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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Notstopp-System für eine Anlage. In einer industriellen Anlage, in der diverse Prozesse automatisiert erledigt werden, muss eine Bedienperson, welche sich in der Anlage befindet, in einer Notsituation jederzeit zuverlässig einen Notstopp der Anlage bewirken können. Gerade bei größeren Anlagen oder solchen, die ohnehin per Funk ferngesteuert werden, ist es zweckmäßig, wenn der Notstopp durch ein Notstopp-Signal ausgelöst werden kann, das die Bedienperson vermittels eines mobilen, tragbaren Funksendegeräts an einen anlagenseitigen Funkempfänger sendet.
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Der Zeitpunkt des Zutritts in die Anlage und des Verlassens der Anlage durch die jeweilige Bedienperson (etwa einen Servicetechniker) ist undefiniert, das heißt, die Anzahl der Bedienpersonen, welche sich in der Anlage befinden, kann variieren, was den regelmäßigen Betrieb der Anlage jedoch nicht beeinflussen darf.
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Das Notstopp-Signal erfüllt eine Sicherheitsfunktion, das heißt, es existieren spezifische Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Funktion, so zum Beispiel, dass innerhalb einer definierten Notstopp-Zeit nach Auslösen des Notstopp-Signals auf dem mobilen Funksendegerät die Anlage einen definierten sicheren Zustand (Notstopp-Zustand) erreichen muss. Dazu leitet der Funkempfänger die entsprechende Information an die Anlage weiter. Für Krananlagen wird beispielsweise häufig eine maximale Notstopp-Zeit von 550ms gefordert.
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Zu beachten ist dabei, dass das mobile Funksendegerät der jeweiligen Bedienperson mit dem anlagenseitigen Funkempfänger kommuniziert. Zu jedem Zeitpunkt muss es eine eindeutige Zuordnung zwischen dem mobilen Funksendegerät oder den mobilen Funksendegeräten des Systems einerseits und dem entsprechenden Funkempfänger andererseits geben. Diese Zuordnung muss so ausgestaltet sein, dass jedes der mobilen Funksendegeräte ausschließlich den zugeordneten Funkempfänger anspricht (und nicht etwa weitere), und dass ein Funkempfänger nur von den ihm zugeordneten mobilen Funksendegeräten angesprochen werden kann (und nicht etwa von weiteren).
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Bei mobilen Funksendegeräten muss außerdem die Möglichkeit eines Abreißens der Funkverbindung berücksichtigt werden. Dies kann beispielsweise durch lokale elektromagnetische Störungen und die damit verbundene Interferenz, durch Überschreiten der Funkreichweite oder durch Ausschalten des Funksendegeräts verursacht werden.
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Auf dem Markt erhältlich sind so genannte „push-to-activate“ Funksendegeräte. Diese senden ausschließlich dann, wenn ein am Gerät vorgesehener Notstopp-Schalter gedrückt wird. Problematisch daran ist allerdings, dass während der Zeit, in der kein Signal ausgesendet wird, grundsätzlich unklar ist, ob der Notstopp-Schalter gedrückt wurde, oder nicht.
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Es könnte nämlich sein, dass beispielsweise eine lokale Störung (Interferenz) vorliegt, oder dass der Bediener schon die Funkreichweite seines Funksendegeräts überschritten hat. In beiden Fällen würde ein Notstopp-Zustand der Anlage nicht zuverlässig ausgelöst, selbst wenn der Notstopp-Schalter durch die Bedienperson gedrückt wurde.
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Daher kann nur bei andauernder Funkverbindung zwischen dem Funkempfänger und dem mobilen Funksendegerät zuverlässig eine Notsituation oder unregelmäßige Situation erkannt werden. Wenn der Notstopp-Schalter gedrückt und ein Notstopp-Signal an den Funkempfänger übertragen wird, spricht man von einer aktiven Notstopp-Situation. In einer unregelmäßigen Situation erreicht das Signal den Funkempfänger nicht oder nicht zuverlässig, wie schon mehrfach erwähnt beispielsweise bei Störungen oder einer Überschreitung der Funkreichweite, und der Funkempfänger leitet in solch einer Situation vorsorglich den sicheren Zustand ein. Man spricht hierbei von einer passiven Notstopp-Situation. Häufig wird durch das Ausschalten eines Funksendegeräts ein Funkabriss, also eine unregelmäßige Situation und damit eine passive Notstopp-Situation erzeugt.
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Es sind im Stand der Technik Notstopp-Systeme bekannt, welche erlauben, dass mehrere mobile Funksendegeräte mit einem in der oben beschriebenen Art eindeutig zugeordneten Funkempfänger dauerhaft in Funkverbindung stehen, und bei denen jeweils ein aktiver Notstopp bei Betätigung eines dafür vorgesehenen Auslöseelements am Funksendegerät und ein passiver Notstopp bei Unterbrechung der Funkverbindung realisiert werden kann.
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Diese bekannten Systeme sind aber bisher dadurch eingeschränkt, dass die Anzahl der mobilen Funksendegeräte (Teilnehmer) im System stark limitiert ist (höchstens vier Teilnehmer), und dass keine An- und Abmelderoutinen möglich sind. Das bedeutet also, dass alle Teilnehmer immer eingeschaltet sein müssen, damit das System funktionieren kann, unabhängig davon, wie viele Bedienpersonen tatsächlich zur gleichen Zeit ein solches mobiles Funksendegerät aktuell nutzen.
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Weiterhin werden die mobilen Funksendegeräte der bekannten Systeme per Batterie betrieben. Im Falle eines Batteriewechsels wird also zwingend ein Notstopp ausgelöst, sofern die Batterie die einzige Energiequelle ist, welche den dauerhaften Betrieb gewährleistet.
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Ein weiterer Nachteil ist, dass der Tausch eines defekten Geräts, auch wenn es aktuell nicht benutzt werden müsste, ebenso einen Notstopp der Anlage bewirkt.
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Weiterhin ist nachteilig, dass die oben beschriebene Zuordnung und die dadurch notwendige Adresscodierung typischerweise erfordert, dass Ersatzgeräte nur für ein dediziertes Empfangsteil (d.h. für ein vorgegebenes System) vorgehalten werden können.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Notstopp-System bereitzustellen, das im Hinblick auf die vorgenannten Probleme und Nachteile des Standes der Technik verbessert ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Notstopp-System mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Dieses umfasst einen anlagenseitigen Funkempfänger mit einem Arbeitssystem, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in einer dauerhaften Funkverbindung mit mehreren aktuell an dem Notstopp-System angemeldeten, mobilen Funksendegeräten zu stehen und dabei in einem Multiplexverfahren periodisch innerhalb einer vorgegebenen Periodendauer mit jedem der aktuell angemeldeten Funksendegeräte zu kommunizieren. Das Arbeitssystem ist weiterhin dazu ausgebildet und eingerichtet, zu bewirken, dass die Anlage in einen Notstopp-Zustand versetzt wird, wenn das Arbeitssystem von wenigstens einem der aktuell angemeldeten Funksendegeräte ein vorgegebenes Notstopp-Signal erhält, oder wenn die Funkverbindung zwischen dem Arbeitssystem und wenigstens einem der aktuell angemeldeten Funksendegeräte länger als eine vorgegebene Zeit unterbrochen ist. Die vorgegebene Zeit kann dabei beispielsweise die vorgegebene Periodendauer sein.
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Erfindungsgemäß ist das Notstopp-System weiterhin dazu ausgebildet und eingerichtet, ein aktuell nicht angemeldetes mobiles Funksendegerät auf Anforderung am Notstopp-System anzumelden, und ist auch dazu ausgebildet, auf Anforderung eines der aktuell angemeldeten Funksendegeräte von dem Notstopp-System abzumelden.
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Auf diese Weise können grundsätzlich beliebig viele mobile Funksendegeräte in das Notstopp-System einbezogen werden. Insbesondere kann zur Wartung, zur Reparatur oder zum Batteriewechsel ein Funksendegerät problemlos aus dem System entfernt werden, ohne damit einen Notstopp auszulösen.
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Allerdings kann systembedingt die Anzahl der mobilen Funksendegeräte, die zur gleichen Zeit am Notstopp-System angemeldet sein können, auf eine maximale Anzahl n begrenzt sein, wobei n eine natürliche Zahl ist. In diesem Fall ist die Anmeldung eines weiteren Funksendegeräts natürlich nur möglich, sofern aktuell weniger als n Funksendegeräte angemeldet sind.
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Die Begriffe „Empfänger“ und „Sender“ in den Bezeichnungen Funkempfänger und Funksendegerät verweisen im Übrigen lediglich auf die Hauptfunktion der betreffenden Vorrichtungen im Zusammenhang mit der Übermittlung des Notstopp-Signals. Üblicherweise können der Funkempfänger und das Funksendegerät neben dem rein funktechnischen Empfangs- bzw. Sendeteil weitere Komponenten und Funktionen aufweisen, beispielsweise Schaltungen zur Daten- und Signalverarbeitung, Bedien- oder Anzeigeelemente, Schnittstellen zu weiteren Komponenten oder Ähnliches. Insbesondere können der Funkempfänger und jedes der Funksendegeräte zur bidirektionalen Kommunikation miteinander ausgebildet sein.
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Bevorzugt umfasst das Notstopp-System weiterhin wenigstens ein mobiles Funksendegerät, vorzugsweise mehrere mobile Funksendegeräte, wobei jedes Funksendegerät dazu ausgebildet und eingerichtet ist, dann, wenn es an dem Notstopp-System angemeldet ist, entweder dauerhaft und in regelmäßigen Abständen oder auf Anforderung durch den Funkempfänger ein Signal an das Arbeitssystem des Funkempfängers zu senden, wobei das Signal vermittels eines von der Bedienperson betätigbaren Notstopp-Auslöseelements zwischen einem Anwesenheitssignal und dem Notstopp-Signal umschaltbar ist. Das Anwesenheitssignal zeigt dabei die Anwesenheit und das bestimmungsgemäße Funktionieren des jeweiligen Funksendegeräts an.
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Entscheidend für die dauerhafte Aufrechterhaltung der Funkverbindung ist der Austausch von Telegrammen bzw. Frames eines Kommunikationsprotokolls zwischen dem Funkempfänger und jedem der angemeldeten Funksendegeräte.
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Ein Telegramm besteht beispielsweise aus Header, Nutzdaten und Prüfdaten. Für den dauerhaften Betrieb können auch „leere“ Telegramme ausgetauscht werden, d.h. es werden keine Nutzdaten übertragen. Wird nun eine Abfrage zwischen den Funkteilnehmern realisiert, folgt z.B. auf eine bekannte Polling-Sequenz in den Nutzdaten eine interpretierbare Antwort in den Nutzdaten.
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Da der (vor allem passive) Not-Stopp gleichzeitig die Unterbrechung des Funkbetriebs bedeutet, ist diese Information eigentlich keine Nutzdateninformation. Innerhalb der Abfrage in den Nutzdaten könnte der Sender z.B. eine Kennung übertragen.
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Die mobilen Funksendegeräte sind bevorzugt so ausgestaltet, dass sie an der jeweiligen Bedienperson oder deren Kleidung so befestigbar sind, dass das Notstopp-Auslöseelement zu jeder Zeit leicht von der Bedienperson erreicht und betätigt werden kann.
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Es soll im Übrigen nicht ausgeschlossen sein, dass die Funksendegeräte auch andere Signale an den Funkempfänger senden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das mobile Funkesendegerät bzw. die mobilen Funksendegeräte auch dazu ausgebildet ist/sind, Steuerbefehle zur Ansteuerung einer beliebigen Funktion der Anlage an den Funkempfänger zu senden.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das zwischen dem Anwesenheitssignal und dem Notstopp-Signal umschaltbare Signal Teil eines längeren Funktelegramms ist. Für die Überprüfung, ob ein Notstopp-Signal vorliegt, genügt ein einziges Bit in einem Funktelegramm (beispielsweise Notstopp = 1, Anwesenheit = Nicht-Notstopp = 0).
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Bei Systemen mit mehreren mobilen Funksendegeräten, die alle mit dem gleichen Funkempfänger kommunizieren, stellt sich grundsätzlich die Frage nach einer Nutzertrennung. Grundsätzlich stehen hierfür mehrere Multiplexverfahren zur Verfügung:
- a) Zeitmultiplex: Den Funksendegeräten werden unterschiedliche Zeitslots zugewiesen, in denen sie regelmäßig an den Funkempfänger übertragen dürfen,
- b) Frequenzmultiplex: Die Funksendegeräte senden auf unterschiedlichen Frequenzen, welche „zeitgleich“ vom Funkempfänger empfangen werden,
- c) Codemultiplex: Die Funksendegeräte senden auf der gleichen Frequenz und zur selben Zeit, werden aber so codiert, dass aus dem empfangenen Signal verlustfrei das Signal des jeweiligen Funksendegeräts errechnet werden kann.
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Im Hinblick auf die geringe Anzahl für die industrielle Anwendung zur Verfügung stehender Frequenzen sowie unter Berücksichtigung der Latenzen, die im Codemultiplexverfahren durch die digitale Signalverarbeitung entstehen können, ist im vorliegenden Fall das Zeitmultiplexverfahren besonders bevorzugt.
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Bei Nutzertrennung per Zeitmultiplex ist die Beschränkung der Teilnehmerzahl im System inhärent gegeben, da nur eine feste Anzahl von Zeitslots innerhalb der Notstopp-Zeit (bei einer Krananlage beispielsweise innerhalb von 550ms) allokiert werden kann.
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Die maximale Anzahl n von gleichzeitig am System angemeldeten Funksendegeräten kann unter anderem oder ausschließlich durch einen, mehrere oder alle der folgenden Faktoren bestimmt sein:
- - die Notstopp-Zeit, die häufig durch eine für die jeweilige Anlage anzuwendende Norm oder Verordnung bestimmt wird,
- - die zur Verfügung stehende Kommunikationsbandbreite, welche den Durchsatz an Information beim Datenaustausch bestimmt,
- - die Zeit, die für die Kommunikation zwischen dem Funkempfänger und einem einzelnen Funksendegerät benötigt wird, und die zusammengesetzt sein kann aus der Zeit, die der Funkempfänger benötigt, um eine Antwort von einem Funksendegerät anzufordern, und der Zeit, die für das Warten auf eine Antwort des jeweiligen Funksendegeräts vorgesehen ist, sowie
- - die Zeit, die von dem Empfang eines Notstopp-Signals an der Anlage bis zum Erreichen des Notstopp-Zustands der Anlage benötigt wird.
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Der Funkempfänger fragt alle Teilnehmer, das heißt die aktuell angemeldeten Funksendegeräte, zyklisch ab und prüft, ob ein Teilnehmer ein Notstopp-Signal übermittelt. Wenn das übertragene Telegramm möglichst kurz gehalten wird, kann je nach Bandbreite eine Anzahl von n Teilnehmern für den Simultanbetrieb einbezogen werden.
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In einer Ausprägung werden im Funkempfänger zwei Systeme und damit bevorzugt auch zwei Übertragungskanäle integriert.
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Das erste System oder Arbeitssystem (umfassend beispielsweise Funkstrecke, Logikeinheit bzw. Controller und Ausgabeeinheit) erfüllt die Hauptaufgabe des Notstopp-Systems und kommuniziert im Zeitmultiplexverfahren mit den mobilen Funksendegeräten.
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Wenn ein Notstopp-Signal empfangen wird oder ein angemeldetes Funksendegerät (Teilnehmer) nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit antwortet, reagiert der Controller des Arbeitssystems des Funkempfängers und gibt seinerseits ein entsprechendes Signal an die Anlage aus, um den Notstopp der Anlage einzuleiten.
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Das zweite System oder Organisationssystem übernimmt die Organisation der An- und Abmelderoutinen.
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In anderen Worten umfasst das Notstopp-System bevorzugt weiterhin ein dem Funkempfänger zugeordnetes Organisationssystem, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, ein aktuell nicht angemeldetes mobiles Funksendegerät auf Anforderung am Notstopp-System anzumelden, und dazu, ein angemeldetes Funksendegerät auf Anforderung von dem Notstopp-System abzumelden, wobei das Organisationssystem und das Arbeitssystem bevorzugt dazu eingerichtet sind, über unterschiedliche Übertragungskanäle mit den Funksendegeräten zu kommunizieren, also beispielsweise in unterschiedlichen Frequenzbereichen.
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Im letzteren Fall müssen beide Übertragungskanäle von den Funksendegeräten unterstützt werden. Die Kommunikation zwischen den Funksendegeräten und dem Organisationssystem des Funkempfängers kann allerdings auch ganz oder abschnittsweise nicht über Funk sondern über eine andere Technik erfolgen, wie nachfolgend im Zusammenhang mit der Kommunikation über eine Meldestation (Access Point) noch genauer erläutert werden wird.
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Die Aufspaltung in ein Arbeitssystem (erstes System) und ein Organisationssystem (zweites System) kann sinnvoll sein, damit die schnelle zyklische und hochsichere Abfrage aller Teilnehmer nicht durch Organisationsaufgaben wie Ab- und Anmeldung beeinflusst oder verlangsamt werden kann.
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Vorzugsweise ist das erste System entsprechend einer Sicherheitsarchitektur redundant und diversitär aufgebaut und erreicht so eine bestimmte hohe normative Anforderung der funktionalen Sicherheit. Es wird beispielsweise auf die Normen EN ISO 13849-1:2015 bzw. IEC 61508 verwiesen.
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Das Arbeitssystem fragt dabei zyklisch alle durch das Organisationssystem vorgegebenen Teilnehmer, also die aktuell angemeldeten Funksendegeräte, ab und erhält als Antwort den Notstopp-Zustand (Notstopp oder Nicht-Notstopp) sowie gegebenenfalls den Zustand etwaiger weiterer Eingabeelemente vom angefragten Teilnehmer übermittelt.
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Das Organisationssystem erfüllt die Aufgabe der An- und Abmeldung in der Art, dass das Arbeitssystem zu jedem Zeitpunkt für die zyklische Abfrage eine dann bekannte Anzahl von Teilnehmern auf definierte Weise abfragen kann.
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Damit der Funkempfänger mit einem Funksendegerät kommunizieren kann, muss zu diesem Zeitpunkt eine Adresscodierung vorliegen, die auf beiden Seiten bekannt ist und im Telegramm mitgesendet wird.
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Diese Adresse wird während des Anmeldeverfahrens erzeugt aus einem dem Funkempfänger zugeordneten Adressmerkmal und einem dem jeweiligen mobilen Funksendegerät zugeordneten Adressmerkmal. Hierbei kann es sich beispielsweise jeweils um individuelle, fest vorgegebene Gerätenummern oder Ähnliches handeln.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass jedes der Funksendegeräte Mittel umfasst, um ein auf einem geeigneten Speichermedium bereitgestelltes Adressmerkmal des Funkempfängers einzulesen, und es weiter dazu ausgebildet ist, das eingelesene Adressmerkmal des Funkempfängers mit einem dem jeweiligen Funksendegerät zugeordneten Adressmerkmal zu verknüpfen und die verknüpften Adressmerkmale an das Organisationssystem des Funkempfängers zu senden, wobei das Organisationssystem weiter dazu ausgebildet ist, dem jeweiligen Funksendegerät den Erhalt der verknüpften Adressmerkmale und damit die erfolgreiche Anmeldung des Funksendegeräts am Notstopp-System zu bestätigen. Als Speichermedium kann beispielsweise ein mobiler Datenträger verwendet werden, etwa eine Chipkarte oder Ähnliches.
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Nach erfolgter Anmeldung hält der Funkempfänger auch das Adressmerkmal des mobilen Funksendegeräts mit seinem eigenen Adressmerkmal verknüpft vor.
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In dieser Ausprägung können die mobilen Funksendegeräte zur An- und Abmeldung direkt über den hierfür genutzten Kanal („Anmeldekanal“) des Organisationssystems senden.
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Auf diese Weise ist es möglich, auch bisher systemfremde weitere mobile Funksendegeräte, z.B. auch ein Ersatzgerät statt einem defekten mobilen Funksendegerät in das System einzubringen.
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Ergänzend wird verwiesen auf die Druckschrift
WO 2014/206644 A1 und die darin beschriebenen Verfahren zur Zuordnung zwischen Funkempfänger und Funksender.
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Alternativ kann die Anmeldung über eine separate, dem Funkempfänger zugeordnete Meldestation (Access Point) vermittelt werden, die dazu ausgebildet ist, ein in dem Funksendegerät gespeichertes und diesem zugeordnetes Adressmerkmal auszulesen, dieses mit dem der Meldestation bekannten Adressmerkmal des Funkempfängers zu verknüpfen und die verknüpften Adressmerkmale an das Organisationssystem des Funkempfängers zu übermitteln.
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Dabei ist das Organisationssystem oder die Meldestation dazu ausgebildet, dem jeweiligen Funksendegerät den Erhalt der verknüpften Adressmerkmale zu bestätigen, etwa indem die verknüpften Adressmerkmale an das Funksendegerät übermittelt werden. Nach erfolgreicher Anmeldung hält auch in diesem Ausführungsbeispiel der Funkempfänger das Adressmerkmal des mobilen Funksendegeräts mit seinem eigenen Adressmerkmal verknüpft vor.
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Das Auslesen des Adressmerkmals des Funksendegeräts durch die Meldestation sowie die Bestätigung der erfolgreichen Anmeldung erfolgt bevorzugt über eine bidirektionale Kommunikationsverbindung zwischen der Meldestation und dem jeweiligen Funksendegerät, die drahtlos oder kabelgebunden ausgestaltet sein kann. Im Falle einer drahtlosen Kommunikationsverbindung ist beispielsweise eine NFC-Verbindung (Near Field Communication - Nahfeldkommunikation) möglich. Auch die Kommunikation zwischen Meldestation und Funkempfänger kann auf beliebige geeignete Weise erfolgen. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Funksendegeräte keine Funkschnittstelle für den Anmeldekanal aufweisen.
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Wenn das Anmeldeverfahren gültig abgeschlossen ist, gilt ein mobiles Funksendegerät als dem Arbeitssystem hinzugefügt und kann daher in die zyklische Abfrage miteinbezogen werden.
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Das Abmeldeverfahren kann in ähnlicher Weise organisiert werden, indem nämlich entweder (a) das jeweilige mobile Funksendegerät selbst oder (b) nach Einlesen der entsprechenden Information von dem jeweiligen mobilen Funksendegerät die Meldestation eine Abmeldeforderung an das Organisationssystem des Funkempfängers übermittelt. Dieses löscht das verknüpfte Adressmerkmal, welches das Adressmerkmal des betreffenden Funksendegeräts enthält, und quittiert dem Funksendegerät die Löschung entweder direkt oder über die Meldestation.
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Vorzugsweise ist die Meldestation so ausgestaltet, dass über eine geeignete Anzeigeeinrichtung, z.B. über ein Display oder eine Reihe LEDs oder Ähnliches angezeigt wird, wie viele mobile Funksendegeräte (Teilnehmer) im System aktuell angemeldet (aktiv) sind bzw. wie viele weitere noch angemeldet werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eines, bevorzugt jedes der mobilen Funksendegeräte oder/und die Meldestation mit wenigstens einem Bedienelement wie einem Schalter, Taster oder Ähnlichem ausgestattet, um einen An- oder/und Abmeldevorgang am Notstopp-System einzuleiten.
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Weitherhin kann auch wenigstens eines, bevorzugt jedes der mobilen Funksendegeräte ein Anzeigeelement umfassen, welches dazu eingerichtet ist, der Bedienperson anzuzeigen, wenn das jeweilige Funksendegerät erfolgreich am Notstopp-System angemeldet ist, etwa indem eine hierzu vorgesehene LED aufleuchtet.
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Alternativ oder zusätzlich kann zur Erhöhung der Sicherheit und der Bequemlichkeit vorgesehen sein, dass die Meldestation an einem Zugang zu einem Gelände der Anlage vorgesehen ist, wobei ein An- oder Abmeldevorgang vorzugsweise automatisch dadurch eingeleitet wird, dass ein nicht angemeldetes Funksendegerät durch den Zugang auf das Gelände der Anlage gebracht wird bzw. ein angemeldetes Funksendegerät das Gelände der Anlage durch den Zugang verlässt.
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Das Auslesen des Adressmerkmals des Funksendegeräts durch die Meldestation kann dabei zum Beispiel auf Grundlage der RFID bzw. NFC Technologie erfolgen, es ist aber beispielsweise auch eine Kommunikation über eine kabelgebundene Verbindung denkbar, bei der das Funksendegerät zur An- und Abmeldung mit einer entsprechenden Schnittstelle der Meldestation verbunden werden muss.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Meldestation ein Warnsignal ausgibt, wenn ein weiteres Funksendegerät durch den Zugang auf das Gelände der Anlage gebracht wird, obwohl bereits die zulässige Maximalzahl (n) von Funksendegeräten am Notstopp-System angemeldet ist.
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Aus Gründen der Energieersparnis kann vorgesehen sein, dass jedes der Funksendegeräte dazu ausgebildet ist, einen Sendebetrieb erst dann aufzunehmen, wenn ihm vom Funkempfänger bzw. vom Organisationssystem der Erhalt der verknüpften Adressmerkmale und damit die erfolgreiche Anmeldung am System bestätigt wurde.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Speicherelement (etwa ein RAM-Baustein oder EEPROM) eingesetzt, das vom Organisationssystem gelesen und beschrieben werden kann, vom Arbeitssystem aber ausschließlich gelesen werden kann.
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Jede Speicherstelle entspricht dabei einem Abfragevorgang durch das Arbeitssystem und das Arbeitssystem fragt zyklisch alle durch die Speicherstellen vorgegebenen Teilnehmer (mobilen Funksendegeräte) ab.
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Beispielsweise am Ende jedes Abfragezyklus liest das Arbeitssystem in einem definierten Zeitslot den Inhalt des Speicherelements und erhält so die Adresscodierungen der im nächsten Arbeitszyklus abzufragenden mobilen Funksendegeräte.
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Über eine Synchronisierung wird sichergestellt, dass während des Lesevorgangs durch das Arbeitssystem kein Schreibvorgang durch das Organisationssystem stattfindet.
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Während des Arbeitszyklus des Arbeitssystems beschreibt das Organisationssystem das Speicherelement mit den Adresscodierungen von neu angemeldeten Teilnehmern. Somit stehen diese für den nächsten Arbeitszyklus zur Verfügung.
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Die Adresscodierungen für abgemeldete Teilnehmer werden durch das Organisationssystem gelöscht und durch eine definierte Bitfolge ersetzt, die anzeigt, dass der entsprechende Speicherplatz nicht vergeben ist (z.B. 0x11111).
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Durch diese Kennzeichnung erkennt das Arbeitssystem, dass in dem entsprechenden Abfrageschritt kein Teilnehmer vorhanden ist, also auch keine Antwort von einem Teilnehmer zu erwarten ist, so dass kein unnötiger Notstopp eingeleitet werden muss.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert, die zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Notstopp-Systems illustrieren.
- Dabei zeigt 1 in den Teilabbildungen 1a), 1b) und 1c) ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Notstopp-Systems in verschiedenen Stadien eines Anmeldeverfahrens, und
- 2 zeigt in den Teilabbildungen 2a), 2b) und 2c) ein zweites Ausführungsbeispiel in verschiedenen Stadien, die denen der Teilabbildungen 1a), 1b) und 1c) entsprechen.
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Bei allen Figuren handelt es sich um stark vereinfachte und schematisierte Darstellungen, die im Wesentlichen das Prinzip der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Ausführungsvarianten illustrieren sollen.
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Bei der in den Figuren nur schematisch angedeuteten Anlage 12 kann es sich beispielsweise um eine Krananlage, eine Baumaschine oder auch eine beliebige Industrie-Anlage handeln.
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Das Notstopp-System 10 des ersten Ausführungsbeispiels umfasst einen anlagenseitigen Funkempfänger 14 mit einem Arbeitssystem 16, welches dazu ausgelegt ist, in einem Zeitmultiplexverfahren periodisch innerhalb einer vorgegebenen Periodendauer mit jedem von maximal beispielsweise n = 5 gleichzeitig am System angemeldeten mobilen Funksendegeräten 18 zu kommunizieren, vorzugsweise über einen hierzu vorgesehenen Arbeitskanal als Übertragungskanal 22, der in den Figuren in Form einer gestrichelten Linie angedeutet ist.
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Jedes der Funksendegeräte 18 kann ein Notstopp-Auslöseelement 19 aufweisen, etwa in Form eines für die Bedienperson möglichst leicht zu erreichenden Schalters oder Tasters, nach dessen Betätigung durch die Bedienperson per Funk über den Übertragungskanal 22 ein Notstopp-Signal an das Arbeitssystem 16 des Funkempfängers 14 übertragen wird, was bewirkt, dass die Anlage 12 in einen Notstopp-Zustand versetzt wird.
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Dazu kann das Arbeitssystem 16 ein entsprechendes Signal über eine geeignete Kommunikationsverbindung 23 an die Anlage 12 übermitteln.
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Wie der Notstopp-Zustand ausgestaltet ist, hängt von der jeweiligen Anlage und von den für diese Anlage relevanten Gefahrensituationen ab. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass im Notstopp-Zustand die Energiezufuhr zu allen Komponenten oder nur zu ausgewählten Komponenten der Anlage unterbrochen ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel fragt das Arbeitssystem 16 des Funkempfängers 14 in einem Zeitmultiplexverfahren periodisch jedes der aktuell angemeldeten Funksendegeräte 18 ab, und die Anlage 12 wird auch dann in den Notstopp-Zustand versetzt, wenn der Funkempfänger 14 innerhalb einer vorgegebenen Zeit nach dem Absenden einer Anfrage keine Antwort von dem jeweiligen Funksendegerät 18 erhält.
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Es wird also eine dauerhafte Funkverbindung zwischen dem Arbeitssystem 16 des Funkempfängers 14 und allen angemeldeten Funksendegeräten 18 aufrechterhalten, und wenn diese Funkverbindung zu einem der angemeldeten Funksendegeräte länger als eine vorgegebene Zeit unterbrochen ist, wird aus Sicherheitsgründen der Notstopp der Anlage eingeleitet (passiver Notstopp).
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Im Folgenden wird das Anmeldeverfahren für das erste Ausführungsbeispiel eines Notstopp-Systems anhand der Teilabbildungen 1a) bis 1c) näher erläutert.
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In der in Teilabbildung 1a) dargestellten Ausgangssituation sind drei mobile Funksendegeräte 18 mit den Adressmerkmalen T1, T2 und T3 am Notstopp-System 10 angemeldet. Die Adressmerkmale sind hier nur zu Erläuterungszwecken möglichst einfach gewählt. Üblicherweise wird es sich um mehrstellige Identifikationsnummern handeln, die den einzelnen Geräten individuell und fest zugeordnet sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass an den Funksendegeräten 18 jeweils ein Anzeigeelement 21 vorgesehen ist, welches dazu ausgebildet ist, der Bedienperson die erfolgreiche Anmeldung des jeweiligen Funksendegeräts 18 am Notstopp-System 10 anzuzeigen, etwa in Form einer LED, die nur leuchtet, solange das Funksendegerät 18 am System 10 angemeldet ist.
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Um ein viertes mobiles Funksendegerät
18 mit dem Adressmerkmal
T4 zusätzlich am Notstopp-System
10 anzumelden, wird, wie in Teilabbildung 1b) illustriert, das dem Funkempfänger
14 zugeordnete Adressmerkmal
R, über eine Chipkarte als Speichermedium
26 von dem vierten Funksendegerät
18 eingelesen und dort mit dem Adressmerkmal
T4 des vierten Funksendegeräts
18 verknüpft. Das Funksendegerät
18 kann hierzu beispielsweise über einen nicht dargestellten Karteneinsteckschlitz und eine Datenübertragungsschnittstelle verfügen, wie in der
WO 2014/206644 A1 im Detail beschrieben ist. In
1b) ist die Datenübertragungsverbindung zwischen dem Speichermedium
26 und dem Funksendegerät lediglich schematisch durch einen Pfeil
29 angedeutet.
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Dann wird das verknüpfte Adressmerkmal T4-R über einen hierzu vorgesehenen Anmeldekanal als Übertragungskanal 24 vom Funksendegerät 18 per Funk an das Organisationssystem 20 des Funkempfängers 14 übertragen, welches für die An- und Abmeldevorgänge der mobilen Funksendegeräte 18 zuständig ist. Im ersten Ausführungsbeispiel müssen beide Übertragungskanäle 22 und 24, die sich beispielsweise durch den verwendeten Frequenzbereich unterscheiden können, von den Funksendegeräten 18 unterstützt werden.
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Der Funkempfänger 14 kann ein Speicherelement 34 umfassen, welches n (vorliegend also 5) Speicherplätze umfasst und vom Arbeitssystem 16 nur gelesen, vom Organisationssystem 20 aber gelesen und beschrieben werden kann, was in den Figuren durch einen entsprechenden Pfeil 25 bzw. Doppelpfeil 27 zwischen den jeweiligen Komponenten angedeutet ist.
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Das Speicherelement 34 ist dazu ausgebildet, die mit dem Adressmerkmal des Funkempfängers 14 verknüpften Adressmerkmale der aktuell am Notstopp-System 10 angemeldeten Funksendegeräte 18 zu speichern. Nicht belegte Speicherplätze werden vom Organisationssystem mit einer vorgegebenen Bitfolge bzw. Information belegt (vorliegend X-X), die dem Arbeitssystem 16 anzeigt, dass für diesen Speicherplatz aktuell kein Funksendegerät angemeldet ist.
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Zur Anmeldung des vierten Funksendegeräts 18 schreibt das Organisationssystem 20 das verknüpfte Adressmerkmal T4-R, welches ihm vom vierten Funksendegerät 18 über den Übertragungskanal 24 übertragen wurde, auf einen freien Speicherplatz des Speicherelements 34 und bestätigt dem Funksendegerät 18 die erfolgreiche Anmeldung über den Übertragungskanal 24. Teilabbildung 1c) zeigt das Notstopp-System 10 nach erfolgreicher Anmeldung des vierten Funksendegeräts 18
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Gemäß einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Funkempfänger 14 oder/und das jeweilige Funksendegerät 18 ein Warnsignal ausgibt, wenn versucht wird, ein Funksendegerät 18 am Notstopp-System 10 anzumelden, obwohl bereits die maximal mögliche Anzahl von Funksendegeräten am System angemeldet ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Funkempfänger 14 oder/und das jeweilige Funksendegerät 18 ein Warnsignal ausgibt, wenn versucht wird, das letzte verbliebene Funksendegerät 18 vom Notstopp-System 10 abzumelden.
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Vorzugsweise ist an dem Funksendegerät 18 ein Bedienelement 32 vorgesehen, um einen An- oder/und Abmeldevorgang einzuleiten. Beispielsweise kann es sich bei diesem Bedienelement um den Hauptschalter des Funksendegeräts 18 handeln, so dass beim Einschalten (mit Chipkarte im Dateneinsteckschlitz) automatisch eine Anmeldung am Notstopp-System versucht wird, und das Funksendegerät beim Abschalten automatisch vom System abgemeldet wird. Es kann aber auch ein vom Hauptschalter separates Bedienelement für die An- oder/und Abmeldung vorgesehen sein.
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Die Abmeldung kann in entsprechender Weise erfolgen. Wenn die Bedienperson beispielsweise das Bedienelement 32 eines angemeldeten Funksendegeräts 18 erneut betätigt, kann dieses über den Übertragungskanal 24 eine Abmeldeanforderung an das Organisationssystem 20 senden, welches das entsprechende verknüpfte Adressmerkmal vom Speicherelement 34 löscht und dem Funksendegerät 18 über den Übertragungskanal 24 die erfolgreiche Abmeldung bestätigt.
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Das in den Teilabbildungen 2a) bis 2c) illustrierte Notstopp-System 110 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird nur insoweit näher beschrieben, als es sich vom ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet.
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Merkmale des zweiten Ausführungsbeispiels, die denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, sind mit Bezugszeichen versehen, die aus den Bezugszeichen der entsprechenden Merkmale des ersten Ausführungsbeispiels durch Addition der Zahl 100 hervorgehen.
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Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass im Notstopp-System 110 des zweiten Ausführungsbeispiels die An- und Abmeldevorgänge über eine dem Funkempfänger 114 zugeordnete Meldestation 128 („Access Point“) vermittelt werden, die in drahtloser oder kabelgebundener Kommunikationsverbindung 135 mit dem Organisationssystem 120 des Funkempfängers 114 steht.
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Die Meldestation 128 ist dazu ausgebildet, auf Anforderung ein in einem Funksendegerät 118 gespeichertes und diesem zugeordnetes Adressmerkmal T4 über eine Datenübertragungsverbindung 131 auszulesen ( 2b), mit dem Adressmerkmal R des Funkempfängers 114 zu verknüpfen und die verknüpften Adressmerkmale T4-R an das Organisationssystem 120 des Funkempfängers 114 zu übermitteln.
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Die bidirektionale Datenübertragungsverbindung 131 (Kommunikationsverbindung) zwischen dem Funksendegerät 118 und der Meldestation 128 kann dabei in beliebiger geeigneter Weise ausgebildet sein, beispielsweise auf Grundlage der NFC-Technologie. Der Übertragungskanal 124 zwischen Organisationssystem 120 und Funksendegerät 118, also der Anmeldekanal, umfasst im zweiten Ausführungsbeispiel die hintereinander geschalteten Verbindungen 131 und 135.
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Nach dem Erhalt der verknüpften Adressmerkmale T4-R kann das Organisationssystem 120 bzw. die Meldestation 128 dem Funksendegerät 118 über den Übertragungskanal 124 die erfolgreiche Anmeldung bestätigen und die verknüpften AdressmerkmaleT4-R übermitteln.
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Auch hier kann die Abmeldung in entsprechender Weise erfolgen. Dazu wird zunächst die Datenübertragungsverbindung 131 zwischen Funksendegerät 118 und Meldestation 128 hergestellt, indem das Funksendegerät 118 beispielsweise mit einer entsprechenden an der Meldestation 128 vorgesehenen Schnittstelle verbunden oder im Falle einer NFC-Kommunikation in eine geeignete Position relativ zu der Meldestation 128 gebracht wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine erneute Herstellung der Datenübertragungsverbindung 131 mit einem aktuell bereits angemeldeten Funksendegerät 118 eine Abmeldeanforderung an das Organisationssystem 120 auslöst, alternativ kann hierzu aber auch ein geeignetes Bedienelement an dem Funksendegerät 118 oder/und der Meldestation 128 vorgesehen sein.
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Dann erfolgt in der vorbeschriebenen Weise die Löschung der entsprechenden verknüpften Adressmerkmale T4-R vom Speicherelement 134 und die Bestätigung der erfolgreichen Abmeldung an das Funksendegerät 118 über den Übertragungskanal 124, vorliegend also die Verbindungen 135 und 131.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Meldestation 128 eine Anzeigeeinrichtung 130 aufweist, hier in Form einer Reihe von LEDs, die anzeigt, wie viele Funksendegeräte 118 aktuell am System angemeldet sind oder/und wie viele noch angemeldet werden können. Wie Teilabbildung 2c) illustriert, leuchten nach der erfolgreichen Anmeldung des vierten Funksendegeräts 118 im dargestellten Beispiel vier der fünf LEDs der Anzeigeeinrichtung 130.
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Die Meldestation 128 ist bevorzugt an einer für die Bedienpersonen leicht zugänglichen Stelle auf oder in der Nähe der Anlage 12 vorgesehen, vorzugsweise im Bereich eines Zugangs zu dem Gelände der Anlage 12. Die Anmeldung und Abmeldung eines Funksendegeräts 118 kann insbesondere dadurch erleichtert werden, dass sie automatisch ausgelöst wird, wenn eine Bedienperson das Gelände durch den Zugang mit dem Funksendegerät 118 betritt bzw. verlässt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/206644 A1 [0049, 0081]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- EN ISO 13849-1:2015 [0040]
- IEC 61508 [0040]
