EP3391157A1 - Feldbuskoppler, system und verfahren zum konfigurieren eines fehlersicheren moduls - Google Patents

Feldbuskoppler, system und verfahren zum konfigurieren eines fehlersicheren moduls

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Publication number
EP3391157A1
EP3391157A1 EP16815822.8A EP16815822A EP3391157A1 EP 3391157 A1 EP3391157 A1 EP 3391157A1 EP 16815822 A EP16815822 A EP 16815822A EP 3391157 A1 EP3391157 A1 EP 3391157A1
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EP
European Patent Office
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fieldbus
coupler
fail
module
type
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16815822.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gorm Rose
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Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Original Assignee
Weidmueller Interface GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Weidmueller Interface GmbH and Co KG filed Critical Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Publication of EP3391157A1 publication Critical patent/EP3391157A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/4026—Bus for use in automation systems

Definitions

  • the invention relates to a method for configuring a fail-safe module, hereinafter abbreviated also FS module called, which is connected via a sub-bus to a fieldbus coupler of an industrial automation system for transmitting security-relevant data of the FS module via a fieldbus.
  • the invention further relates to a fieldbus coupler and a system comprising a fieldbus coupler and an FS module, which is suitable for carrying out the method.
  • field buses are used to transmit control data and / or measured values between one or more central control computers, also referred to as master computers or programmable logic controllers (PLCs), and field devices.
  • the field devices may be, for example, sensors and / or actuators associated with the industrial automation system.
  • a fieldbus coupler mentioned above, which forms an interface between the field bus on the one hand and a frequently proprietary subbus on the other hand, wherein a plurality of bus-capable modules can be coupled to this sub-bus.
  • the modules are known in a variety of different configurations, for example, the modules can provide digital and / or analog input and / or output channels, be designed as signal converters or relay modules, counter modules or interface modules to other buses.
  • the system comprising fieldbus couplers and connected modules is also referred to as a modular, decentralized input and output station or also briefly as "remote I / O”.
  • a method for configuring an FS module of the type mentioned at the beginning has the following steps: A type of safety protocol which is compatible with the fieldbus is determined by the fieldbus coupler. Subsequently, configuration statements are sent from the field transmit bus coupler to the at least one FS module to set in the FS module, the use of the determined type of security protocol.
  • the fieldbus coupler converts the field bus protocol into the protocol used on the subbus or packs it into protocol-compliant containers if, as with security protocols, it must be ensured that the content is not compromised.
  • the fieldbus coupler thus represents the link between the fieldbus and the FS modules.
  • the determination of the security protocol used by the fieldbus coupler and the subsequent configuration of connected FS modules has the advantage that not every FS module itself has to carry out such an evaluation or It may not even be necessary to be able to carry out such an evaluation.
  • an automatic configuration of the at least one FS module for using the correct security protocol is thus achieved.
  • the correct configuration of the security protocol on the FS module is automated and thus less error-prone.
  • the fieldbus coupler can be an independent component which is connected via the fieldbus to a control computer or a safety control computer.
  • the fieldbus coupler can also be integrated into the control computer or the safety control computer, as is the case with compact controllers, for example.
  • Compact controllers directly provide a sub-bus to which input and output modules and safety modules can be connected.
  • the fieldbus protocol is converted into the subbus protocol by the integrated fieldbus coupler.
  • the type of security protocol is determined on the basis of an evaluation of a message sent via the fieldbus and the subbus to the fail-safe module.
  • messages are usually sent, for example, from the control computer or the security control computer to any existing FS modules in order to detect or configure them.
  • These messages can be evaluated by the fieldbus coupler to determine the type of security protocol used.
  • checksums for the message can preferably be formed in various predefined ways which are characteristic of the type of security protocol. Based on a comparison with a checksum contained in the message, the type of security protocol can then be determined. It makes use of the fact that the various known types of security protocols use different algorithms for determining the checksum. By trial and error, the type of checksum used can be determined and from this the safety protocol used can be deduced.
  • first of all the type of field bus connected or to be connected to the fieldbus coupler is determined by the fieldbus coupler. From this information, the type of security log is then determined. Certain types of field buses used are usually or in some cases necessarily associated with certain security protocols to be used. After the fieldbus coupler has detected the type of security protocol to be used, configuration instructions are preferably transmitted from the fieldbus coupler via the subbus to the at least one fail-safe module in order to set the fail-safe module to use the determined type of security protocol.
  • the fieldbus coupler which is already connected to a fieldbus or designed for connection to a fieldbus, is particularly suitable because of its arrangement between the fieldbus and the FS module, both to determine the type of connected or connected fieldbus and accordingly the appropriate Security protocol as well as to configure the FS module via the subbus.
  • said configuration method is performed for a plurality, preferably all fail-safe modules connected to the sub-bus, if more than one FS module is connected.
  • an FS module may only be suitable for use with a particular, non-compliant security protocol, and may not be reconfigurable. It is also conceivable that an FS module is basically reconfigurable and can be operated with different security protocols, but not with the wanted. If such an incompatible FS module identified, for example, the configuration process can be aborted and issued a warning directly to the fieldbus coupler or it can be issued a warning message from the fieldbus coupler via the fieldbus to the control computer, a special safety control computer or a monitoring system of the industrial automation system ,
  • An inventive fieldbus coupler of the type mentioned in the introduction or a system comprising such a fieldbus coupler and at least one connected fail-safe module is set up to carry out the method described above. This results in the advantages mentioned in connection with the method.
  • Fig. 1 is a block diagram of an industrial automation system with a fieldbus coupler and fail-safe modules
  • FIG. 2 shows a flow diagram of a method for configuring a fail-safe module connected to a fieldbus coupler.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a possible construction of an industrial automation system for controlling an industrial plant, not shown here.
  • the automation system has a control computer 1, which is connected to a remote input and output station 10 ("remote I / O") via a fieldbus 3.
  • the fieldbus 3 can thereby operate according to a known standard such as "PROFIBUS", "PROFINET”. , Modbus or "EtherCAT” and use a corresponding fieldbus protocol 4.
  • the fieldbus protocol 4 is exemplified below in Fig. 1 of the fieldbus 3 by exchanged data.
  • the input and output station 10 includes a fieldbus coupler 1 1, which is connected to the fieldbus 3.
  • the fieldbus coupler 1 1 converts data exchanged via the fieldbus 3 to a preferably serial sub-bus 12, via which various modules are coupled to the fieldbus coupler 11.
  • a transmission of data at the input and output station 1 0 another, not shown here bus for powering the modules and / or the fieldbus coupler 1 1 be present.
  • Power supply modules are additionally provided for supplying supply current, which modules can be arranged at one end of the illustrated arrangement of the modules or between the modules with the fieldbus coupler and the modules.
  • two input and output modules 13 are shown by way of example, via the terminals of which measurement and control signals are exchanged as input or output signals 14 with the system to be controlled.
  • two modules 15, also abbreviated to FS modules 1 5 hereinafter, are provided, which receive or output safety-relevant signals 1 6.
  • the input and output modules 1 3 are addressed by the fieldbus coupler 1 1 via the sub-bus 12.
  • Input values which determine the input and output modules 1 3 from incoming input or output signals 14 are converted by the fieldbus coupler 1 1 into data packets in accordance with the fieldbus protocol 4 and sent to the control computer 1.
  • output or configuration values for the input and output modules 13 are accepted by the fieldbus coupler 1 1 and forwarded via the sub-bus 1 2 to the input and output module 1 3.
  • the safety-related signals 1-6 when it comes to incoming signals such as photocells or light gates, door contacts or emergency buttons or the like, implemented by the corresponding FS module 1 5 and packaged in a data container according to a security protocol 5 ,
  • This data container is sent from the FS module 1 5 via the sub-bus 1 2 to the fieldbus coupler 1 1, where it is packaged without manipulation into packets according to the fieldbus protocol 4 and sent via the fieldbus 3.
  • the security-relevant data according to the security protocol 5 can be evaluated in the control computer 1.
  • a safety controller 2 can be provided, which represents an independent control system for safety-relevant issues.
  • the security and control computer 2 is also on connected to the fieldbus 3 and is in communication with the control computer. 1
  • the security protocol 5 takes security-relevant concerns into consideration and is provided, for example, with encryption mechanisms and with redundant transmission to ensure secure data transmission. In addition, monitoring mechanisms are provided via which a missing or faulty data exchange can be detected.
  • the security protocol 5 may be, for example, a known protocol such as PROflsafe or OpenSAFETY.
  • FIG. 2 A suitable method for configuring FS modules 1 5 of an input and output station 10 is explained below with reference to the flowchart of FIG. 2.
  • the method may be carried out, for example, by the industrial automation system illustrated in FIG. It is explained below by way of example with reference to the features and reference numerals of Fig. 1.
  • the configuration method shown is performed by the system of fieldbus coupler 1 1 and FS modules 1 5, for example, as soon as in the compilation of the fieldbus coupler 1 1 connected modules 1 3, 1 5 changes.
  • the method can also be carried out at each restart of the fieldbus coupler 1 1, for example after applying a supply voltage.
  • any change in the composition can lead to the execution of the configuration process.
  • a change in the compilation can be done for example by a regular polling of connected modules ("polling").
  • the fieldbus protocol 4 to be used is determined by the fieldbus coupler 11 in a first step S1.
  • the fieldbus protocol 4 to be used is inherently fixed. If the fieldbus coupler 1 1 is suitable for use with different fieldbus protocols, the information about the fieldbus protocol 4 to be used can be taken from configuration data of the fieldbus coupler 11.
  • the fieldbus coupler 1 1 determines the type of the desired security protocol 5 on the basis of the information about the fieldbus protocol 4 to be used. For this purpose, different possibilities are optionally available again. Certain fieldbus protocols require a single, special type of security protocol 5.
  • the type of the desired security protocol 5 results directly from the fieldbus protocol 4 used.
  • the desired security protocol 5 is usually stored in configuration data of the fieldbus coupler 11 or is detected automatically.
  • checksums may be formed for the message in various predetermined ways that are characteristic of the type of security protocol.
  • the type of security protocol 6 already used by the control computer 1 or the security control computer 2 can then be determined.
  • the various known types of security protocols typically use different algorithms for determining the checksum.
  • the type of checksum used is then determined and deduced therefrom to the security protocol used.
  • the method undergoes a loop structure between steps S3 and S7. Within the scope of this loop, all connected modules 13, 15 are successively addressed and dealt with in the context of the steps S4 to S6 executed in the loop. It is understood that in alternative embodiments of the method it can be provided that the method does not take into account all the connected modules but specifically concerns individual or a group of specific modules.
  • step S4 it is then first determined in step S4 for the first module whether it is a reconfigurable FS module. If it is not a reconfigurable FS module, steps S5 and S6 are skipped and the loop structure between steps S3 and S7 is traversed with the next module connected to sub-bus 12.
  • step S4 If it is determined in step S4 that the module currently being handled is a reconfigurable FS module, for example one of the FS modules 1 5 according to FIG. 1, in step S5 it is queried whether the module is currently being set up to use the desired security protocol 5 is. If it has already been set up accordingly, step S6 is again skipped and the loop structure of steps S4-S6 is executed for the next module.
  • a reconfigurable FS module for example one of the FS modules 1 5 according to FIG. 1
  • step S5 it is queried whether the module is currently being set up to use the desired security protocol 5 is. If it has already been set up accordingly, step S6 is again skipped and the loop structure of steps S4-S6 is executed for the next module.
  • step S5 If it has been determined in step S5 that the currently considered FS module 1 5 is not set up to use the desired security protocol 5, the method continues with step S6, in which from the fieldbus coupler 1 1 via the sub-bus 1 2 a configuration instruction to the FS module 1 5 is sent to set up the FS module 1 5 for use with the desired security protocol 5.
  • step S6 In which from the fieldbus coupler 1 1 via the sub-bus 1 2 a configuration instruction to the FS module 1 5 is sent to set up the FS module 1 5 for use with the desired security protocol 5.
  • the controlled by the steps S3 and S7 loop of steps S4 to S6 is processed for all modules.
  • a subsequent step S8 the sub-bus 12 is then optionally restarted, that is, for example, addressing routines and / or routines for reading in the current configurations of the connected modules 13, 15 into a configuration memory of the fieldbus coupler 11 are executed.
  • this step is only necessary if the corresponding configuration memory of the fieldbus coupler 1 1 is not already updated in parallel to the configuration step S6.
  • the step S8 ends the automatic configuration process according to the application for the FS modules 15 on the sub-bus 12.
  • the method in addition to the automatic configuration of the FS modules 15, it may be provided to recognize incorrectly configurable FS modules. For example, it can also be queried within steps S4 to S6 whether one of the FS modules 15 can not be set up for the desired security protocol, for example because it does not support the desired security protocol. It is also conceivable that one of the FS modules supports only a specific security protocol in principle, but that just does not match the desired.
  • a detected and not by a reconfigurable recoverable incompatibility can either be signaled to the fieldbus coupler 1 1 or be transmitted from the fieldbus coupler 1 1 to the control computer 1 and theanisteue- rungsrechner 2 as a warning.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konfigurieren eines fehlersicheren Moduls (15), das über einen Subbus (12) an einen Feldbuskoppler (11) einer industriellen Automatisierungsanlage angeschlossen ist, zur Übertragung von sicherheitsrelevanten Daten des Moduls (15) über einen Feldbus (3), mit den folgenden Schritten: - Ermitteln eines Typs eines Sicherheitsprotokolls (5), das mit dem Feldbus (3) kompatibel ist, durch den Feldbuskoppler (11); und - Übertragen von Konfigurationsanweisungen an das mindestens eine fehlersichere Modul (15) durch den Feldbuskoppler (11), um bei dem fehlersicheren Modul (15) die Nutzung des ermittelten Typs des Sicherheitsprotokolls (5) einzustellen. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Feldbuskoppler (11) bzw. ein System aus einem Feldbuskoppler (11) und mindestens einem fehlersicheren Modul (15), der bzw. das zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist.

Description

Feldbuskoppler, System und Verfahren zum Konfigurieren eines fehlersicheren Moduls
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konfigurieren eines fehlersicheren Mo- duls, nachfolgend abgekürzt auch FS-Modul genannt, das über einen Subbus an einen Feldbuskoppler einer industriellen Automatisierungsanlage angeschlossen ist, zur Übertragung von sicherheitsrelevanten Daten des FS-Moduls über einen Feldbus. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Feldbuskoppler und ein System aus einem Feldbuskoppler und einem FS-Modul, der bzw. das zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
In industriellen Automatisierungsanlagen werden Feldbusse zur Übertragung von Steuerdaten und/oder Messwerten zwischen einem oder mehreren zentralen Steuerungsrechnern, auch Leitrechner oder speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) genannt, und Feldgeräten eingesetzt. Die Feldgeräte können beispielsweise Sensoren und/oder Aktoren sein, die der industriellen Automatisierungsanlage zugeordnet sind. Häufig wird dabei nicht jedes einzelne Feldgerät unmittelbar an den Feldbus angekoppelt, sondern über einen eingangs genannten Feldbuskoppler, der eine Schnittstelle zwischen dem Feldbus einer- seits und einem häufig proprietären Subbus andererseits bildet, wobei eine Mehrzahl von busfähigen Modulen an diesen Subbus angekoppelt werden kann.
Die Module sind in einer Vielzahl verschiedener Ausgestaltungen bekannt, bei- spielsweise können die Module digitale und/oder analoge Ein- und/oder Ausgabekanäle bereitstellen, als Signalwandler oder Relaisbausteine, Zählerbausteine oder Interface-Module zu anderen Bussen ausgebildet sein. Zusammenfassend wird das System aus Feldbuskoppler und angeschlossenen Modulen auch als modulare, dezentrale Ein- und Ausgabestation oder auch kurz als „Remote I/O" bezeichnet.
Zur Verarbeitung von sicherheitsrelevanten Daten sind in industriellen Automatisierungsanlagen besondere Sicherheitsvorkehrungen gefordert, die von den üblicherweise auf dem Feldbus und/oder dem Subbus verwendeten Protokollen nicht gewährleistet werden können. Um eine gesicherte Datenübertragung zu erzielen, die beispielsweise ein ausreichend hohes Redundanzniveau der Daten aufweist und die Überwachungsmechanismen zur Erkennung fehlender und/oder fehlerhafter Daten vorsieht, sind spezielle Protokolle für sicherheitsrelevante Daten entwickelt worden. Derartige Protokolle für eine funktional siche- re Übertragung werden auch als fehlersichere Protokolle oder Sicherheitspro- tokolle bezeichnet. Beispielhaft sind hier die Protokolle„PROFIsafe" oder„Fail Safe over EtherCAT (FSoE)" oder„OpenSAFETY" genannt.
Da Sicherheitsprotokolle daten- und verarbeitungsintensiv sind, wird üblicher- weise nicht die gesamte Feldbuskommunikation mit diesen Protokollen abgewickelt. Stattdessen werden die sicherheitsrelevanten Daten gemäß eines Sicherheitsprotokolls in Datenpakete (Container) umgesetzt, die dann mithilfe des „normalen Feldbusprotokolls" transportiert werden. Dabei sorgen beispielsweise Prüfsummen des Sicherheitsprotokolls dafür, dass eine versehentlich Ver- fälschung der Container während des Transports über den Feldbus oder den Subbus ausgeschlossen ist bzw. nicht unerkannt bleibt.
Um eine einwandfreie Übertragung der sicherheitsrelevanten Daten zu ermöglichen, ist bei der Einrichtung und Konfiguration einer industriellen Automatisie- rungsanlage dafür Sorge zu tragen, dass alle sicherheitsrelevanten Komponenten, also die FS-Module ebenso wie die die sicherheitsrelevanten Daten auswertenden Steuerungsrechner, z.B. eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), ein einheitliches Sicherheitsprotokoll verwenden, das zudem von dem verwendeten Feldbusprotokoll unterstützt werden muss und in diesem Sinne kompatibel zu dem verwendeten Feldbusprotokoll sein muss.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, möglichst einfach und umfassend eine Anordnung nicht kompatibler sicherheitsrelevanter Komponenten zu verhindern und so die Funktionssicherheit der industriellen Automatisierungs- anläge zu steigern. Es ist eine weitere Aufgabe, einen Feldbuskoppler bzw. ein System aus Feldbuskoppler und angeschlossenen FS-Modulen zu schaffen, der bzw. das zu einer erhöhten Sicherheit der industriellen Automatisierungsanlage beiträgt. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, einen Feldbuskoppler sowie ein System aus Feldbuskoppler und mindestens einem angeschlossenen FS- Modul mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Konfigurieren eines FS-Moduls der eingangs genannten Art weist die folgenden Schritte auf: Es wird durch den Feldbuskoppler ein Typ eines Sicherheitsprotokolls ermittelt, das mit dem Feldbus kompatibel ist. Anschließend werden Konfigurationsanweisungen von dem Feld- buskoppler an das mindestens eine FS-Modul übertragen, um bei dem FS-Modul die Nutzung des ermittelten Typs des Sicherheitsprotokolls einzustellen.
Der Feldbuskoppler setzt das Feldbusprotokoll in das auf dem Subbus benutzte Protokoll um bzw. verpackt es in protokollkonforme Container wenn - wie bei Sicherheitsprotokollen - sichergestellt werden muss, dass der Inhalt nicht kompromittiert wird. Der Feldbuskoppler stellt somit das Bindeglied zwischen dem Feldbus und den FS-Modulen dar. Die Ermittlung des benutzten Sicherheitsprotokolls durch den Feldbuskoppler und die nachfolgende Konfiguration angeschlossener FS-Module hat den Vorteil, dass nicht jedes FS-Modul selbst eine solche Auswertung vornehmen muss bzw. auch gar nicht zwingend dafür eingerichtet sein muss, eine solche Auswertung vornehmen zu können.
Erfindungsgemäß wird so eine automatische Konfiguration des mindestens ei- nen FS-Moduls zur Nutzung des korrekten Sicherheitsprotokolls erzielt. Auf diese Weise wird automatisiert und damit weniger fehlerträchtig die korrekte Konfiguration des Sicherheitsprotokolls am FS-Modul sichergestellt.
Im Rahmen der Anmeldung kann dabei der Feldbuskoppler eine eigenständige Komponente sein, die über den Feldbus mit einem Steuerungsrechner oder einem Sicherheitssteuerungsrechner verbunden ist. Der Feldbuskoppler kann jedoch auch in den Steuerungsrechner oder den Sicherheitssteuerungsrechner integriert sein, wie dieses beispielsweise bei Kompakt-Steuerungen der Fall ist. Kompakt-Steuerungen stellen unmittelbar einen Subbus bereit, an den Ein- bzw. Ausgabemodule und Sicherheitsmodule anschließbar sind. Intern erfolgt dabei zumindest auf physikalischer Ebene, in der Regel auch auf logischer Ebene eine Umsetzung des Feldbusprotokolls in das Subbusprotokoll durch den integrierten Feldbuskoppler. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Typ des Sicherheitsprotokolls anhand einer Auswertung einer über den Feldbus und den Subbus an das fehlersichere Modul gesendeten Nachricht ermittelt. Hierbei wird ausgenutzt, dass nach einem Systemstart üblicherweise Nachrichten z.B. von dem Steuerungsrechner oder dem Sicherheitssteuerungsrechner an eventuell vorhandene FS-Module gesendet werden, um diese zu erfassen oder zu konfigurieren. Diese Nachrichten können von dem Feldbuskoppler ausgewertet werden, um den Typ des verwendeten Sicherheitsprotokolls zu ermitteln. Bevorzugt können dabei zur Auswertung Prüfsummen zu der Nachricht auf verschiedene vorgegebene Arten, die charakteristisch für den Typ eines Sicherheitsprotokolls sind, gebildet werden. Anhand eines Vergleichs mit einer in der Nachricht enthaltenen Prüfsumme kann dann der Typ des Sicherheitspro- tokolls bestimmt werden. Diese macht sich zunutze, dass sich die verschiedenen bekannten Arten von Sicherheitsprotokollen unterschiedlicher Algorithmen zur Festlegung der Prüfsumme bedienen. Durch Ausprobieren („trial-and-error" - Verfahren) kann die verwendete Art der Prüfsummenbildung ermittelt werden und daraus auf das verwendete Sicherheitsprotokoll geschlossen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zunächst der Typ des an den Feldbuskoppler angeschlossenen oder anzuschließenden Feldbusses von dem Feldbuskoppler ermittelt. Aus dieser Information wird dann der Typ des Sicherheitsprotokolls bestimmt. Bestimmte verwendete Typen von Feld- bussen gehen in der Regel oder in einigen Fällen auch zwingend mit bestimmten zu verwendenden Sicherheitsprotokollen einher. Nachdem der Feldbuskoppler den Typ des zu verwendenen Sicherheitsprotokoll erkannt hat, werden bevorzugt Konfigurationsanweisungen von dem Feldbuskoppler über den Subbus an das mindestens eine fehlersichere Modul übertragen, um bei dem fehlersicheren Mo- dul die Nutzung des ermittelten Typs des Sicherheitsprotokolls einzustellen. Der Feldbuskoppler, der bereits an einem Feldbus angeschlossen ist oder zum An- schluss an einen Feldbus ausgelegt ist, ist aufgrund seiner Anordnung zwischen dem Feldbus und dem FS-Modul besonders geeignet, sowohl den Typ des angeschlossenen oder anzuschließenden Feldbusses zu ermitteln und entsprechend das geeignete Sicherheitsprotokoll auszuwählen, als auch über den Subbus das FS-Modul zu konfigurieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das genannte Konfigurationsverfahren für mehrere, bevorzugt alle am Subbus angeschlosse- nen fehlersicheren Module durchgeführt, wenn mehr als ein FS-Modul angeschlossen ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird festgestellt, ob eines der fehlersicheren Module prinzipiell nicht zur Verwendung mit dem geforderten Sicherheitsprotokoll geeignet ist. Entweder kann beispielsweise ein FS-Modul nur zur Verwendung mit einem bestimmten, nicht passenden Sicherheitsprotokoll geeignet sein und nicht rekonfigurierbar sein. Auch ist denkbar, dass ein FS-Modul zwar grundsätzlich rekonfigurierbar ist und mit verschiedenen Sicherheitsprotokollen betrieben werden kann, jedoch nicht mit dem ge- wünschten. Wird ein derartiges nicht kompatibles FS-Modul identifiziert, kann beispielsweise das Konfigurationsverfahren abgebrochen werden und ein Warnsignal unmittelbar an den Feldbuskoppler ausgegeben werden oder es kann eine Warnmeldung vom Feldbuskoppler über den Feldbus an den Steuerungsrechner, einen speziellen Sicherheitssteuerungsrechner oder ein Überwachungssystem der industriellen Automatisierungsanlage ausgegeben werden.
Ein erfindungsgemäßer Feldbuskoppler der eingangs genannten Art bzw. ein System aus einem solchen Feldbuskoppler und mindestens einem angeschlossenen fehlersicheren Modul ist zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens eingerichtet. Es ergeben sich die im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten Vorteile.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer industriellen Automatisierungsanlage mit einem Feldbuskoppler und fehlersicheren Modulen; und
Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Konfiguration eines an einem Feldbuskoppler angeschlossenen fehlersicheren-Moduls.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen möglichen Aufbau einer industriellen Automatisierungsanlage zur Steuerung einer hier nicht dargestellten Industrieanlage.
Die Automatisierungsanlage weist einen Steuerungsrechner 1 auf, der über einen Feldbus 3 mit einer entfernten Ein- und Ausgabestation 10 („Remote I/O") verbunden ist. Der Feldbus 3 kann dabei gemäß einem bekannten Standard wie beispielsweise„PROFIBUS",„PROFINET", Modbus oder„EtherCAT" ausgebildet sein und ein entsprechendes Feldbusprotokoll 4 verwenden. Das Feldbusprotokoll 4 ist beispielhaft unterhalb in der Fig. 1 des Feldbusses 3 durch ausgetauschte Daten symbolisiert.
Die Ein- und Ausgabestation 10 umfasst einen Feldbuskoppler 1 1 , der an den Feldbus 3 angeschlossen ist. Der Feldbuskoppler 1 1 setzt über den Feldbus 3 ausgetauschte Daten auf einen bevorzugt seriellen Subbus 12 um, über den verschiedene Module an den Feldbuskoppler 1 1 angekoppelt sind. Neben dem Subbus 1 2, der in diesem Ausführungsbeispiel nur einer Übertragung von Daten dient, kann bei der Ein-und Ausgabestation 1 0 ein weiterer, hier nicht gezeigter Bus zur Stromversorgung der Module und/oder des Feld- buskopplers 1 1 vorhanden sein. Zur Einspeisung von Versorgungsstrom sind zusätzlich Stromversorgungsmodule vorgesehen, die an einem Ende der dargestellten Anordnung der Module oder zwischen den Modulen mit dem Feldbuskoppler und den Modulen angeordnet sein können.
Unter den Modulen der Ein- und Ausgabestation 1 0 sind beispielhaft zwei Ein- und Ausgabemodule 13 dargestellt, über deren Anschlüsse Mess- und Steuersignale als Ein- bzw. Ausgabesignale 14 mit der zu steuernden Anlage ausgetauscht werden.
Weiterhin sind beispielhaft zwei Module 15, nachfolgend auch abgekürzt FS- Module 1 5 genannt, vorhanden, die sicherheitsrelevante Signale 1 6 entgegennehmen oder ausgeben.
Die Ein- und Ausgabemodule 1 3 werden vom Feldbuskoppler 1 1 über den Subbus 12 angesprochen. Eingabewerte, die die Ein- und Ausgabemodule 1 3 aus eingehenden der Ein- bzw. Ausgabesignale 14 bestimmen, werden vom Feldbuskoppler 1 1 in Datenpakete gemäß dem Feldbusprotokoll 4 umgesetzt und an den Steuerungsrechner 1 gesendet. Umgekehrt werden vom Steuerungsrechner 1 empfangene Ausgabe- oder Konfigurationswerte für die Ein- und Ausgabemodule 13 vom Feldbuskoppler 1 1 entgegengenommen und über den Subbus 1 2 an das Ein- und Ausgabemodul 1 3 weitergeleitet.
In ähnlicher weise werden die sicherheitsbezogenen Signale 1 6, wenn es sich um eingehende Signale beispielsweise von Lichtschranken oder Lichtgattern, von Türkontakten oder Notausknöpfen oder ähnlichen handelt, von dem ent- sprechenden FS-Modul 1 5 umgesetzt und in einen Datencontainer gemäß einem Sicherheitsprotokoll 5 verpackt. Dieser Datencontainer wird vom FS-Modul 1 5 über den Subbus 1 2 zum Feldbuskoppler 1 1 gesendet, wo er ohne Manipulation in Pakete gemäß dem Feldbusprotokoll 4 eingepackt und über den Feldbus 3 versendet wird. Die sicherheitsrelevanten Daten gemäß dem Sicher- heitsprotokoll 5 können in dem Steuerungsrechner 1 ausgewertet werden. Alternativ kann, wie im vorliegenden Fall, eine Sicherheits- Steuerung 2 vorgesehen sein, die ein eigenständiges Steuerungssystem für sicherheitsrelevante Belange darstellt. Der Sicherheits- und Steuerungsrechner 2 ist ebenfalls an den Feldbus 3 angebunden und steht im Datenaustausch mit dem Steuerungsrechner 1 .
Das Sicherheitsprotokoll 5 berücksichtigt sicherheitsrelevante Belange und ist zur Gewährleistung einer sicheren Datenübertragung beispielsweise mit Verschlüsselungsmechanismen und mit redundanter Übertragung versehen. Zusätzlich sind Überwachungsmechanismen vorgesehen, über die ein fehlender oder fehlerhafter Datenaustausch festgestellt werden kann. Das Sicherheitsprotokoll 5 kann beispielsweise ein bekanntes Protokoll wie beispielsweise PRO- Flsafe oder OpenSAFETY sein.
Die soeben dargestellte Funktionsweise des industriellen Automatisierungssystems einschließlich der FS-Module 1 5 setzt voraus, dass die FS-Module 1 5 in der Lage sind, das geeignete Sicherheitsprotokoll 5 zu verwenden und korrekt für den Einsatz dieses Sicherheitsprotokolls 5 konfiguriert sind.
Anmeldungsgemäß wird dieses durch eine automatische Konfiguration der FS- Module 1 5 erzielt. Ein dafür geeignetes Verfahren zum Konfigurieren von FS- Modulen 1 5 einer Ein- und Ausgabestation 1 0 wird nachfolgend anhand des Flussdiagramms der Fig. 2 erläutert. Das Verfahren kann beispielsweise von dem in Fig. 1 dargestellten industriellen Automatisierungssystem ausgeführt werden. Es wird nachfolgend beispielhaft mit Verweis auf die Merkmale und Bezugszeichen der Fig. 1 erläutert. Das dargestellte Konfigurationsverfahren wird von dem System aus Feldbuskoppler 1 1 und FS-Modulen 1 5 beispielsweise durchgeführt, sobald sich in der Zusammenstellung der mit dem Feldbuskoppler 1 1 verbundenen Module 1 3, 1 5 Änderungen ergeben. Das Verfahren kann auch bei jedem Neustart des Feldbuskopplers 1 1 , zum Beispiel nach Anlegen einer Versorgungsspannung, erfolgen. Bei Ein- und Ausgabestationen 1 0, deren Zusammenstellung im Betrieb geändert werden kann, kann jede Änderung der Zusammenstellung zu dem Durchführen des Konfigurationsverfahrens führen. Eine Änderung der Zusammenstellung kann dabei beispielsweise durch ein regelmäßiges Abfragen angeschlossener Module („Polling") erfolgen.
Nach dem Start des Verfahrens wird in einem ersten Schritt S1 von dem Feldbuskoppler 1 1 das zu verwendende Feldbusprotokoll 4 ermittelt. Für den Fall, dass der Feldbuskoppler 1 1 nur zur Verwendung mit einem Feldbusprotokoll 4 geeignet ist, liegt das zu verwendende Feldbusprotokoll 4 inhärent fest. Falls der Feldbuskoppler 1 1 zur Verwendung mit unterschiedlichen Feldbusprotokollen geeignet ist, kann die Information über das zu verwendende Feldbusprotokoll 4 aus Konfigurationsdaten des Feldbuskopplers 1 1 entnommen werden. In einem nächsten Schritt S2 ermittelt der Feldbuskoppler 1 1 anhand der Informationen über das zu verwendende Feldbusprotokoll 4 den Typ des gewünschten Sicherheitsprotokolls 5. Hierfür stehen gegebenenfalls wiederum verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Bei bestimmten Feldbusprotokollen ist ein einziger, spezieller Typ des Sicherheitsprotokolls 5 erforderlich. In die- sem Fall ergibt sich der Typ des gewünschten Sicherheitsprotokolls 5 unmittelbar aus dem verwendeten Feldbusprotokoll 4. In Fällen, bei denen prinzipiell unterschiedliche Sicherheitsprotokolle 5 mit dem verwendeten Feldbustyp einsetzbar sind, ist das gewünschte Sicherheitsprotokolls 5 üblicherweise in Konfigurationsdaten des Feldbuskopplers 1 1 hinterlegt oder wird automatisch de- tektiert.
In alternativen Ausgestaltungen des Verfahrens kann vorgesehen sein, den Typ des gewünschten Sicherheitsprotokolls 5 aus einer (ersten) Nachricht, die von dem Steuerungsrechner 1 oder dem Sicherheitssteuerungsrechener 2 an das FS-Modul 1 5 gesendet wird, zu ermitteln. Beispielsweise werden häufig nach einem Systemstart Nachrichten von dem Steuerungsrechner 1 oder einem Sicherheitssteuerungsrechner 2 an eventuell vorhandene FS-Module 1 5 gesendet, beispielsweise als sogenannte„broadcasf'-Nachricht, die alle vorhandenen FS-Module 1 5 erreicht, um diese zu erfasssen oder zu konfigurieren. Diese Nachricht kann - entweder vom FS-Modul 15 selbst oder von dem Feldbuskoppler 1 1 - ausgewertet werden, um den Typ des verwendeten Sicherheitsprotokolls zu ermitteln.
Zur Auswertung können z.B. Prüfsummen zu der Nachricht auf verschiedene vorgegebene Arten, die charakteristisch für den Typ eines Sicherheitsprotokolls sind, gebildet werden. Anhand eines Vergleichs mit einer in der Nachricht enthaltenen Prüfsumme kann dann der Typ des von dem Steuerungsrechner 1 oder dem Sicherheitssteuerungsrechner 2 bereits benutzten Sicherheitsprotokolls 6 bestimmt werden. Die verschiedenen bekannten Arten von Sicherheits- Protokollen verwenden in der Regel unterschiedliche Algorithmen zur Festlegung der Prüfsumme. Durch Ausprobieren (,,thal-and-error"-Verfahren) wird dann die verwendete Art der Prüfsummenbildung ermittelt und daraus auf das verwendete Sicherheitsprotokoll geschlossen. Nachfolgend durchläuft das Verfahren eine Schleifenstruktur zwischen den Schritten S3 und S7. Im Rahmen dieser Schleife werden sukzessive alle angeschlossenen Module 13, 1 5 angesprochen und im Rahmen der in der Schleife ausgeführten Schritte S4 bis S6 abgehandelt. Es versteht sich, dass in alterna- tiven Ausgestaltungen des Verfahrens vorgesehen sein kann, dass das Verfahren nicht alle angeschlossenen Module berücksichtigt, sondern gezielt einzelne oder eine Gruppe bestimmter Module betrifft.
In einem ersten Durchlauf der Schritte S4 bis S6 wird dann zunächst im Schritt S4 für das erste Modul ermittelt, ob es sich um ein rekonfigurierbares FS-Modul handelt. Falls es sich nicht um ein rekonfigurierbares FS-Modul handelt, werden die Schritte S5 und S6 übersprungen und die Schleifenstruktur zwischen den Schritten S3 und S7 wird mit dem nächsten Modul, das am Subbus 1 2 angeschlossen ist, durchlaufen.
Wird in dem Schritt S4 festgestellt, dass das aktuell behandelte Modul ein rekonfigurierbares FS-Modul ist, beispielsweise eines der FS-Module 1 5 gemäß Fig. 1 , wird in dem Schritt S5 abgefragt, ob das Modul aktuell zur Verwendung des gewünschten Sicherheitsprotokolls 5 eingerichtet ist. Falls es bereits ent- sprechend eingerichtet ist, wird wiederum der Schritt S6 übersprungen und die Schleifenstruktur der Schritte S4-S6 für das nächste Modul ausgeführt.
Falls im Schritt S5 festgestellt wurde, dass das aktuell betrachtete FS-Modul 1 5 nicht zur Verwendung des gewünschten Sicherheitsprotokolls 5 eingerichtet ist, wird das Verfahren mit dem Schritt S6 fortgeführt, in dem vom Feldbuskoppler 1 1 über den Subbus 1 2 eine Konfigurationsanweisung an das FS-Modul 1 5 gesendet wird, um das FS-Modul 1 5 zur Verwendung mit dem gewünschten Sicherheitsprotokoll 5 einzurichten. Die von den Schritten S3 und S7 gesteuerte Schleife der Schritte S4 bis S6 wird so für alle Module abgearbeitet.
In einem nachfolgenden Schritt S8 wird gegebenenfalls anschließend der Subbus 12 neu gestartet, das heißt es werden beispielsweise Adressierungsrouti- nen und/oder Routinen zum Einlesen der aktuellen Konfigurationen der angeschlossenen Module 13, 1 5 in einen Konfigurationsspeicher des Feldbuskopp- lers 1 1 ausgeführt. Dieser Schritt ist jedoch nur erforderlich, wenn der entsprechende Konfigurationsspeicher des Feldbuskopplers 1 1 nicht bereits parallel zum Konfigurationsschritt S6 entsprechend aktualisiert wird. Nach dem Schritt S8 endet das anmeldungsgemäße automatische Konfigurationsverfahren für die FS-Module 15 am Subbus 12.
In alternativen Ausgestaltungen des Verfahrens kann zusätzlich zu der automa- tischen Konfiguration der FS-Module 15 vorgesehen sein, nicht korrekt konfigurierbare FS-Module zu erkennen. Beispielsweise kann innerhalb der Schritte S4 bis S6 ebenfalls abgefragt werden, ob eines der FS-Module 15 nicht für das gewünschte Sicherheitsprotokoll eingerichtet werden kann, beispielsweise weil es das gewünschte Sicherheitsprotokoll nicht unterstützt. Auch ist denkbar, dass eines der FS-Module prinzipiell nur ein bestimmtes Sicherheitsprotokoll unterstützt, dass aber gerade nicht mit dem gewünschten übereinstimmt.
Eine aufgefundene und nicht durch ein Rekonfigurieren behebbare Inkompatibilität kann entweder am Feldbuskoppler 1 1 signalisiert werden oder aber vom Feldbuskoppler 1 1 an den Steuerungsrechner 1 bzw. den Sicherheitssteue- rungsrechner 2 als eine Warnmeldung übermittelt werden.
Bezugszeichen Steuerungsrechner
Sicherheitssteuerungsrechner
Feldbus
Feldbusprotokoll
Sicherheitsprotokoll Ein- und Ausgabestation
Feldbuskoppler
Feldbus
Ein- und Ausgabemodul
Ein- bzw. Ausgabesignal
fehlersicheres Modul (FS-Modul)
sicherheitsrelevantes Signal

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Konfigurieren eines fehlersicheren Moduls (15), das über einen Subbus (12) an einen Feldbuskoppler (1 1 ) einer industriellen Automatisierungsanlage angeschlossen ist, zur Übertragung von sicherheitsrelevanten Daten des Moduls (15) über einen Feldbus (3), mit den folgenden Schritten:
- Ermitteln eines Typs eines Sicherheitsprotokolls (5), das mit dem Feldbus (3) kompatibel ist, durch den Feldbuskoppler (1 1 ); und
- Übertragen von Konfigurationsanweisungen an das mindestens eine fehlersichere Modul (15) durch den Feldbuskoppler (1 1 ), um bei dem fehlersicheren Modul (15) die Nutzung des ermittelten Typs des Sicherheitsprotokolls (5) einzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der Typ des Sicherheitsprotokolls (5) anhand einer Auswertung einer über den Feldbus (3) und den Feldbuskoppler (1 1 ) an das fehlersichere Modul (15) gesendeten Nachricht ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zur Auswertung Prüfsummen zu der Nachricht auf verschiedene vorgegebene Arten, die charakteristisch für den Typ eines Sicherheitsprotokolls sind, gebildet werden und anhand eines Vergleichs mit einer in der Nachricht enthaltenen Prüfsumme der Typ des Sicherheitsprotokolls (5) im Feldbuskoppler (1 1 ) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem von dem Feldbuskoppler (1 1 ) der Typ des an den Feldbuskoppler (1 1 ) angeschlossenen oder anzuschließenden Feldbusses (3) ermittelt wird, und der Typ des Sicherheitsprotokolls (5) vom Feldbuskoppler (1 1 ) anhand des Typs des Feldbusses (3) bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem Konfigurationsanweisungen von dem Feldbuskoppler (1 1 ) über den Subbus (12) an das mindestens eine fehlersichere Modul (15) übertragen werden, um bei dem fehlersicheren Modul (15) die Nutzung des ermittelten Typs des Sicherheitsprotokolls (5) einzustellen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem durch den Feldbuskoppler (1 1 ) mehrere und bevorzugt alle am Subbus (12) angeschlossenen fehlersicheren Module (15) konfiguriert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem durch den Feldbuskoppler (1 1 ) überprüft wird, ob ein an dem Subbus (12) angeschlossenes fehlersicheres Modul (15) zur Verwendung des ermittelten Sicherheitsprotokolls (5) ungeeignet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem ein Warnsignal oder eine Warnmeldung von dem Feldbuskoppler (1 1 ) ausgegeben wird, wenn festgestellt wird, dass ein zur Verwendung des ermittelten Sicherheitsprotokolls (5) ungeeignetes fehlersicheres Modul (15) an den Subbus (12) angeschlossen ist.
9. Feldbuskoppler (1 1 ) zum Ankoppeln mindestens eines fehlersicheren Moduls (15) über einen Subbus (12) an einen Feldbus (3) einer industriellen Automatisierungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldbuskoppler zur Durchführung eines Verfahrens zum Konfigurieren des mindestens einen fehlersicheren Moduls (15) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.
10. System aus einem Feldbuskoppler (1 1 ) und mindestens einem angeschlossenem fehlersicheren Modul (15), das über den Feldbuskoppler (1 1 ) und einen Subbus (12) mit einem Feldbus (3) einer industriellen Automatisierungsanlage gekoppelt ist, wobei das System zur Durchführung eines Verfahrens zum Konfigurieren des mindestens einen fehlersicheren Moduls (15) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.
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