DE102019103985A1

DE102019103985A1 - System und Verfahren zur Übertragung eines Betriebssoftware-Updates auf ein sicherheitsgerichtetes Gerät

Info

Publication number: DE102019103985A1
Application number: DE102019103985.1A
Authority: DE
Inventors: Lutz Rahlves; Dominik Kerscher
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2020-08-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System umfassend ein sicherheitsgerichtetes Gerät und ein davon getrenntes elektronisches Speichergerät, in welchem genau ein Dateninhalt für das Gerät gespeichert ist. Der genau eine Dateninhalt ist entweder ein Betriebssoftware-Update oder eine Adresse. Das elektronische Speichergerät umfasst eine erste Verbindungseinrichtung zum mechanischen und elektrischen Koppeln mit dem Gerät, wobei die erste Verbindungseinrichtung ein erstes mechanisches Kodierungsmittel aufweist. Das Gerätumfasst eine Speichereinrichtung, in welcher ein Betriebssystem gespeichert ist, einen Mikrocontroller und eine zweite Verbindungseinrichtung zum mechanischen und elektrischen Koppeln mit dem elektronischen Speichergerät, wobei die zweite Verbindungseinrichtung ein zweites mechanisches Kodierungsmittel aufweist. Der Mikrocontroller ist dazu ausgebildet zu erkennen, ob das elektronische Speichergerät über dessen erste Verbindungseinrichtung an der zweiten Verbindungseinrichtung des Geräts angeschlossen ist, und in diesem Fall ferner dazu ausgebildet, den genau einen in dem elektronischen Speichergerät gespeicherten Dateninhalt in die Speichereinrichtung des Geräts herunterzuladen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System umfassend ein sicherheitsgerichtetes Gerät, insbesondere ein sicherheitsgerichtetes Eingabe-/Ausgabemodul oder eine sicherheitsgerichtete Steuerungseinrichtung, und ein davon getrenntes elektronisches Speichergerät, in welchem genau ein Dateninhalt für das Gerätgespeichert ist, sowie ein Verfahren zur Übertragung von genau einem Dateninhalt von einem elektronischen Speichergerät auf ein sicherheitsgerichtetes Gerät innerhalb dieses Systems.
Zur Reduzierung eines Risikos für Mensch oder Umwelt bei automatisierten Prozessen, Maschinen und Anlagen müssen Sicherheitsfunktionen realisiert werden, wie z.B. die Abschaltung einer Maschine nach Drücken eines Not-Aus-Tasters oder die Überführung der Anlage in den sicheren Zustand nach Erkennen eines Fehlers. Hier werden zunehmend fehlersichere Automatisierungssysteme innerhalb der automatisierten Prozesse, Maschinen und Anlagen eingesetzt. Im Allgemeinen realisieren diese fehlersicheren Automatisierungssysteme einerseits die eigentliche Sicherheitsfunktion, wie z.B. Not-Aus, Zweihand-Schaltung, Betriebsartenwahlschalter, oder ähnliches, und andererseits auch fehlererkennende und -beherrschende Maßnahmen nach z.B. in Standards wie IEC 61508, ISO 13849 und anderen festgelegten Mechanismen, welche dem aktuellen Stand der Technik entsprechen. Ist durch geeignete Maßnahmen gewährleistet, dass ein elektrisches, elektronisches und/oder programmierbar elektronisches System, aber auch ein einzelnes Teilsystem-Modul oder auch eine einzelne Hardware- und/oder Software-Komponente eine bestimmte Sicherheitsfunktion wirksam erfüllt, gilt dieses System bzw. das jeweilige Teilsystem-Modul im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung und der Ansprüche als sicher oder sicherheitsgerichtet.
Sicherheitsgerichtete Geräte, beispielsweise sicherheitsgerichtete Eingabe-/Ausgabemodule und Steuerungseinrichtungen einer Maschine oder Anlage, die einen oder mehrere integrierte Prozessoren und auch Steuerungen umfassen, verfügen in der Regel über ein Betriebssystem. Um dieses Betriebssystem auf dem aktuellen Stand zu halten und insbesondere um Fehler in dem Betriebssystem zu beseitigen oder die Funktionalität des jeweiligen sicherheitsgerichteten Geräts zu erweitern, ist es erforderlich, dass ein Betriebssoftware-Update auf die sicherheitsgerichteten Geräte ladbar ist, welches von dem jeweiligen sicherheitsgerichteten Gerät aus gestartet werden kann.
Bei manchen sicherheitsgerichteten Geräten z.B. bei zumindest manchen Modulen der Schutzart IP20, muss das Gehäuse des Geräts geöffnet werden und mit speziellen Programmieradaptern ein neues Betriebssystem in dem Gerät aufgespielt werden. Dies ist meist nur direkt beim Hersteller des entsprechenden Geräts möglich und kann nicht vor Ort beim Anwender des Eingabe-/Ausgabemoduls erfolgen. Insbesondere bei Eingabe-/Ausgabemodulen der Schutzart IP67 stellt dies jedoch ein Problem dar, da diese Eingabe-/Ausgabemodule nicht geöffnet werden können. Im Falle des Erkennens eines Fehlers des Betriebssystems oder im Falle einer erforderlichen Aktualisierung des Betriebssystems kommt somit lediglich ein Austauschen dieser Eingabe-/Ausgabemodule durch neue Eingabe-/Ausgabemodule mit entsprechend aktualisiertem Betriebssystem und ein Verschrotten der Eingabe-/Ausgabemodule mit nicht aktualisiertem Betriebssystem in Frage.
Im Bereich der funktionalen Sicherheitstechnik muss darüber hinaus sichergestellt sein, dass bei der Aktualisierung des Betriebssystems im Rahmen eines Updates auch die für das entsprechende Gerät geeignete Version des Betriebssoftware-Updates verwendet wird. Unter allen Umständen muss vermieden werden, dass eine falsche Version eines Betriebssoftware-Updates oder ein nicht für das entsprechende Gerät geeignetes Betriebssoftware-Update auf dem entsprechenden Gerät installiert wird.
Um dies sicherzustellen, offenbart die EP 1 532 494 B1 u.a. ein Verfahren zum Aufspielen eines neuen Betriebssystems auf eine Sicherheitssteuerung sowie ein entsprechendes Betriebsprogramm, bei welchem ein Anwender und nicht der Hersteller ein neues Betriebsprogramm, d.h. eine neue Firmware, selbstständig auf eine vorhandene Sicherheitssteuerung aufspielt. Die Kontrolle des Herstellers über die Sicherheitseinrichtung bleibt mit Hilfe einer speziellen Freigabeinformation aufrechterhalten, denn die Übernahme eines neuen Betriebsprogramms erfolgt nur dann, wenn diese Übernahme in der Freigabeinformation von Seiten des Herstellers freigegeben ist. Somit kann mit Hilfe des in der EP 1 532 494 B1 offenbarten Verfahrens überprüft werden, ob das neue Betriebsprogramm die für die jeweilige Sicherheitssteuerung geeignete Version ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System umfassend ein sicherheitsgerichtetes Gerät und ein davon getrenntes elektronisches Speichergerät sowie ein Verfahren bereitzustellen, bei welchen ein für das Gerät bestimmter Dateninhalt, insbesondere ein Betriebssoftware-Update, in der für das Gerät geeigneten Version gegenüber dem Stand der Technik auf eine alternative, vereinfachte und verbesserte Weise auf das Gerät übertragbar ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst und durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche ausgestaltet und weiterentwickelt.
Demgemäß ist ein System vorgesehen, welches ein sicherheitsgerichtetes Gerät und ein davon getrenntes elektronisches Speichergerät umfasst, in welchem genau ein Dateninhalt für das Gerät gespeichert ist. Der genau eine Dateninhalt ist entweder ein Betriebssoftware-Update oder eine Adresse. Das elektronische Speichergerät weist eine erste Verbindungseinrichtung zum mechanischen und elektrischen Koppeln mit dem sicherheitsgerichteten Gerät, wobei die erste Verbindungseinrichtung ein erstes mechanisches Kodierungsmittel umfasst. Das sicherheitsgerichtete Gerät weist eine Speichereinrichtung, in welcher ein Betriebssystem gespeichert ist, einen Mikrocontroller und eine zweite Verbindungseinrichtung zum mechanischen und elektrischen Koppeln mit dem elektronischen Speichergerät auf, wobei die zweite Verbindungseinrichtung ein zweites mechanisches Kodierungsmittel umfasst. Das erste mechanische Kodierungsmittel und das zweite mechanische Kodierungsmittel sind komplementär zueinander ausgebildet. Der Mikrocontroller des Geräts ist dazu ausgebildet zu erkennen, ob das elektronische Speichergerät über dessen erste Verbindungseinrichtung an der zweiten Verbindungseinrichtung des Geräts angeschlossen ist. Ist dies der Fall, so ist der Mikrocontroller ferner dazu ausgebildet, den genau einen in dem elektronischen Speichergerät gespeicherten Dateninhalt von dem elektronischen Speichergerät in die Speichereinrichtung des Geräts herunterzuladen.
Ein sicherheitsgerichtetes Gerät, welches insbesondere ein sicherheitsgerichtetes Eingabe-/Ausgabemodul oder eine sicherheitsgerichtete Steuerungseinrichtung sein kann, weist im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Firmware bzw. ein Betriebssystem auf, welches gelegentlich ein Update benötigt. Weiterhin kann das sicherheitsgerichtete Gerät auch beispielsweise ein Laserscanner, ein Frequenzumrichter oder ein Lichtgitter sein.
Im Gegensatz zu dem Stand der Technik kommt zum Aktualisieren eines Betriebssystems ein elektronisches Speichergerät zum Einsatz, auf dem nur genau ein Dateninhalt, der entweder ein Betriebssoftware-Update oder eine Adresse ist, gespeichert ist. Ist der genau eine Dateninhalt eine Adresse, so wird diese Adresse, die der Kommunikation des sicherheitsgerichteten Geräts beispielsweise mit weiteren Gerät in einer Netzwerkinfrastruktur dient, einmalig in die Speichereinrichtung des Geräts heruntergeladen. Ist der genau eine Dateninhalt ein Betriebssoftware-Update, so entspricht dieses Betriebssoftware-Update stets einer bestimmten Version, die für das Gerät geeignet ist. Da auf dem elektronischen Speichergerät nur ein Dateninhalt und somit nur ein einziges Betriebssoftware-Update gespeichert ist und mechanische Kodierungsmittel zum Einsatz kommen, kann im Gegensatz zu einem elektronischen Speichergerät mit beispielsweise einer Vielzahl von darauf gespeicherten Versionen eines Betriebssoftware-Updates ausgeschlossen werden, dass irrtümlich, beispielsweise durch Verwechslung, oder sogar absichtlich, eine falsche Version des Betriebssoftware-Updates von dem elektronischen Speichergerät auf das Gerätübertragen wird.
Zudem sieht das System vor, dass die erste Verbindungseinrichtung des elektronischen Speichergeräts ein erstes mechanisches Kodierungsmittel und die zweite Verbindungseinrichtung des sicherheitsgerichteten Geräts ein zweites mechanisches Kodierungsmittel umfasst, wobei das erste und zweite mechanische Kodierungsmittel komplementär zueinander ausgestaltet sind. Dies hat den Vorteil, dass ein elektrisches Koppeln des elektronischen Speichergeräts mit dem Gerät, und folglich ein Übertragen des genau einen Dateninhalts von dem elektronischen Speichergerät auf das Gerät, insbesondere nur dann erfolgt, wenn das erste und zweite mechanische Kodierungsmittel entsprechend komplementär zueinander ausgestaltet sind und demzufolge das elektronische Speichergerät mit dem Gerät über deren jeweilige mechanische Kodierungsmittel mechanisch korrekt gekoppelt ist. Eine korrekte mechanische Kopplung bedeutet, dass das erste mechanische Kodierungsmittel mit dem zweiten mechanischen Kodierungsmittel in der dafür vorgesehenen und angedachten Weise mechanisch gekoppelt ist und insbesondere kein gewaltsames Koppeln des ersten mechanischen Kodierungsmittels mit dem zweiten mechanischen Kodierungsmittel entgegen der beabsichtigten und angedachten Weise erfolgt. Mit anderen Worten: Die mechanischen Kodiermittel stellen sicher, dass nur genau die zum jeweiligen Gerätgehörende bzw. passende elektronische Speichereinrichtung mit diesem Gerätverbunden werden kann.
Bedingt durch den genau einen auf dem elektronischen Speichergerät gespeicherten Dateninhalt in Kombination mit der erfindungsgemäßen mechanischen Kodierung kann insbesondere auf einfache Weise sichergestellt werden, dass sowohl die richtige als auch die für das Gerät geeignete Version eines Betriebssoftware-Updates von dem elektronischen Speichergerät auf das Gerätübertragbar ist. So kann beispielsweise durch die mechanische Kodierung eine Identifizierbarkeit des Gerätsgewährleistet werden, sodass auf dem elektronischen Speichergerät stets nur ein für das Betriebssystem des Geräts geeignetes Betriebssoftware-Update gespeichert ist. Dadurch, dass nur ein einziger Dateninhalt, und somit insbesondere nur ein einziges Betriebssoftware-Update, auf dem Gerätgespeichert ist, kann zudem sichergestellt werden, dass dieses Betriebssoftware-Update auch in der für das Gerät richtigen Version vorliegt.
Der Mikrocontroller des Geräts ist dazu eingerichtet und ausgebildet, das Gerät zu steuern und zu kontrollieren. Im Hinblick auf die Übertragung eines Dateninhalts von dem elektronischen Speichergerät auf das Gerät muss der Mikrocontroller lediglich derart eingerichtet und ausgebildet sein, dass er erkennt, ob das elektronische Speichergerät an die zweite Verbindungseinrichtung des Geräts angeschlossen ist. Ist dies der Fall, so muss der Mikrocontroller dazu eingerichtet und ausgebildet sein, den auf dem elektronischen Speichergerät gespeicherten Dateninhalt in die Speichervorrichtung des Geräts herunterzuladen. So ist beispielsweise eine automatische Überprüfung durch den Mikrocontroller, ob der Dateninhalt und insbesondere das Betriebssoftware-Update der richtige und geeignete Dateninhalt bzw. das richtige und geeignete Betriebssoftware-Update für das Gerät ist, nicht erforderlich. Da der Mikrocontroller im Hinblick auf die Übertragung eines Dateninhalts, insbesondere eines Betriebssoftware-Updates, nicht komplex ausgebildet sein muss, senkt dies die Kosten für den Mikrocontroller und somit für das Gerät.
Der Prozess des Herunterladens eines Betriebssoftware-Updates läuft bei dem erfindungsgemäßen System aus elektronischem Speichergerät und Gerät automatisch ab, ohne dass beispielsweise eine Freigabeinformation wie in der EP 1 532 494 B1 oder ein Freischaltcode überprüft werden muss oder ein Anwender angeben muss, welches Betriebssoftware-Update heruntergeladen werden soll. Das System aus elektronischem Speichergerät und Gerät ist im Vergleich zu dem eingangs genannten Stand der Technik somit weniger komplex und dadurch kostengünstig und auch weniger fehleranfällig, was insbesondere im Bereich der funktionalen Sicherheit ein wichtiger Gesichtspunkt ist.
Vorzugsweise weist das Gerät einen Sensor auf, welcher dazu ausgebildet ist zu erkennen, ob das elektronische Speichergerät mit dem Gerät korrekt mechanisch gekoppelt ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor des Geräts ein Berührungssensor, der dazu ausgebildet ist, ein elektrisches Signal an den Mikrocontroller zu senden, welches signalisiert, dass das elektronische Speichergerät mit dem Gerät korrekt mechanisch gekoppelt ist. Sobald der Mikrocontroller von dem Berührungssensor das Signal erhält, dass eine korrekte mechanische Kopplung zwischen elektronischem Speichergerät und Gerät vorliegt, lädt der Mikrocontroller den im elektronischen Speichergerät gespeicherten genau einen Dateninhalt in die Speichervorrichtung des Geräts herunter.
Der Berührungssensor kann ferner ein beispielsweise optisches Signal anzeigen oder akustisches Signal auslösen, welches signalisiert, ob das elektronische Speichergerät mit dem Gerät korrekt mechanisch gekoppelt ist. So kann beispielsweise eine mit dem Berührungssensor elektrisch gekoppelte LED grünes Licht anzeigen, wenn eine korrekte mechanische Kopplung zwischen elektronischem Speichergerät und Gerät vorliegt, und rotes Licht anzeigen, wenn keine korrekte mechanische Kopplung zwischen elektronischem Speichergerät und Gerät vorliegt. Dadurch kann dem Anwender frühzeitig angezeigt werden, dass eine Übertragung des genau einen Dateninhalts, welches für das Gerät bestimmt ist, von dem elektronischen Speichergerät auf das Gerät aufgrund einer fehlenden korrekten mechanischen Kopplung zwischen elektronischem Speichergerät und Gerät nicht stattfindet.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das erste mechanische Kodierungsmittel eine erste definierte mechanische Ausgestaltung und das zweite mechanische Kodierungsmittel weist eine zweite definierte mechanische Ausgestaltung auf, welche komplementär zur ersten definierten mechanischen Ausgestaltung ist. Die erste und zweite definierte mechanische Ausgestaltung kann beliebig geometrisch ausgestaltet sein. So kann es sich dabei beispielsweise um eine Riffelung oder eine Vielzahl von Riffelungen oder ein ausgeprägtes Raster bzw. Muster auf zumindest einem Teil einer im elektrisch und mechanisch gekoppelten Zustand des elektronischen Speichergeräts mit dem Gerät zu dem Gerät bzw. dem elektronischen Speichergerät hingewandten Fläche des elektronischen Speichergeräts bzw. des Geräts handeln. Auch kann die erste und zweite definierte mechanische Ausgestaltung in Form von einem oder mehreren von dieser besagten Fläche des elektronischen Speichergeräts bzw. des Geräts hervorragenden Element bzw. Elementen wie Stifte, Quader, Prismen u.v.m., oder entsprechend komplementär dazu geformten Ausnehmungen oder auch einer Kombination von hervorragenden Elementen und Ausnehmungen vorliegen.
Gemäß einer Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung ist der Mikrocontroller des Geräts dazu ausgebildet zu erkennen, ob das elektronische Speichergerät an das Gerät zum ersten Mal angeschlossen worden ist. Wenn dies der Fall ist, ist der Mikrocontroller derart eingerichtet, den genau einen Dateninhalt des elektronischen Speichergeräts als Adresse zu interpretieren. Die Adresse dient der Kommunikation des Geräts beispielsweise mit weiteren Eingabe-/Ausgabemodulen in einer Netzwerkinfrastruktur und wird von dem Mikrocontroller einmalig in die Speichereinrichtung des Geräts heruntergeladen. Wenn dies jedoch nicht der Fall ist, ist der Mikrocontroller derart eingerichtet, den genau einen Dateninhalt des elektronischen Speichergeräts als Betriebssoftware-Update zu interpretieren, das Betriebssoftware-Update in die Speichereinrichtung des Geräts herunterzuladen und vorzugsweise dort zu starten.
Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zur Übertragung von genau einem Dateninhalt von einem elektronischen Speichergerät auf ein sicherheitsgerichtetes Gerät innerhalb des erfindungsgemäßen Systems wie zuvor beschrieben. Zunächst wird das Gerät im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens von einer Spannungsversorgung getrennt. Im spannungslosen bzw. stromlosen Zustand des Geräts wird die erste Verbindungseinrichtung des elektronischen Speichergeräts mit der zweiten Verbindungseinrichtung des Geräts elektrisch und mechanisch gekoppelt, wobei eine elektrische Kopplung nur bei korrekter mechanischer Kopplung des ersten Kodierungsmittels mit dem zweiten Kodierungsmittel erfolgt. Nach dem Anschließen des Geräts an die Spannungsversorgung erkennt der Mikrocontroller des Geräts vorzugsweise im Hochlaufen des Geräts, ob das elektronische Speichergerät an der zweiten Verbindungseinrichtung des Geräts angeschlossen ist. Wenn dies der Fall ist, so lädt der Mikrocontroller den genau einen in dem elektronischen Speichergerät gespeicherten Dateninhalt von dem elektronischen Speichergerät in die Speichereinrichtung des Geräts herunter. Anschließend wird das elektronische Speichergerät elektrisch und mechanisch von dem Gerät entkoppelt.
Vorzugsweise kann der Mikrocontroller bei dem zuvor beschriebenen Verfahren ferner erkennen, ob das elektronische Speichergerät an das Gerät zum ersten Mal angeschlossen worden ist. Ist dies der Fall, so interpretiert der Mikrocontroller den genau einen Dateninhalt des elektronischen Speichergeräts als Adresse. Ist dies jedoch nicht der Fall, so interpretiert der Mikrocontroller den genau einen Dateninhalt des elektronischen Speichergeräts als Betriebssoftware-Update.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein beispielhaftes System aus einem elektronischen Speichergerät und einem sicherheitsgerichteten Gerät gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 ein beispielhaftes System aus einem elektronischen Speichergerät und einem sicherheitsgerichteten Gerät gemäß einer zweiten Ausführungsform,
3 ein beispielhaftes System aus einem elektronischen Speichergerät und einem sicherheitsgerichteten Gerät gemäß einer dritten Ausführungsform und
4 ein beispielhaftes System aus einem elektronischen Speichergerät und einem sicherheitsgerichteten Gerät gemäß einer vierten Ausführungsform.

1 zeigt skizzenhaft und nicht maßstabsgetreu eine erste Ausführungsform eines Systems, umfassend ein sicherheitsgerichtetes Gerät, und zwar im vorliegenden Fall beispielhaft ein sicherheitsgerichtetes Eingabe-/Ausgabemodul 1 (in 1 unten) und ein davon getrenntes elektronisches Speichergerät 2 (in 1 oben). In dem elektronischen Speichergerät 2 ist genau ein Dateninhalt gespeichert, der für das sicherheitsgerichtete Eingabe-/Ausgabemodul 1 bestimmt ist (nicht in 1 gezeigt), wobei der genau eine Dateninhalt entweder ein Betriebssoftware-Update oder eine Adresse für das Eingabe-/Ausgabemodul 1 ist.
Das elektronische Speichergerät 2 in 1 weist eine erste Verbindungseinrichtung 3 zum mechanischen und elektrischen Koppeln mit dem Eingabe-/Ausgabemodul 1 und das in 1 dargestellte Eingabe-/Ausgabemodul 1 weist eine zweite Verbindungseinrichtung 5 zum mechanischen und elektrischen Koppeln mit dem elektronischen Speichergerät 2 an dessen erste Verbindungseinrichtung 3 auf. Zum elektrischen Koppeln sind sowohl die erste Verbindungseinrichtung 3 des elektronischen Speichergeräts 2 als auch die zweite Verbindungseinrichtung 5 des Eingabe-/Ausgabemoduls in der in 1 dargestellten Ausführungsform jeweils mit einer elektrischen Schnittstelle 9a, 9b ausgestattet, sodass das elektronische Speichergerät 2 über dessen elektrische Schnittstelle 9a mit der elektrischen Schnittstelle 9b des Eingabe-/Ausgabemoduls 1 elektrisch gekoppelt werden kann. Zum mechanischen Koppeln hingegen umfasst die erste Verbindungseinrichtung 3 des elektronischen Speichergeräts 2 ein erstes mechanisches Kodierungsmittel 4 und die zweite Verbindungseinrichtung 5 des Eingabe-/Ausgabemoduls 1 ein zweites mechanisches Kodierungsmittel 6, welches komplementär zu dem ersten mechanischen Kodierungsmittel 4 ausgebildet ist.
Das erste mechanische Kodierungsmittel 4 des elektronischen Speichergeräts 2 weist vorzugsweise eine erste definierte mechanische Ausgestaltung 7 auf. In 1 besteht die erste definierte mechanische Ausgestaltung 7 des ersten mechanischen Kodierungsmittels 4 aus zwei Elementen, und zwar zwei Quadern, welche von der im elektrisch und mechanisch gekoppelten Zustand des elektronischen Speichergeräts 2 mit dem Eingabe-/Ausgabemodul 1 zu dem Eingabe-/Ausgabemodul 1 hingewandten Fläche des elektronischen Speichergeräts 2 hervorstehen. Es sind jedoch auch verschiedenste andere geometrische Formen denkbar und auch die Anzahl der hervorstehenden Elemente kann beliebig sein angefangen mit einem hervorstehenden Element. Auch können anstatt von hervorstehenden Elementen auch komplementär dazu ausgebildete Ausnehmungen oder auch eine Kombination von hervorstehenden Elementen und Ausnehmungen als erste definierte mechanische Ausgestaltung 7 an dem elektronischen Speichergerät 2 ausgebildet sein. Das zweite mechanische Kodierungsmittel 6 des Eingabe-/Ausgabemoduls 1 weist vorzugsweise eine zweite definierte mechanische Ausgestaltung 8 auf, die komplementär zu der ersten definierten mechanischen Ausgestaltung 7 des ersten mechanischen Kodierungsmittels 4 ausgebildet ist. In dem in 1 dargestellten Beispiel besteht die zweite definierte mechanische Ausgestaltung 8 des zweiten mechanischen Kodierungsmittels 6 aus zwei quaderförmigen Ausnehmungen 7. Diese quaderförmigen Ausnehmungen 7 sind auf der im elektrisch und mechanisch gekoppelten Zustand des elektronischen Speichergeräts 2 mit dem Eingabe-/Ausgabemodul 1 zu dem elektronischen Speichergerät 2 hingewandten Fläche des Eingabe-/Ausgabemoduls 1 derart ausgebildet, dass sie die zwei hervorstehenden Quader 7 des ersten mechanischen Kodierungsmittels 4 des elektronischen Speichergeräts 2 im Wesentlichen vollständig aufnehmen.
Das in 1 gezeigte Eingabe-/Ausgabemodul 1 weist ferner eine Schnittstelle 12 zum Anschließen beispielsweise eines Feldgeräts (nicht gezeigt), beispielsweise eines Aktors oder Sensors, auf. Zudem umfasst das Eingabe-/Ausgabemodul 1 einen Mikrocontroller 10, der das Eingabe-/Ausgabemodul 1 steuert und überwacht, und eine Speichereinrichtung 11, in welcher ein Betriebssystem gespeichert ist und welche mit dem Mikrocontroller 10 elektrisch gekoppelt ist. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Eingabe-/Ausgabemodul 1 in vorteilhafter Weise ferner einen Sensor 13 auf, der mit dem zweiten mechanischen Kodierungsmittel 6 und vorzugsweise mit dem Mikrocontroller 10 elektrisch gekoppelt ist und vorteilhafterweise als Berührungssensor 13 ausgebildet ist.
Der Berührungssensor 13 ist insbesondere dazu ausgebildet, im elektrisch und mechanisch gekoppelten Zustand (nicht gezeigt) des elektronischen Speichergeräts 2 mit dem Eingabe-/Ausgabemodul 1 ein elektrisches Signal an den Mikrocontroller 10 zu senden, welches signalisiert, dass das elektronische Speichergerät 2 mit dem Eingabe-/Ausgabemodul 1 korrekt mechanisch gekoppelt ist. Eine korrekte mechanische Kopplung bedeutet, dass das erste mechanische Kodierungsmittel 4 mit dem zweiten mechanischen Kodierungsmittel 6 in der dafür vorgesehenen und angedachten Weise mechanisch gekoppelt ist und insbesondere kein gewaltsames Einführen des ersten mechanischen Kodierungsmittels 4 in das zweite mechanische Kodierungsmittel 6 wider den vorgesehenen Verwendungszweck, wie beispielsweise ein Abbrechen zumindest eines der hervorstehenden Quader, erfolgt. Der Mikrocontroller 10, die Speichereinrichtung 11 und der Berührungssensor 13 sind in der 1 jeweils gestrichelt dargestellt, da sie sich in 1 im Inneren des Eingabe-/Ausgabemoduls 1 befinden und von der gezeigten Außenansicht auf das Eingabe-/Ausgabemodul 1 nicht sichtbar sind.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Systems aus sicherheitsgerichtetem Eingabe-/Ausgabemodul 1 und elektronischem Speichergerät 2 näher erläutert. In dem elektronischen Speichergerät 2 ist genau ein Dateninhalt für das sicherheitsgerichtete Eingabe-/Ausgabemodul 2 gespeichert, welcher wie folgt von dem elektronischen Speichergerät 2 in die Speichereinrichtung 11 des Eingabe-/Ausgabemoduls 2 übertragen wird. Zunächst wird das Eingabe-/Ausgabemodul 2 von einer nicht in den Figuren dargestellten Spannungsversorgung getrennt. Daraufhin wird das elektronische Speichergerät 2 über seine erste Verbindungseinrichtung 3 mit der zweiten Verbindungseinrichtung 5 des Eingabe-/Ausgabemoduls 1 elektrisch und mechanisch gekoppelt. Eine elektrische Koppelung, welche in dem Ausführungsbeispiel der 1 durch ein Koppeln der elektrischen Schnittstelle 9a des elektronischen Speichergeräts 2 mit der elektrischen Schnittstelle 9b des Eingabe-/Ausgabemoduls 1 zustande kommt, jedoch nicht im Detail gezeigt ist, erfolgt jedoch nur bei korrekter mechanischer Kopplung des ersten mechanischen Kodierungsmittels 4 mit dem komplementär zu diesem ausgebildeten zweiten mechanischen Kodierungsmittel 6. Umfasst das Eingabe-/Ausgabemodul 1 vorzugsweise einen Sensor 13, insbesondere einen Berührungssensor 13, so erkennt dieser, ob eine korrekte mechanische Kopplung vorliegt. Ist dies der Fall, sendet der Berührungssensor 13 ein entsprechendes Signal diesbezüglich an den Mikrocontroller 10 sowie vorteilhafterweise auch an eine an dem Eingabe-/Ausgabemodul 1 angebrachte LED-Anzeige 14, die daraufhin grünes Licht anzeigt. Liegt jedoch keine korrekte mechanische Kopplung vor, so signalisiert der Berührungssensor 13 dies dem Mikrocontroller 10 und der LED-Anzeige 14 ebenfalls. Daraufhin zeigt die LED-Anzeige 14 rotes Licht an und der Mikrocontroller 10 unternimmt keine weiteren Schritte hinsichtlich des elektronischen Speichergeräts 2. Bei von dem Berührungssensor 13 gemeldeter inkorrekter mechanischer Kopplung lädt der Mikrocontroller 10 somit insbesondere den in dem elektronischen Speichergerät 2 gespeicherten genau einen Dateninhalt nicht in die Speichereinrichtung 11 des Eingabe-Ausgabemoduls 1 herunter.
Nach einer erfolgreichen, mechanischen und elektrischen Kopplung wird das Eingabe-/Ausgabemodul 1an die Spannungsversorgung angeschlossen. Der Mikrocontroller 10 des Eingabe-/Ausgabemoduls 1 erkennt vorzugsweise bereits im Hochladen, ob das elektronische Speichergerät 2 über dessen erste Verbindungseinrichtung 3 an der zweiten Verbindungseinrichtung 5 des Eingabe-/Ausgabemoduls 1 angeschlossen ist. Ist dies der Fall, lädt der Mikrocontroller 10 den genau einen in dem elektronischen Speichergerät 2 gespeicherten Dateninhalt von dem elektronischen Speichergerät 2 in die Speichereinrichtung 11 des Eingabe-/Ausgabemoduls 1 herunter. Vorzugsweise erkennt der Mikrocontroller 10 darüber hinaus auch, ob das elektronische Speichergerät 2 an das Eingabe-/Ausgabemodul 1 zum ersten Mal angeschlossen worden ist. Falls dies der Fall ist, so interpretiert der Mikrocontroller 10 den genau einen Dateninhalt des elektronischen Speichergeräts 2 als Adresse, welche der Kommunikation des Eingabe-/Ausgabemoduls 1 beispielsweise mit weiteren Eingabe-/Ausgabemodulen in einer Netzwerkinfrastruktur dient, und lädt diese Adresse in die Speichereinrichtung 11 des Eingabe-/Ausgabemoduls 1 herunter. Ist das elektronische Speichergerät 2 an das Eingabe-/Ausgabemodul 1 jedoch nicht zum ersten Mal angeschlossen worden, so interpretiert der Mikrocontroller 10 den genau einen Dateninhalt des elektronischen Speichergeräts 2 hingegen als Betriebssoftware-Update, lädt dieses Betriebssoftware-Update in die Speichereinrichtung 11 des Eingabe-/Ausgabemoduls 1 herunter und startet insbesondere das Betriebssoftware-Update, um das in der Speichereinrichtung 11 gespeicherte Betriebssystem zu aktualisieren. Zuletzt wird das elektronische Speichergerät 2 von dem Eingabe-/Ausgabemodul 1 sowohl elektrisch als auch mechanisch entkoppelt und somit von dem Eingabe-/Ausgabemodul 1 entfernt.
Die 2, 3 und 4 unterscheiden sich von der 1 im Wesentlichen lediglich dadurch, dass das erste mechanische Kodierungsmittel 4', 4", 4"' der ersten Verbindungseinrichtung 3', 3", 3"` des jeweiligen dargestellten elektronischen Speichergeräts 2', 2", 2"' und das zweite mechanische Kodierungsmittel 6', 6", 6''' der zweiten Verbindungseinrichtung 5', 5", 5"' des jeweiligen dargestellten sicherheitsgerichteten Eingabe-/Ausgabemoduls 1', 1", 1''' eine von den in den 1a, 1b gezeigte, verschiedene erste definierte mechanische Ausgestaltung 7', 7", 7"' und zweite definierte mechanische Ausgestaltung 8', 8", 8"' aufweisen.
In 2 weist das erste mechanische Kodierungsmittel 4' der ersten Verbindungseinrichtung 3' des elektronischen Speichergeräts 2' (in 2 oben) vorzugsweise eine erste definierte mechanische Ausgestaltung 7' auf, welche aus zwei speziell strukturierten, insbesondere mit Riffellungen versehenen, Bereichen auf der Oberfläche des elektronischen Speichergeräts 2' besteht. Dabei können die Anzahl und die Anordnung der speziell strukturierten Bereiche variieren. Auch kann beispielsweise die gesamte, im elektrisch und mechanisch gekoppelten Zustand des elektronischen Speichergeräts 2' mit dem Eingabe-/Ausgabemodul 1` zu dem Eingabe-/Ausgabemodul 1` hingewandte Fläche des Speichergeräts 2' mit einer speziellen Strukturierung, beispielsweise einer Riffelung, einer Wellenstruktur, einer kammartigen Struktur und vieles mehr, versehen sein. Auch können verschiedene Arten der Strukturierung als erste definierte mechanische Ausgestaltung 7' vorliegen. Das zweite mechanische Kodierungsmittel 6' der zweiten Verbindungseinrichtung 5' des Eingabe-/Ausgabemoduls 1` (in 2 unten) weist dementsprechend eine zu der ersten definierten mechanischen Ausgestaltung 7' komplementär ausgebildete zweite definierte mechanische Ausgestaltung 8' auf.
In 3 weist das erste mechanische Kodierungsmittel 4" der ersten Verbindungseinrichtung 3" des elektronischen Speichergeräts 2" (in 3 oben) vorzugsweise eine erste definierte mechanische Ausgestaltung 7" auf, welche aus zwei hervorstehenden Elementen, und zwar zwei Quadern, besteht, die jedoch an der elektrischen Schnittstelle 9a angeordnet sind. Es sind alternativ zu den Quadern verschiedenste andere geometrische Formen denkbar. Auch die Anzahl der hervorstehenden Elemente kann beliebig sein, angefangen mit einem hervorstehenden Element. Auch können anstatt von hervorstehenden Elementen auch komplementär dazu ausgebildete Ausnehmungen, oder aber eine Kombination von hervorstehenden Elementen und Ausnehmungen in dem elektronischen Speichergerät 2" als erste definierte mechanische Ausgestaltung 7" ausgebildet sein. Das zweite mechanische Kodierungsmittel 6" der zweiten Verbindungseinrichtung 5" des Eingabe-/Ausgabemoduls 1" (in 3 unten) weist dementsprechend eine zu der ersten definierten mechanischen Ausgestaltung 7" komplementär ausgebildete zweite definierte mechanische Ausgestaltung 8" auf, und zwar in 3b in Form von zwei quaderförmigen Ausnehmungen an der elektrischen Schnittstelle 9b.
In 4 weist das erste mechanische Kodierungsmittel 4 "' der ersten Verbindungseinrichtung 3"' des elektronischen Speichergeräts 2''' (in 4 oben) vorzugsweise eine erste definierte mechanische Ausgestaltung 7"' auf, welche aus einem hervorstehenden Element in Form eines Prismas besteht. Das zweite mechanische Kodierungsmittel 6''' der zweiten Verbindungseinrichtung 5"' des Eingabe-/Ausgabemoduls 1''' (in 4 unten) weist dementsprechend eine zu der ersten definierten mechanischen Ausgestaltung 7"' komplementär ausgebildete zweite definierte mechanische Ausgestaltung 8"' auf, und zwar in Form von einer prismenförmigen Ausnehmung.
Auch wenn in den 2, 3, 4 nicht explizit dargestellt, so weist auch das darin jeweils abgebildete sicherheitsgerichtete Eingabe-/Ausgabemodul 1', 1", 1"' zumindest jeweils einen Mikrocontroller 10, eine Speichervorrichtung 11 und eine Schnittstelle 12 zum Anschließen eines sicherheitsgerichteten Geräts, beispielsweise eines Sensors oder Aktors, auf. Ebenfalls kann das jeweilige sicherheitsgerichtete Eingabe-/Ausgabemodul 1', 1", 1"' in den 2, 3, 4 vorzugsweise einen mit dem zweiten mechanischen Kodierungsmittel 6', 6", 6"' gekoppelten und vorzugsweise auch mit dem Mikrocontroller 10 elektrisch gekoppelten Sensor 13 aufweisen, der wiederum vorteilhafterweise mit einer LED-Anzeige 14 des Eingabe-/Ausgabemoduls 1', 1", 1''' gekoppelt ist und als Berührungssensor 13 ausgebildet ist.
Anstelle eines in 1-4 beispielhaft dargestellten sicherheitsgerichteten Eingabe-/Ausgabemoduls 1, 1', 1", 1"' kann als sicherheitsgerichtetes Gerät insbesondere eine sicherheitsgerichtete Steuerungseinrichtung oder beispielsweise ein Laserscanner, Frequenzumrichter oder ein Lichtgitter als sicherheitsgerichtetes Gerät zum Einsatz kommen.
Bezugszeichenliste

1, 1', 1", 1: sicherheitsgerichtetes Eingabe-/Ausgabemodul als Bespiel für ein sicherheitsgerichtetes Gerät
2, 2', 2 ", 2"':: elektronisches Speichergerät
3, 3', 3", 3''':: erste Verbindungseinrichtung
4, 4', 4", 4"`:: erstes mechanisches Kodierungsmittel
5, 5', 5'', 5''':: zweite Verbindungseinrichtung
6, 6', 6", 6"':: zweites mechanisches Kodierungsmittel
7, 7`, 7", 7"':: erste definierte mechanische Ausgestaltung
8 , 8`, 8", 8''':: zweite definierte mechanische Ausgestaltung
9a, 9b:: elektrische Schnittstelle des Speichermediums, Eingabe-/Ausgabemoduls
10:: Mikrocontroller
11:: Speichereinrichtung
12:: Schnittstelle zu einem Feldgerät
13:: Sensor
14:: LED-Anzeige

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1532494 B1 [0006, 0015]

Claims

System umfassend ein sicherheitsgerichtetes Gerät (1, 1', 1", 1"') und ein davon getrenntes elektronisches Speichergerät (2, 2', 2", 2'''), in welchem genau ein Dateninhalt für das Gerät (1, 1', 1", 1"’) gespeichert ist, wobei der genau eine Dateninhalt entweder ein Betriebssoftware-Update oder eine Adresse ist, wobei das elektronische Speichergerät (2, 2', 2", 2"') eine erste Verbindungseinrichtung (3, 3', 3", 3"') zum mechanischen und elektrischen Koppeln mit dem Gerät (1, 1', 1", 1"') umfasst, wobei die erste Verbindungseinrichtung (3, 3', 3", 3"') ein erstes mechanisches Kodierungsmittel (4, 4', 4'', 4''') aufweist, und wobei das Gerät (1, 1', 1", 1"') eine Speichereinrichtung (11), in welcher ein Betriebssystem gespeichert ist, einen Mikrocontroller (10) und eine zweite Verbindungseinrichtung (5, 5', 5", 5"’) zum mechanischen und elektrischen Koppeln mit dem elektronischen Speichergerät (2, 2', 2", 2"') umfasst, wobei die zweite Verbindungseinrichtung (5, 5', 5", 5"') ein zweites mechanisches Kodierungsmittel (6, 6', 6", 6''') aufweist, wobei das erste (4, 4', 4", 4"') mechanische Kodierungsmittel und das zweite mechanische Kodierungsmittel (6, 6', 6", 6''') komplementär zueinander ausgebildet sind, wobei der Mikrocontroller (10) des Geräts (1, 1', 1", 1"') dazu ausgebildet ist zu erkennen, ob das elektronische Speichergerät (2, 2', 2", 2"') über dessen erste Verbindungseinrichtung (3, 3', 3", 3"') an der zweiten Verbindungseinrichtung (5, 5', 5'', 5''') des Geräts (1, 1', 1", 1"') angeschlossen ist, und in diesem Fall ferner dazu ausgebildet ist, den genau einen in dem elektronischen Speichergerät (2, 2', 2'', 2''') gespeicherten Dateninhalt von dem elektronischen Speichergerät (2, 2', 2", 2"') in die Speichereinrichtung (11) des Geräts (1, 1', 1", 1"') herunterzuladen.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das sicherheitsgerichtete Gerät (1, 1', 1", 1"') einen Sensor (13) aufweist, welcher dazu ausgebildet ist zu erkennen, ob das elektronische Speichergerät (2, 2', 2", 2"') mit dem Gerät (1, 1', 1", 1''') korrekt mechanisch gekoppelt ist.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13) ein Berührungssensor (13) ist und dazu ausgebildet ist, ein elektrisches Signal an den Mikrocontroller (10) zu senden, welches signalisiert, dass das elektronische Speichergerät (2, 2', 2", 2''') mit dem Gerät (1, 1', 1", 1"') korrekt mechanisch gekoppelt ist.
System gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste mechanische Kodierungsmittel (4, 4', 4", 4"') eine erste definierte mechanische Ausgestaltung (7, 7', 7", 7"') aufweist und das zweite mechanische Kodierungsmittel (6, 6', 6", 6"') eine zweite definierte mechanische Ausgestaltung (8, 8', 8", 8"') aufweist, die komplementär zur ersten definierten mechanischen Ausgestaltung (7, 7', 7'', 7''') ist.
System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (10) des Geräts (1, 1', 1", 1"') dazu ausgebildet ist zu erkennen, ob das elektronische Speichergerät (2, 2', 2", 2"') an das Gerät (1, 1', 1", 1"') zum ersten Mal angeschlossen worden ist und wenn ja, in diesem Fall derart eingerichtet ist, den genau einen Dateninhalt des elektronischen Speichergeräts (2, 2', 2", 2''') als Adresse zu interpretieren, und wenn nein, in diesem Fall derart eingerichtet ist, den genau einen Dateninhalt des elektronischen Speichergeräts (2, 2', 2", 2"') als Betriebssoftware-Update zu interpretieren.
Verfahren zur Übertragung von genau einem Dateninhalt von einem elektronischen Speichergerät (2, 2', 2", 2"') auf ein sicherheitsgerichtetes Gerät (1, 1', 1", 1''' innerhalb eines Systems nach einem der vorstehenden Ansprüche mit folgenden Schritten: - Trennen des Geräts (1, 1', 1", 1"') von einer Spannungsversorgung, - elektrisches und mechanisches Koppeln der ersten Verbindungseinrichtung (3, 3', 3", 3"') des elektronischen Speichergeräts (2, 2', 2", 2''') mit der zweiten Verbindungseinrichtung (5, 5', 5'', 5''') des Geräts (1, 1', 1", 1"'), wobei eine elektrische Kopplung nur bei korrekter mechanischer Kopplung des ersten mechanischen Kodierungsmittels (4, 4', 4", 4"') mit dem zweiten mechanischen Kodierungsmittel (6, 6', 6", 6"') erfolgt, - Anschließen des Geräts (1, 1', 1", 1"') an die Spannungsversorgung, - Erkennen durch den Mikrocontroller (10) des Geräts (1, 1', 1", 1"'), ob das elektronische Speichergerät (2, 2', 2", 2"') an der zweiten Verbindungseinrichtung (5, 5', 5", 5''') des Geräts (1, 1', 1", 1"') angeschlossen ist, und in diesem Fall - Herunterladen des genau einen in dem elektronischen Speichergerät (2, 2', 2 ", 2"') gespeicherten Dateninhalts von dem elektronischen Speichergerät (2, 2', 2", 2''') in die Speichereinrichtung (11) des Geräts (1, 1', 1", 1''' - elektrisches und mechanisches Entkoppeln des elektronischen Speichergeräts (2, 2', 2", 2''') von dem Gerät (1, 1 ', 1", 1''').
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (10) ferner erkennt, ob das elektronische Speichergerät (2, 2', 2", 2"') an das Gerät (1, 1', 1", 1"') zum ersten Mal angeschlossen worden ist und wenn ja, in diesem Fall den genau einen Dateninhalt des elektronischen Speichergeräts (2, 2', 2", 2"') als Adresse interpretiert, und wenn nein, in diesem Fall den genau einen Dateninhalt des elektronischen Speichergeräts (2, 2', 2'', 2"') als Betriebssoftware-Update interpretiert.