hat (zum Beispiel ein Telefonat), bei Wechsel des Zugangspunkts ununterbrochen fortgeführt werden kann.
Auch beim Einsatz von Handbediengeräten ist das Roaming wünschenswert, so dass auch bei Bewegungen des Benutzers immer der günstigste Zugangspunkt benützt wird. Dennoch ist sehr wichtig, dass zu jedem Zeitpunkt eine klare Zuordnung und Wirkung der Sicherheitsfunktion gegeben ist. Wenn es mehrere Maschinen in einer Linie gibt, dann soll zum Beispiel die Nothaltfunktion genau auf eine der Maschinen wirken und diese Zuordnung muss dem Benutzer jederzeit klar sein. Wünschenswert ist also ein Mechanismus, mit dem ein Benutzer von einer Maschine zur anderen Maschine wechseln kann, so dass die Sicherheitsfunktion mit wechselt und dass der Benutzer die aktuelle Zuordnung angezeigt bekommt.
Das Vertreiben und das Aufstellen von Maschinen und Anlagen erfordert häufig die Einhaltung von Sicherheitsregeln und -vorgaben. So können zum Beispiel gemäß der europäischen Maschinenrichtlinie in Europa Maschinen und Anlagen nur mit einem CE-Zeichen in den Verkehr gebracht werden. Um das CE-Zeichen aufbringen zu dürfen, muss der Inverkehrbringende (Hersteller oder Importeur) nachweisen können, dass von der Maschine keine unzumutbaren Risiken für Benutzer der Maschine ausgehen. Um eine Reduzierung des Risikos auf ein zumutbares Maß zu erreichen, kann die Maschine mit Sicherheitseinrichtungen ausgerüstet werden.
Eine Sicherheitseinrichtung kann zum Beispiel eine Lichtschranke sein, die ein Eindringen des Benutzers in einen gefährlichen Arbeitsraum erkennt, diese Information einer Steuereinheit zuführt, die daraufhin die gefahrbringende Bewegung stoppt. Auch die Steuereinheit ist in diesem Fall eine Sicherheitseinrichtung, denn sie trägt zur Sicherheitsfunktion bei. Sicherheitseinrichtungen selbst müssen ihre Funktion mit hoher Sicherheit ausführen, d.h. ein gefahrbringender Ausfall von Sicherheitseinrichtungen darf nur mit einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit eintreten.
Sicherheitseinrichtungen können Informationen miteinander austauschen. Im obigen Beispiel wird das Signal der Lichtschranke an die Sicherheitssteuerung übertragen. Auch die Übertragung von Sicherheitsinformationen ist ein Teil der Sicherheitsfunktion und muss ebenso denselben hohen Anforderungen genügen, d.h. ein gefahrbringender Übertragungsfehler darf nur mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit eintreten. Bei allen Signalen und Informationen, die in einer Maschinenautomation übermittelt werden, ist also klar zu entscheiden, ob diese einer Sicherheitsfunktion zuzuordnen sind. Sicherheitseinrichtungen werden nach speziellen Normen (zum Beispiel IEC61508) entwickelt, zertifiziert und gefertigt. Geräte wie handelsübliche Tablet-Computer sind somit nicht Teil einer Sicherheitseinrichtung. Bei Steuerungseinrichtungen wird üblich unterschieden in Sicherheitssteuerungen (sicherheitsgerichtete Steuerungseinrichtungen), die speziell die Sicherheitsfunktionen einer Automatisierungslösung bedienen, sowie funktionale Steuerungen (nicht-sicherheitsgerichtete Steuerungseinrichtungen), die die übrigen Steuerungsaufgaben bearbeiten, zum Beispiel Ablaufsteuerung, Motorsteuerung, Anzeigen und / oder Datenübertragung in Netzwerke.
Der sicherheitsbezogene (sicherheitsgerichtete) Teil einer Steuerung (auch SRP/CS - „Safety-Related Parts of Control System“) betrifft Teile von Maschinensteuerungen, die Sicherheitsaufgaben übernehmen. Anders ausgedrückt handelt es sich um Bauteil, die auf sicherheitsbezogene Eingangssignale reagieren und sicherheitsbezogene Ausgangssignale erzeugen. Es ist der Teil einer Steuerung, der auf sicherheitsbezogene Eingangssignale reagiert und sicherheitsbezogene Ausgangssignale erzeugt (vgl. auch DIN EN ISO 13849-1:2016-06; Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen - Teil 1: Allgemeine Gestaltungsleitsätze). Eine Kombination sicherheitsbezogener oder sicherheitsgerichteter Teile einer Steuerung beginnt an dem Punkt der Steuerung, an dem sicherheitsbezogene / sicherheitsgerichtete Signale erzeugt werden (einschließlich zum Beispiel Betätiger und Rolle eines Positionsschalters) und endet an den Ausgängen von Leistungssteuerungselementen (einschließlich zum Beispiel Hauptkontakte eines Schützes).
Aus dem Dokument DE 10 2012 206 529 A1 ist ein drahtloses Echtzeitübertragungssystem vom Broadcast-Typ bekannt. Die Bezeichnung „Broadcast-Typ“ gibt in der hier verwendeten Bedeutung an, dass Knoten des drahtlosen Echtzeitübertragungssystems zumindest von einem Teil anderer Knoten des drahtlosen Echtzeitübertragungssystems Token und / oder Nutzerdaten empfangen können. Es ist ein Verfahren für das drahtlose Echtzeitübertragungssystem beschrieben, bei dem das System wenigstens zwei Knoten N1, N2 aufweist. Jeder Knoten N1, N2 verfügt über eine zugeordnete Sendeeinrichtung TX und eine Empfangseinrichtung RX. Das Echtzeitübertragungssystem weist eine logische Busstruktur auf, wobei ein erster Knoten N1 logisch vor einem zweiten Knoten N2 angeordnet ist. Jeder der mindestens zwei Knoten N1, N2 führt eine Kanalgütematrix G1, G2, wobei die Kanalgütematrix G1, G2 zumindest eine Verbindungsqualität zu benachbarten Knoten N1, N2 aufweist. Von dem ersten Knoten N1 wird ein Token T an den zweiten Knoten N2 gesendet, wobei der Token T Informationen über zumindest Teile der Kanalgütematrix G1 des ersten Knoten N1 enthält. Der Token T von dem ersten Knoten N1 wird an dem zweiten Knoten N2 empfangen, wobei der zweite Knoten N2 Teile der Kanalgütematrix G1 des ersten Knoten N1 erhält.
Der empfangende Knoten bestimmt eine Kanalgüte zwischen dem empfangenden Knoten und dem sendenden Knoten. Anschließend wird die Kanalgütematrix unter Verwendung der empfangenen Teile der Kanalgütematrix G1 des ersten Knotens N1 überarbeitet. Anhand der überarbeiteten Kanalgütematrix G'2 des zweiten Knotens bestimmt der zweite Knoten N2, ob eine Sendung von Daten oder Token an einen dritten Knoten N3, welcher logisch nachfolgend zum zweiten Knoten N2 ist, auf direktem Wege mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit möglich ist. Falls die Weitergabe nicht vorgegebener Wahrscheinlichkeit möglich ist, wird ein Relay-Knoten oder mehrere Relay-Knoten bestimmt.
Zusammenfassung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine mobile Handbedieneinrichtung zum Bedienen einer Maschine anzugeben, mit denen die Sicherheit und die Flexibilität der Maschinenbedienung verbessert sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren sowie eine mobile Handbedieneinrichtung nach unabhängigen Ansprüchen 1 und 11. Alternative Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
Nach einem Aspekt ist ein Verfahren zum Bedienen einer Maschine geschaffen, welches die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines ersten Handbediengeräts zur nicht-sicherheitsgerichteten Maschinensteuerung; Bereitstellen eines zweiten Handbediengeräts zur sicherheitsgerichteten Maschinensteuerung, welches getrennt von dem ersten Handbediengerät gebildet ist; Ausbilden einer ersten Datenkommunikationsverbindung zwischen dem ersten Handbediengerät und einer nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung einer Maschine in einem ersten Datenkommunikationsnetz; Ausbilden einer zweiten Datenkommunikationsverbindung zwischen dem zweiten Handbediengerät und einer sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung der Maschine, wobei die zweite Datenkommunikationsverbindung getrennt von der ersten Datenkommunikationsverbindung in einem zweiten Datenkommunikationsnetz ausgebildet wird, welches als getrennt von dem ersten Datenkommunikationsnetz als ein drahtloses Echtzeitübertragungssystem vom Broadcast-Typ ausgeführt ist und in welchem dem zweiten Handbediengerät eine eindeutige Gerätekennung zugeordnet ist; Austauschen von nicht-sicherheitsgerichteten Steuersignalen zwischen dem ersten Handbediengerät und der nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung sowie Steuern des Betriebs der Maschine den nicht-sicherheitsgerichteten Steuersignalen entsprechend und Austauschen von sicherheitsgerichteten Steuersignalen zwischen dem zweiten Handbediengerät und der sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung.
Nach einem weiteren Aspekt ist eine mobile Handbedieneinrichtung zum Bedienen einer Maschine geschaffen. Die mobile Handbedieneinrichtung weist ein erstes Handbediengerät zur nicht-sicherheitsgerichteten Maschinensteuerung und eine zweites Handbediengerät zur sicherheitsgerichteten Maschinensteuerung auf, welches getrennt von dem ersten Handbediengerät gebildet ist. Das erste und das zweite Handbediengerät sind eingerichtet, folgende Schritte ausgebildet: Ausbilden einer ersten Datenkommunikationsverbindung zwischen dem ersten Handbediengerät und einer nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung einer Maschine in einem ersten Datenkommunikationsnetz; Ausbilden einer zweiten Datenkommunikationsverbindung zwischen dem zweiten Handbediengerät und einer sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung der Maschine, wobei die zweite Datenkommunikationsverbindung getrennt von der ersten Datenkommunikationsverbindung in einem zweiten Datenkommunikationsnetz ausgebildet wird, welches als getrennt von dem ersten Datenkommunikationsnetz als ein drahtloses Echtzeitübertragungssystem vom Broadcast-Typ ausgeführt ist und in welchem dem zweiten Handbediengerät eine eindeutige Gerätekennung zugeordnet ist; Austauschen von nicht-sicherheitsgerichteten Steuersignalen zwischen dem ersten Handbediengerät und der nicht-sichertieitsgerichteten Steuerungseinrichtung sowie Steuern des Betriebs der Maschine den nicht-sicherheitsgerichteten Steuersignalen entsprechend und Austauschen von sicherheitsgerichteten Steuersignalen zwischen dem zweiten Handbediengerät und der sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung.
Die zu bedienende Maschine kann Teil einer Anlage sein, die mehrere Maschinen umfasst. Je nach Anwendungssituation kann sich die mobile Handbedieneinrichtung mit einer oder mehreren der Maschinen der Anlage verbinden.
Das erste Handbediengerät und das zweite Handbediengerät können in einer mobilen Bediengeräteinheit bereitgestellt werden. Gehäuse des ersten und des zweiten Handbediengeräts können lösbar oder nicht lösbar miteinander verbunden sein. In einer Ausführungsform ist das zweite Handbediengerät von dem ersten Handbediengerät abnehmbar, so dass zwei mobile und voneinander gelöste Handbediengeräte bereitgestellt sind.
Das erste Handbediengerät und / oder das zweite Handbediengerät können in der mobilen Bediengeräteinheit lösbar aufgenommen werden.
Das Ausbilden der zweiten Datenkommunikationsverbindung kann weiterhin Folgendes umfassen: Anmelden des zweiten Handbediengeräts in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem, wenn in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem bestimmt wird, dass das zweite Handbediengerät innerhalb eines örtlichen Kommunikationsbereichs angeordnet wird, welcher in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem der Maschine zugeordnet ist.
Das Anmelden des zweiten Handbediengeräts kann weiterhin Folgendes umfassen: Übertragen von Anmelde-Informationsdaten von der sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung an die nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung, wobei die Anmelde-Informationsdaten ein angefordertes Anmelden des zweiten Handbediengeräts in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem anzeigen; Übertragen zumindest eines Teils der Anmelde-lnformationsdaten von der nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung an das erste Handbediengerät; Ausgeben einer Nutzerinformation an dem ersten Handbediengerät betreffend das angeforderte Anmelden des zweiten Handbediengeräts in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem zum Ausbilden; Erfassen einer Nutzereingabe über eine Nutzerschnittstelle an der Maschine; Ausbilden der zweiten Datenkommunikationsverbindung auf das Erfassen der Nutzereingabe; Erfassen einer Nutzerbestätigungseingabe über eine Nutzerschnittstelle am zweiten Handbediengerät und Bereitstellen der zweiten Datenkommunikationsverbindung für das Austauschen der sicherheitsgerichteten Steuersignale zwischen dem zweiten Handbediengerät und der sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung auf das Erfassen der Nutzerbestätigungseingabe. Die Nutzerbestätigungseingabe kann am zweiten Handbediengerät über einen Bestätigungstaster der Nutzerschnittstelle erfasst werden.
Das Austauschen der sicherheitsgerichteten Steuersignale kann ein zyklisches Austauschen der sicherheitsgerichteten Steuersignale zwischen dem zweiten Handbediengerät und der sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung umfassen. Zyklisches Austauschen kann insbesondere ein periodisches Übertragen von Zustandsdaten in einem festgelegten Zeitraster betreffen. Die Zustandsdaten werden wiederholt übertragen. Die Wiederholungen erfolgen jeweils nach einer festgelegten Zeitdauer. Die Sende- und Empfangseinrichtungen stellen sicher, dass die Zeit zwischen Wiederholungen eine festgelegte Maximalzeit nicht überschreitet. So kann sichergestellt werden, dass der Empfänger jederzeit die aktuellen Signalzustände kennt, die maximal um eine Zeitperiode veraltet sind.
An dem ersten Handbediengerät, dem zweiten Handbediengerät und / oder der Maschine kann über eine jeweilige Ausgabeeinrichtung mittels optischer und / oder akustischer Ausgabesignale dem Nutzer angezeigt werden, wenn die zweite Datenkommunikationsverbindung ausgebildet ist.
Das zweite Handbediengerät kann in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem abgemeldet werden, wenn in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem bestimmt wird, dass das zweite Handbediengerät den der Maschine zugeordneten örtlichen Kommunikationsbereich verlässt. Auf diese Weise ist ein automatisches Abmelden des zweiten Handbediengeräts in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem verwirklicht. Auf das Abmelden kann ein Anmeldeprozess folgen, bei dem sich das zweite Handbediengerät in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem bei einer anderen Maschine anmeldet, die vergleichbar der Maschine in das drahtlose Echtzeitübertragungssystem eingebunden ist, wobei das Anmelden und / oder das Abmelden bei der anderen Maschine in vergleichbarer Weise erfolgen kann wie dies im Zusammenhang mit dem Anmelden und Abmelden des zweiten Handbediengeräts bei der Maschine erläutert wurde. Auf diese Weise kann ein Verfahren ausgeführt werden, bei dem sich das zweite Handbediengerät in einem Maschinenpark mit mehreren Maschinen situationsabhängig mit jeweils einer der mehreren Maschinen zur Datenkommunikation verbindet.
Das zweite Handbediengerät kann in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem abgemeldet werden, wenn über die Nutzerschnittstelle am zweiten Handbediengerät und / oder die Nutzerschnittstelle an der Maschine eine Nutzerabbrucheingabe erfasst wird. Bei dieser Ausführungsform kann das Abmelden des zweiten Handbediengeräts in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem erfolgen, wenn das zweite Handbediengerät noch in dem örtlichen Kommunikationsbereich der Maschine angeordnet ist.
Nach dem Abmelden des zweiten Handbediengeräts kann das Verarbeiten von sicherheitsgerichteten Steuersignalen, die in der sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung von dem zweiten Handbediengerät empfangen werden, durch die sicherheitsgerichtete Steuerungseinrichtung in der Maschine blockiert werden.
In Verbindung mit der mobilen Handbedieneinrichtung gelten die Erläuterungen zu alternativen Ausgestaltungen entsprechend.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer mobilen Handbedieneinrichtung mit einem ersten und einem zweiten Handbediengerät, wobei die beiden Handbediengeräte miteinander verbunden sind;
2 eine schematische Blockdarstellung mit der mobilen Handbedieneinrichtung und
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Bedienen einer Maschine mit der mobilen Handbedieneinrichtung.

Üblicherweise werden Sicherheitsinformationen, zum Beispiel Nothalt-Taste gedrückt / nicht gedrückt, durch einfache elektrische Signalleitungen übertragen. Durch Redundanz (zweikanalige Ausführung) und ggf. Testpulse wird hohe Übertragungssicherheit erzielt. Bei Übertragung von mehreren Signalen (Nothalt, Betriebsartenwahlschalter etc.) wird sehr schnell eine Vielzahl von elektrischen Leitungen benötigt. Die Kosten für die Installation und die Fehleranfälligkeit sind dann hoch. Dem entgegnet man mit dem Einsatz von sicherer Kommunikation. Daten werden am Ort des Entstehens (Sensors, Taster, Schalter) durch elektronische Schaltungen mit Microcontrollern erfasst und in sichere Kommunikationsprotokolle übersetzt und in Netzwerken an eine auswertende Einheit übertragen. Solche Protokolle haben sich bewährt und sind in der Sicherheitstechnik etabliert und standardisiert. Beispiele sind „PRO-FIsafe“ (IEC 61784-3-3) oder „CIP Safety“ (IEC 61784-3-2). Diesen Protokollen ist gemein, dass die Anforderungen an das Übertragungsmedium zwar eine notwendige Übertragungsqualität und -zeit definieren, jedoch die Physik des Mediums nicht vorschreiben. So kann ein Signal, das unter Nutzung des PROFIsafe-Protokolls übertragen wird, zum Beispiel über Ethernet, über Zweidrahtleitung (RS485) oder auch per Funksignal übertragen werden. Solange die Anforderungen an Fehlerrate und Übertragungszeit eingehalten werden, wird hohe Sicherheit gewährleistet. Man spricht auch vom schwarzen Kanal, die auswertende Einheit prüft gar nicht die Art sondern lediglich das Ergebnis der Übertragung.
Zeitanforderungen sind dabei abhängig von der Anwendung. Im Maschinenbau sind da zum Beispiel Überwachungszeiten von 20 ms üblich. Innerhalb dieser Zeit muss ein Signal korrekt übertragen werden. Ein Wechsel eines Signalzustands (zum Beispiel Taste nicht gedrückt -> Taste gedrückt) kann dann vom auswertenden Gerät nach dieser Zeitverzögerung erkannt werden.
Es wird hier eine Lösung für eine drahtlose mobile Bedienung von Maschinen beschrieben. 1 zeigt ein mobile Handbedieneinrichtung 1 mit einem ersten Handbediengerät 2 und einem zweiten Handbediengerät 3, wobei die beiden Handbediengeräte 2, 3 miteinander verbunden sind. Das zweite Handbediengerät 3 ist ein autarkes Gerät, das bei der gezeigten Ausführungsform beispielhaft auf der Rückseite des ersten Handbediengeräts 2 angeordnet ist, welches zum Beispiel ein Standard-Tablet-Computer sein kann. Das zweite Handbediengerät 3 ist mit dem ersten Handbediengerät 2 elektrisch nicht verbunden. Es ist batteriegespeist, hat Bedienelemente wie einen Nothalt-Taster 4 und / oder Zustimm- oder Bestätigungstaster 5, verfügt über eine eigene Funkverbindung zu einer Auswerteeinheit.
2 zeigt eine schematische Blockdarstellung mit der mobilen Handbedieneinrichtung 1. Es ist ein drahtloses Echtzeitübertragungssystem 6 vom Broadcast-Typ vorgesehen, welches in Fig. mittels eines Kreises 7 schematisch gezeigt ist. Eine Ausführungsform für das drahtlose Echtzeitübertragungssystem 6 als solches ist im Dokument DE 10 2012 206 529 A1 beschrieben. Mit dieser Technologie können Daten von dem zweiten Handbediengerät 3 sehr zuverlässig in definiert kurzer Übertragungszeit an die Auswerteeinheit übertragen werden.
Dabei werden die Zustände der Bedienelemente in dem Gerät sicher im Sinne der funktionalen Sicherheit mit ausreichend hohem Sicherheitsintegritätslevel erfasst. Die Signale werden dann mit Hilfe geeigneter Microprozessorschaltung und Software in ein Datenübertragungsprotokoll eingebettet, das für die sicherheitsgerichtete Übertragung von Daten geeignet ist. Dies kann zum Beispiel das standardisierte PROFIsafe-Protokoll sein.
Die Übertragung der Daten an eine Empfangsstation erfolgt mit Nutzung der in Patentschrift DE 10 2012 206 529 A1 beschriebenen Technologie (drahtloses Echtzeitübertragungssystem vom Broadcast-Typ - „EchoRing“). Dies ermöglicht die Übertragung der Daten des zweiten Handbediengeräts 3 sehr zuverlässig in definiert kurzer Übertragungszeit an die Empfangseinheit. Sendeeinheit und Empfangseinheit sind dabei als Knoten im drahtlosen Echtzeitübertragungssystem ausgeführt. Beide setzen die seriellen Datentelegramme des Übertragungsprotokolls in Nachrichtentelegramme des drahtloses Echtzeitübertragungssystems um bzw. umgekehrt. Die Empfangseinheit ist wiederum über Ethernet mit einer Sicherheitsauswertung, zum Beispiel mit einer Sicherheitssteuerung, verbunden. Weitere Knoten im drahtlosen Echtzeitübertragungssystem unterstützen dabei die Übertragungsqualität.
Das drahtlose Echtzeitübertragungssystem vom Broadcast-Typ ist in geeignet, die im Maschinen- und Anlagenbau erforderlichen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. In typischen Anwendungen im Industrie-Umfeld kann das drahtlose Echtzeitübertragungssystem Übertragungszeiten unter 10 ms bis 20 ms bei sehr hoher Übertragungsqualität (Telegrammverluste < 10^-6) gewährleisten. Hierdurch werden die in der Maschinenanwendung erforderlichen schnellen Reaktionszeiten der Sicherheitseinrichtungen auch bei hoher Sicherheitsintegrität gewährleistet.
Die Struktur der Anordnung wird in 2 schematisch dargestellt. Das zweite Handbediengerät 3 ist räumlich mit dem ersten Handbediengerät 2 verbunden, tauscht mit diesem jedoch keine Daten direkt aus. Das zweite Handbediengerät 3 ist im mit einer Empfangseinheit 8a des drahtlosen Echtzeitübertragungssystems 6 verbunden. Das drahtlose Echtzeitübertragungssystem 6 wird durch einen Relay-Knoten 9 unterstützt. Die Empfangseinheit 8a ist über eine kabelgebundene Verbindung, zum Beispiel eine ethemet-basierte PROFInet-Verbindung mit einer sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung 10 verbunden, die die Sicherheitssignale aus dem zweiten Handbediengerät 3 auswertet.
Das erste Handbediengerät 2 ist bei der gezeigten Ausführungsform über eine Standard-WLAN-Verbindung ebenfalls mit einer Empfangsstation oder -einheit 8b verbunden. Dies kann ein Standard-WLAN-Router sein. Dieser ist über Standard-Ethemet (TCP/IP) mit der Steuerung verbunden, dies jedoch mit einer nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung 11, bei der es sich um einen nicht-sicherheitsgerichteten funktionalen Teil der Maschinensteuerung handelt. Für diese Art der Verbindung stehen verschiedene Protokolle und Dienste zur Verfügung. Zum Beispiel kann im in dem ersten Handbediengerät 2 eine Applikation installiert sein, die über WEB-Dienste und Protokolle wie OPC auf Daten der Steuerung der Maschine zugreifen kann, insbesondere der nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung 10.
Die sicherheitsgerichtete Steuerungseinrichtung 10 und die nicht-sicherheitsgerichtete Steuerungseinrichtung 11 sind Teil einer Steuerung der Maschine, oder bilden diese abschließend.
Diese Art der Trennung von sicherheits- und nicht sicherheitsgerichteten Daten von der sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung 10 und der nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung 11 in zwei unterschiedliche Geräten, nämlich dem ersten und dem zweiten Handbediengerät 2, 3, macht es möglich, dass für das erste Handbediengerät 2 StandardGeräte wie Tablets mit all ihren Vorteilen im Benutzungskomfort eingesetzt werden können. Die benötigte Sicherheitsanwendung ist davon autark, auch eine Störung im Betrieb des ersten Handbedienungsgeräts 2 kann die Sicherheitsanwendung nicht beeinflussen, welche mittels des zweiten Handbediengeräts 3 steuerbar ist.
Ein besonderer Vorteil durch den Einsatz der Technologie ergibt sich, wenn das zweite Handbediengerät 3 nicht starr mit einer Maschine gekoppelt wird. Durch den hier beschriebenen Ansatz kann die Anzahl der notwendigen zweiten Geräte stark reduziert werden. Jeder Mitarbeiter kann ein zweites Handbediengerät 3 mit sich führen und sich bei Bedarf jeweils an eine Maschine ankoppeln, an der Arbeiten auszuführen sind. Es ist hierbei von Bedeutung, dass die Kopplung des zweiten Handbediengeräts 3 an jeweils genau eine Maschine immer eindeutig und für den Benutzer jederzeit klar ist. Hierzu wird nachfolgend beispielhaft ein Prozess zur Anmeldung und zur Abmeldung erläutert.
Der Ablauf von Kopplung und Trennung ist in 3 schematisch dargestellt.
Das drahtlose Echtzeitübertragungssystem 6 vom Broadcast-Typ ist in der Struktur der Maschine immer aktiv und sendet regelmäßig (Schritt 20). Selbst bei Ausbleiben von „Nutzdaten“ kann das drahtlose Echtzeitübertragungssystem 6 aktiv bleiben, d.h. die Teilnehmer im drahtlosen Echtzeitübertragungssystem 6 tauschen weiterhin Verwaltungsdaten aus, führen zum Beispiel ein Token-Passing aus und bestimmen beispielweise die Übertragungsqualität zwischen allen Teilnehmern. Erst wenn die Zahl der Teilnehmer im drahtlosen Echtzeitübertragungssystem 6 unter zwei fällt, gibt es keinen Ring und keine Kommunikation mehr. Für ordnungsgemäßen Betrieb und für das Erzielen der hohen Übertragungsqualität müssen mindestens drei Teilnehmer im drahtlosen Echtzeitübertragungssystem 6 sein.
Das zweite Handbediengerät 3 besitzt eine eindeutige Kennung für das drahtlose Echtzeitübertragungssystem 6. Sobald sich der Benutzer mit dem zweiten Handbediengerät 3 in die Nähe eine Maschine begibt, nimmt im Schritt 21 das zweite Handbediengerät 3 Kontakt automatisch Kontakt zum drahtlose Echtzeitübertragungssystem 6 auf und wird in das drahtlose Echtzeitübertragungssystem 6 an der Maschine aufgenommen (Schritt 22). Die Maschine kann eine Maschine in einer Gruppe von Maschinen sein (Maschinenpark).
Das zweite Handbediengerät 3 kann sofort als Relay-Station oder -Knoten im drahtlosen Echtzeitübertragungssystem 6 unterstützend arbeiten und wird in einen Token-Ring des drahtlosen Echtzeitübertragungssystems 6 integriert. Die Information wird an die nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung 11 weitergegeben (Schritt 23). Die nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung 11 initiiert eine Informationsausgabe an den Benutzer, zum Beispiel über ein Display des ersten Handbediengeräts 2 (Schritt 24).
Der Benutzer muss nun zur Kopplung an die Maschine herantreten und ein Befehlsgerät (Taster, Schlüsselschalter o.ä.) direkt an der Maschine betätigen (Schritt 25). Daraufhin wird die sicherheitsgerichtete Steuerungseinrichtung 10 versuchen, im Schritt 26 im drahtlosen Echtzeitübertragungssystems 6 eine sichere Verbindung zum gewählten zweiten Handbediengerät 3 aufzubauen. Der Benutzer am zweiten Handbediengerät 3 bestätigt den Aufbau durch Drücken und Loslassen eines Tasters 12 im Schritt 27, fortan treten die sicherheitsgerichtete Steuerungseinrichtung 10 (Schritt 28) und zweite Handbediengerät 3 (Schritt 100) in zyklischen Austausch der Sicherheitssignale. Damit ist die Sicherheitseinrichtung für die Maschine aktiv und kann benutzt werden, insbesondere zum Übertragen von Sicherheitssignalen in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem 6.
Das zweite Handbediengerät 3 weist gemäß 1 einen Notfalltaster 13 auf. Dieser kann gemäß DIN EN61850 ausgeführt sein.
Dieser Ablauf ist sicher, und es wird vermieden, dass sich ein Handbediengerät an einer falschen Maschine anmeldet. Durch eine Anzeige an der verbundenen Maschine (Meldeleuchte o.ä.) kann der verbundene Zustand zwischen zweiten Handbediengerät 3 und sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung 10 zusätzlich visualisiert werden. Der Benutzer ist dann jederzeit im Klaren darüber, dass sein zweites Bediengerät 3 an die Maschine gekoppelt ist.
Der Prozesse des Abmeldens läuft ähnlich, jedoch einfacher. Durch Betätigen eines Befehlsgerätes der Maschine, zum Beispiel Abziehen des Schlüssels aus dem Schlüsselschalter, oder einfaches Abmelden über ein Menü des Displays kann die Verbindungstrennung initiiert werden, um das zweite Handbediengerät 3 von dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem 6 zu trennen. Die sicherheitsgerichtete Steuerungseinrichtung 10 sorgt dafür, dass die Sicherheitssignale des zweiten Handbediengeräts 3 danach nicht mehr ausgewertet werden und dass dieser Zustand ordentlich angezeigt wird.
Nach dem Abmelden kann sich der Benutzer mit dem zweiten Handbediengerät 3 erneut anmelden, zum Beispiel auch an einer weiteren Maschine.
Zu jedem Zeitpunkt kann sich das zweite Handbediengerät 3 mit maximal einer sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung 10 verbinden. Es ist also entweder nicht verbunden oder mit genau einer sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung 10 sicher verbunden.
In einer alternativen Anordnung können mehrere Kombinationen von Handbediengeräten, zum Beispiel von mehreren Mitarbeitern, die jeweils eine Kombination mit einem sicherheitsgerichteten Handbediengerät mit sich tragen, mit einer oder mehreren Sicherheitssteuerungen (also Maschinen) verbunden bzw. wieder getrennt werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012206529 A1 [0014, 0035, 0037]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 13849-1:2016-06 [0013]

Claims

Verfahren zum Bedienen einer Maschine, mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines ersten Handbediengeräts (2) zur nicht-sicherheitsgerichteten Maschinensteuerung (11); - Bereitstellen eines zweiten Handbediengeräts (3) zur sicherheitsgerichteten Maschinensteuerung (10), welches getrennt von dem ersten Handbediengerät (2) gebildet ist; - Ausbilden einer ersten Datenkommunikationsverbindung zwischen dem ersten Handbediengerät (2) und einer nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung (11) einer Maschine in einem ersten Datenkommunikationsnetz; - Ausbilden einer zweiten Datenkommunikationsverbindung zwischen dem zweiten Handbediengerät (3) und einer sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung (10) der Maschine, wobei die zweite Datenkommunikationsverbindung getrennt von der ersten Datenkommunikationsverbindung in einem zweiten Datenkommunikationsnetz ausgebildet wird, welches als getrennt von dem ersten Datenkommunikationsnetz als ein drahtloses Echtzeitübertragungssystem (6) vom Broadcast-Typ ausgeführt ist und in welchem dem zweiten Handbediengerät (3) eine eindeutige Gerätekennung zu geordnet ist; - Austauschen von nicht-sicherheitsgerichteten Steuersignalen zwischen dem ersten Handbediengerät (2) und der nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung (11) sowie Steuern des Betriebs der Maschine den nicht-sicherheitsgerichteten Steuersignalen entsprechend und - Austauschen von sicherheitsgerichteten Steuersignalen zwischen dem zweiten Handbediengerät (3) und der sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung (10).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Handbediengerät (2) und das zweite Handbediengerät (3) in einer mobilen Bediengeräteinheit bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Handbediengerät (2) und / oder das zweite Handbediengerät (3) in der mobilen Bediengeräteinheit lösbar aufgenommen werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden der zweiten Datenkommunikationsverbindung weiterhin Folgendes umfasst: Anmelden des zweiten Handbediengeräts (3) in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem (6), wenn in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem (6) bestimmt wird, dass das zweite Handbediengerät (3) innerhalb eines örtlichen Kommunikationsbereichs (7) angeordnet wird, welcher in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem (6) der Maschine zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Anmelden des zweiten Handbediengeräts weiterhin Folgendes umfasst: - Übertragen von Anmelde-Informationsdaten von der sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung (10) an die nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung (11), wobei die Anmelde-Informationsdaten ein angefordertes Anmelden des zweiten Handbediengeräts (3) in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem (6) anzeigen; - Übertragen zumindest eines Teils der Anmelde-Informationsdaten von der nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung (11) an das erste Handbediengerät (2); - Ausgeben einer Nutzerinformation an dem ersten Handbediengerät (2) betreffend das angeforderte Anmelden des zweiten Handbediengeräts (3) in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem (6) zum Ausbilden; - Erfassen einer Nutzereingabe über eine Nutzerschnittstelle an der Maschine; - Ausbilden der zweiten Datenkommunikationsverbindung auf das Erfassen der Nutzereingabe; - Erfassen einer Nutzerbestätigungseingabe über eine Nutzerschnittstelle am zweiten Handbediengerät (3) und - Bereitstellen der zweiten Datenkommunikationsverbindung für das Austauschen der sicherheitsgerichteten Steuersignale zwischen dem zweiten Handbediengerät (3) und der sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung auf das Erfassen der Nutzerbestätigungseingabe.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Austauschen der sicherheitsgerichteten Steuersignale ein zyklisches Austauschen der sicherheitsgerichteten Steuersignale zwischen dem zweiten Handbediengerät (3) und der sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung (10) umfasst.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass an dem ersten Handbediengerät (2), dem zweiten Handbediengerät (3) und / oder der Maschine über eine jeweilige Ausgabeeinrichtung mittels optischer und / oder akustischer Ausgabesignale dem Nutzer angezeigt wird, wenn die zweite Datenkommunikationsverbindung ausgebildet ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Handbediengerät (3) in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem (6) abgemeldet wird, wenn in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem (6) bestimmt wird, dass das zweite Handbediengerät (3) den der Maschine zugeordneten örtlichen Kommunikationsbereich (7) verlässt.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Handbediengerät (3) in dem drahtlosen Echtzeitübertragungssystem (6) abgemeldet wird, wenn über die Nutzerschnittstelle am zweiten Handbediengerät (3) und /oder die Nutzerschnittstelle an der Maschine eine Nutzerabbrucheingabe erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abmelden des zweiten Handbediengeräts (3) das Verarbeiten von sicherheitsgerichteten Steuersignalen, die in der sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung (10) von dem zweiten Handbediengerät (3) empfangen werden, durch die sicherheitsgerichtete Steuerungseinrichtung (10) in der Maschine blockiert wird.
Mobile Handbedieneinrichtung zum Bedienen einer Maschine, mit einem ersten Handbediengerät (2) zur nicht-sicherheitsgerichteten Maschinensteuerung (11) und einem zweiten Handbediengerät (3) zur sicherheitsgerichteten Maschinensteuerung (10), welches getrennt von dem ersten Handbediengerät (2) gebildet ist, wobei das erste und das zweite Handbediengerät (2, 3) eingerichtet sind, folgende Schritte auszuführen: - Ausbilden einer ersten Datenkommunikationsverbindung zwischen dem ersten Handbediengerät (2) und einer nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung (11) einer Maschine in einem ersten Datenkommunikationsnetz; - Ausbilden einer zweiten Datenkommunikationsverbindung zwischen dem zweiten Handbediengerät (3) und einer sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung (10) der Maschine, wobei die zweite Datenkommunikationsverbindung getrennt von der ersten Datenkommunikationsverbindung in einem zweiten Datenkommunikationsnetz ausgebildet wird, welches als getrennt von dem ersten Datenkommunikationsnetz als ein drahtloses Echtzeitübertragungssystem (6) vom Broadcast-Typ ausgeführt ist und in welchem dem zweiten Handbediengerät (3) eine eindeutige Gerätekennung zu geordnet ist; - Austauschen von nicht-sicherheitsgerichteten Steuersignalen zwischen dem ersten Handbediengerät (2) und der nicht-sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung (11) sowie Steuern des Betriebs der Maschine den nicht-sicherheitsgerichteten Steuersignalen entsprechend und - Austauschen von sicherheitsgerichteten Steuersignalen zwischen dem zweiten Handbediengerät (3) und der sicherheitsgerichteten Steuerungseinrichtung (10).