JP2003502981A - 安全関連オートメーション・バス・システム - Google Patents

安全関連オートメーション・バス・システム

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、セキュリティ関連オートメーション・システムと、前記システムを操作するための方法に関する。最小量のハードウェア冗長性を必要とし、フレキシブルに要件に適合可能なセキュリティ関連バス・オートメーション・システムを生成するために、このオートメーション・システムは、インタフェースによりバスに接続され、前記バスを介してデータ・フローを監視する少なくとも１つのセキュリティ分析器を含み、それにより、分析器はセキュリティ関連機能を実行できるように構成されている。このオートメーション・システムは、標準制御装置が少なくとも１つのセキュリティ関連出力を制御することを特徴とし、セキュリティ分析器は、バス・データ・フロー内のセキュリティ関連データを監視および／または処理できるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１の特徴記載部分で請求された安全関連オートメーション・
バス・システムに関し、このようなシステムを操作するための方法に関する。
【０００２】 制御およびデータ伝送システムは、高レベルのオートメーションを可能にする
ので、工業生産だけでなく優位な地位を得ている。一般にこのようなオートメー
ション・システムは、少なくとも安全に関してより厳しい要件が課せられる可能
性のあるセクションまたはコンポーネントを有する。たとえば、所定の動作パラ
メータ内で所与のマシンを操作していることを確認する必要があるか、または誰
かがその動作エリア内にいるときでもマシンが動作しないようにする必要がある
。このような状況では、たとえば、旋盤が所定の回転速度を超えないようにしな
ければならないか、またはロボットを操作しているときはそのロボットの行動半
径内に誰もいないようにしなければならない。さらに、オートメーション・シス
テムを操作しているときは、システム内の１つのコンポーネントが故障した場合
に、そのシステムが未定義の状態、したがって予測できない状態に変化しないこ
とを確認する必要がある。
【０００３】 従来技術によるこの問題への取り組み方の１つは、特に、システム内の安全関
連コンポーネントのために複数のチャネルを使用すること、すなわち、このよう
なコンポーネントが冗長になるように設計することである。たとえば、安全バス
・コンポーネント、すなわち、たとえば安全関連マシンに関連するバス利用部分
をオートメーション・バス・システム内で二重にすることができる。同時に、中
央制御部およびバスは、複数のチャネルを有するかまたは特定の安全制御システ
ムさえも有する可能性があるが、その安全制御システムはプロセス制御システム
とは別のものであり、状況によっては、安全関連コンポーネントを制御するため
に冗長設計のものである。この安全制御システムは本質的に安全関連入力情報に
関する論理リンクを実行し、その後、たとえばオートメーション・バスを介して
安全関連論理リンク・データを出力コンポーネントに伝送する。出力コンポーネ
ント自体は、受け取った安全対策を処理し、テスト結果が肯定である場合にこれ
を周辺装置に出力する。さらに、このようなコンポーネントは、障害を見つけた
かまたは所定の期間内に有効なデータを受け取らなかった場合に、その出力を安
全な状態に切り替える。
【０００４】 しかし、２つの制御システム、すなわち、プロセス制御システムと上記の安全
制御システムをこのシステム内で使用すると、いくつかの不都合が生じる。とり
わけ、オートメーション・システムの反応時間に関する要件がますます厳しくな
ることは、このようなシステムをセーフティ・アイランド間に細分しなければな
らない場合が多くなることを意味する。さらに、特にマルチチャネル制御システ
ムでは、システムが原則として無傷であるにもかかわらず、故障に至るかまたは
マシン部品の破壊にすら至る可能性のある同期問題が発生する。さらに、マルチ
チャネル設計では、ハードウェアの複雑さが増すために、結果的にシステム・コ
ストおよびメンテナンス・コストが増加する。
【０００５】 ＤＥ １９８ １５ １５０ Ａｌでは、バスに接続され、バス・システムを
介して伝送される記号を連続的に監視し、バス・システムを介して伝送されるコ
ーディングをエラーなしで識別したときだけ１つの機器を始動する評価ユニット
を含むシステムを開示している。このために、バス利用部分によってマスタに送
られる入力データを評価し、その評価に応答してその機器をオンまたはオフに切
り替える。
【０００６】 このような手法は最初に記載したシステムほど費用のかかるものではないが、
システムのアップグレードまたはシステムと他のバス・コンポーネントとの整合
に関して非常にフレキシビリティが低いものである。さらに、評価ユニットは安
全ベースの機能の開始についてのみ責任を負うので、厳しい安全要件に従うため
には評価ユニットが冗長設計のものであることが絶対に不可欠である。
【０００７】 したがって、本発明の一目的は、可能な限りハードウェアの冗長性を必要とせ
ず、それぞれの要件にフレキシブルに適合可能な安全関連オートメーション・バ
ス・システムを提供することにある。
【０００８】 本発明では、請求項１の特徴を有するオートメーション・バス・システムと、
請求項１４で請求され、このような制御およびデータ処理システムを操作するた
めの方法により、この問題を解決する。本発明の発展例については従属クレーム
に明記する。
【０００９】 本発明によれば、このオートメーション・システムは、バス・システムと、そ
れに接続されたセンサおよびアクチュエータ・バス利用部分と、プロセスリンク
の入出力データの処理によるプロセス制御機能および安全関連データの処理によ
る安全関連制御機能すなわち安全関連の入力および出力の制御を実行する標準制
御装置とを含む。また、これは安全分析器と呼ばれるものも含み、この分析器は
適切なインタフェースによりバスに接続され、バスを介してデータ・フローを監
視するが、安全関連機能を実行するようにセットアップされる。これは、たとえ
ば、システム・コンポーネントへの供給電圧をオフにするための接触器の作動ま
たは品質データの決定に関連する。このような品質データとしては、一般的なシ
ステム・パラメータ、たとえば、システム・コンポーネントでの障害の発生また
はバス伝送エラーに関するデータを含む可能性がある。このオートメーション・
システムは、標準制御装置がバスを介して少なくとも１つの安全関連出力を駆動
するということによって特徴づけられるが、それ自体がこのような安全関連出力
を有することもできる。本発明によれば、安全関連出力とは、安全情報の一機能
として安全ベースのシーケンス、たとえば、マシンの減速または電源電力の遮断
によるマシンのスイッチオフを開始する安全情報のシンクを意味する。本発明に
よるオートメーション・システム内の安全分析器は、バス・データストリーム内
の安全関連データ、特に安全関連論理リンク・データをチェックおよび／または
処理するために設計されている。この場合、安全関連論理リンク・データは、た
とえば、安全関連データの処理後に安全関連制御システムが安全関連出力に送る
データである。
【００１０】 したがって、オートメーション・システムに関するそれぞれの要件に極めてフ
レキシブルに適合可能なシステムを提供する。たとえば、安全バス・コンポーネ
ントごとにこのような安全分析器を１つずつ割り振ることができ、個々の安全分
析器がシステム内の複数の安全バス・コンポーネントまたはすべての安全バス・
コンポーネントに関してバス・データストリーム内の安全関連データの処理また
は安全関連論理リンク・データのチェックを実行することも可能であるが、安全
分析器自体を安全コンポーネントたとえば安全バス利用部分に統合することもで
きる。
【００１１】 本発明の原理は、発明者の経験において、現在のオートメーション・システム
で使用する電子機器自体がめったに故障しないという事実に基づくものである。
従来技術による安全制御システムまたは安全バス・システムの形でオートメーシ
ョン技術に現在のディジタル安全技術を統合すると、しばしば、システムのアベ
イラビリティが低下するという不都合が生じる。したがって、休止時間を短縮す
るために、上記の安全コンポーネントに加え、アベイラビリティ構造も使用する
が、このような構造自体により、ハードウェアの複雑さが増すために、コストが
少なからず増加することになる。
【００１２】 したがって、本発明は、現在のオートメーション・システムの信頼性に基づく
ものであり、純粋な非常用電子機器またはソフトウェアを統合するが、これらは
標準技術が不適切に動作しているときにのみシステムの動作に積極的に関わるこ
とになる。したがって、標準制御装置は安全関連データも処理し、すなわち、安
全関連入力および出力を制御する。しかし、特に、バス・データストリーム内に
生成される安全関連論理リンク・データは安全分析器によって監視され、チェッ
クされる。これにより、もはやプログラミング中に回路技術と標準技術との厳密
な分離を維持することが絶対に必要ではなくなるという利点がユーザにもたらさ
れる。本発明によるオートメーション・システムは、バスを備えたすべてのシス
テム、特にマスタ／スレーブ・バス・アクセス方法を使用するバス・システム上
で使用することができる。安全分析器を長距離バス・セクションに配置すること
とは無関係に、この安全分析器は、たとえばＥＮ ５０ ２５４によるシリアル
・バス・システム内のバス上のすべてのＩＮデータを読み取ることができるが、
監視可能なＯＵＴデータの量はシステム内の安全分析器の配置によって決まる。
この場合のバス・データストリームという表現は、本発明によれば、バスを介し
て伝送されるすべての情報を意味し、特に合計フレーム内でバスを介して移送さ
れるデータを含む。
【００１３】 関連の安全要件に従うために、安全分析器は、安全関連データ、特にバス・デ
ータストリーム内の論理リンク・データのチェックおよび／または処理に応答し
て、必要な安全関連機能を開始することができる。この場合、安全分析器は、Ｏ
ＵＴデータすなわち標準制御装置からの論理リンク・データだけでなく、ＩＮデ
ータすなわち個々の入出力バス利用部分から標準制御装置に送られたバス・デー
タストリーム内の情報にも反応することができる。
【００１４】 バスを介して移送される安全関連論理リンク・データ内のエラーを識別するた
めに、安全分析器は完全にプログラム可能な論理装置を有することができ、その
装置では監視データ特に監視安全関連データが処理される。このため、標準制御
システムの安全関連論理リンクをモデル化することにより、安全分析器は、バス
を介してＯＵＴデータとして送られたこの制御システムの論理リンク・データを
チェックすることができ、このチェックまたは比較に応答して必要な安全関連機
能を実行することができる。たとえば、システムを安全な状態に変更するために
、安全分析器は、それを介してオートメーション・システム内のアセンブリ特に
バス利用部分をオンまたはオフに切り替えることができる出力を有することもで
きる。このスイッチオフ・プロセスは、電圧供給から切断することによって実行
することができる。相互に独立した関連バス利用部分をすべて安全な状態に変更
するために、安全分析器は、バス・スパー、すなわち、互いに関連した複数のバ
ス利用部分を含むセーフティ・アイランドをオフに切り替えるため、または分析
器に記憶されたインタロック論理を基礎としてコンポーネントをオフに切り替え
るようセットアップすることができる。しかし、安全分析器の安全関連出力を介
してシステム全体を電圧供給から切断することも可能である。
【００１５】 バスの監視に加え、安全分析器は直接入力を介して安全関連情報を検出するこ
ともでき、その直接入力により安全分析器はオートメーション・バス・システム
内の安全関連装置に接続されている。この場合、この装置はバスに接続すること
ができるが、その必要はない。一例として、このようにしてアクセス可能な安全
関連情報は前述の旋盤の瞬間回転速度を含み、分析器出力は所定の限界回転速度
を超えた場合にマシンをオフに切り替える。
【００１６】 システム特に制御システム内の安全関連情報とプロセス・データを分離するた
めに、バス・システムはインタフェース・アセンブリを介してホストに接続する
ことができ、標準制御装置のプロセス関連制御はホスト内に配置され、標準制御
装置の安全関連制御はインタフェース・アセンブリ内に配置される。たとえば、
安全関連制御システムは、有利なことにソフトウェア機能モジュールの形にする
ことができ、このモジュールは安全関連入出力情報に関して必要な論理リンクを
実行する。
【００１７】 したがって、安全関連制御システムは、プロセス制御システムと同じように実
現することができる。安全関連論理リンクをコーディングする場合、プログラマ
は、プロセス制御システムの場合と同じように、使用中のプログラミング言語と
は無関係である。
【００１８】 安全分析器内の論理リンクは、ホスト内およびインタフェース・アセンブリ内
の論理リンクとほぼ同じ範囲を有し、同じプログラミング言語または異なるプロ
グラミング言語で生成することができる。また、安全分析器は、ホスト・システ
ムおよび／またはインタフェース・アセンブリからの結果とそれ自体の結果との
間で論理リンクの比較を実行し、たとえば等しくない場合に安全ベースの機能を
開始する。
【００１９】 このようなシステムに関する受入れ手順は、従来技術によるシステムの場合よ
りかなり容易に実行することができる。このシステムは、安全技術をアクティブ
に切り替える必要なしに、すべての安全インタロックによって始動することがで
きる。この場合、必要な論理リンクはホスト・システム内またはインタフェース
・アセンブリ内に位置する。まず第一にブラックボックス・テストを使用して、
このシステムの機能性を調査することができる。次に第２のステップでは、１つ
または複数の安全分析器の形で安全技術を接続する。プロセス・データ論理リン
クではなく安全論理リンクだけが存在する場合、ホワイトボックス・テストを迅
速かつ明瞭に実行することができ、その結果、受入れ時間をかなり短縮すること
ができる。安全管理論理アルゴリズムはホスト・システムおよび／またはインタ
フェース・アセンブリ上でも実行できるので、分析器内のものとの比較を迅速に
実行することができる。
【００２０】 このバスがシリアル・リング・バス、たとえば、ＥＮ ５０２５４によるバス
であり、安全分析器がオートメーション・システムのトップレベルの長距離バス
・セクションに配置されている場合、ここで言及するシステム内では各バス利用
部分によって前方伝送線および戻り伝送線でデータが伝達されるので、このバス
はシステム内のすべてのＩＮデータにアクセスすることができる。したがって、
分析器は、それがアクセスできるＩＮデータとＯＵＴデータに限定されたプロセ
ス・マップを形成することができる。
【００２１】 線形トポロジを備えたバス・システムでは、安全分析器は一般にバス・システ
ム内のどのポイントでもすべての情報を読み取ることができ、したがって完全な
プロセス・マップを生成することができる。
【００２２】 本発明の有利な一実施形態では、安全分析器は、シリアル・リング・バス・シ
ステム内のホストまたはインタフェース・アセンブリの直後に配置されるので、
完全なプロセス・マップを形成することができる。したがって、安全分析器は安
全ベースのデータ特に安全ベースの論理リンク・データが正しいかどうかをいつ
でも完全にチェックして処理することができる。というのは、この場合、分析器
はすべてのＩＮおよびＯＵＴデータ、すなわち、すべての入力および出力データ
にアクセスできるからである。
【００２３】 安全分析器が上記のシリアル・リング・バス・システムのインタフェース・ア
センブリ内に配置されている場合、インタフェース・アセンブリ内のソフトウェ
ア・コンポーネントによって安全分析器の機能を実行することができる。この場
合のインタフェース・アセンブリは、有利なことに、適切な安全ベースの機能、
たとえば接触器による供給電圧のスイッチオフを実行するために、安全関連出力
を有する。
【００２４】 しかし、本発明の特定の有利な一実施形態では、安全分析器によるバス・デー
タストリームの直接データ操作によってこのような安全ベースの機能を実行する
ことができる。この操作としては、バス・データストリーム内のＯＵＴデータと
ＩＮデータ両方の書換え、追加、挿入、または置換を含む。したがって、プロセ
ス・マップが分かっている場合、安全分析器は、広範な形で本発明によるオート
メーション・システムの動作に影響を及ぼすことができ、その結果、システムを
いつでも定義状態に保持できると保証することができる。さらに、長距離バス内
に配置された安全分析器は関連データを関連バス・スパー内で移送されるデータ
に変換するので、一般にバス・スパー内に配置された安全分析器でアクセス不能
なバス・データストリーム・コンポーネントを使用可能にするために、データ操
作の原理を使用することもできる。これにより、安全分析器間の直接データ・リ
ンクが可能になる。
【００２５】 安全分析器によるデータ操作は、少なくとも１つの安全分析器を介したポイン
トツーポイント・リンクにより、少なくとも２つのスレーブ間、特に個々のバス
利用部分間でデータを伝送するために、マスタ／スレーブ原理で動作するバス・
システムでも使用することができ、安全分析器はバス・データストリーム内のデ
ータをコピーする。バス・システム内の２つのスレーブの位置に応じて、マスタ
は状況によってはこのデータ・リンクに含まれず、バス・マスタとは完全に無関
係にデータ移送が行われる。これは別として、２つのスレーブ間のこのようなデ
ータ・リンクは、バス・マスタがコピー機能を実行しているときでも可能である
。上記のように安全分析器がエージェントとして動作している場合、少なくとも
所与の状況ではバス・マスタはデータ移送に含まれないが、２つのスレーブ間の
ポイントツーポイント・リンクの第２の形態にとってバス・マスタは絶対に不可
欠である。
【００２６】 さらに、ポイントツーポイント・リンクによる少なくとも２つのスレーブ間、
たとえば個々のバス利用部分間のデータ交換は、その伝送にマスタまたは制御シ
ステムを含めることによって可能になるが、この場合、マスタまたは制御システ
ムはバス・データストリーム内のデータをコピーする。
【００２７】 データ・セキュリティを改善するために、セキュリティ・プロトコルを使用し
てバスを介して安全関連データを伝送することもできる。たとえば、セキュリテ
ィ・プロトコルは、安全データ項目だけでなく、否定安全データ項目、連続番号
、アドレス、および／またはデータ保護情報（ＣＲＣ）も含むことができる。
【００２８】 システムのフレキシビリティは、特に本発明のもう１つの有利な実施形態で明
白であるが、その実施形態では本発明によるオートメーション・システムが複数
の安全分析器を有し、１つの安全分析器で実行される安全管理論理リンクが少な
くとも１つの他の安全分析器で冗長形式で実行され、同じ安全機能が少なくとも
部分的に両方の安全分析器によって実行され開始される。この場合、関連安全分
析器は、冗長論理リンクすなわち両方の分析器で実行されるものに加え、他の安
全関連論理リンクも実行することができる。
【００２９】 添付図面に基づいていくつかの実施形態を記述することにより、以下の文章で
本発明について説明する。
【００３０】 図１は、本発明によるオートメーション・システム１すなわち本発明による制
御およびデータ伝送システムの概略図を示している。これは、入出力バス利用部
分と関連のセンサおよびアクチュエータが接続されたバス２を有する。標準制御
装置４は、このバスをプロセス制御すなわちプロセスリンクの入出力データの処
理に使用する。これを行うために、制御装置４は個々のバス利用部分３１〜３８
からデータを受け取り、次にこれらのバス利用部分自体が標準制御装置からデー
タを受け取る。さらに、標準制御装置は安全関連データの処理を取り扱う。この
点で、標準制御装置はプロセスリンクの入力および出力だけでなく、安全関連入
力および出力の処理も実行する。本発明によれば、安全関連入力はある種の情報
源を示し、その情報源から発せられる情報は本発明によるオートメーション・シ
ステムの安全にある程度まで関連する。一例として、このような安全関連入力の
１つは、バス利用部分３２を介してバス２に接続された旋盤の回転速度センサで
ある。というのは、このマシンは所定の限界以上の速度で回転してはならないか
らである。本発明の上記の実施形態の安全関連入力のもう１つの例は光バリアの
光検出器であり、これは旋盤の動作エリアを監視するために使用する。この場合
も、標準制御装置はバスを介して安全関連入力にある情報にアクセスすることが
できる。たとえば論理リンクの形で安全関連データを処理した後、制御装置４は
この安全関連論理リンク・データを安全関連出力に送る。一例として、最高回転
速度を超えており、したがってシステムが制御不能に陥る危険性があるときに、
標準制御装置はこのバスを介して前記旋盤用のスイッチオフ・コマンドを関連の
バス利用部分３２に送ることができる。この場合も、標準制御装置内の安全関連
制御装置はこのバスを介して安全関連出力とやりとりする。
【００３１】 本発明によるオートメーション・システムは２つの安全分析器５、５’も有し
、そのそれぞれはインタフェースによりリアルタイムでバス・システムを介して
データ・フローを監視する。安全分析器は、バス・データストリーム内の安全関
連データの論理リンクおよび／または処理用に設定されている。これは、安全分
析器がこのバスを介して移送される安全関連データにアクセスできるので、標準
制御装置の安全関連論理リンクを取り扱うことができることを意味する。
【００３２】 このために、安全分析器５、５’のそれぞれは自由にプログラム可能な論理装
置を有し、そこで監視データ、特に監視安全関連データが処理される。一例とし
て、安全分析器５、５’は、標準制御システムの安全関連論理リンクをモデル化
して、出力データとしてバスを介して送られるそれぞれの論理リンク・データを
チェックすることができる。この場合、安全関連論理リンクは個々のバス利用部
分３２に関連する。この場合の安全分析器５は、このバス利用部分に関連する安
全関連入力および出力に関する責任を負う。図１に示す本発明の実施形態では、
安全分析器５、５’はオートメーション・システム内の論理的なバス利用部分で
はない。しかし、安全分析器５は安全関連出力６を有し、それを介して安全分析
器に関連するバス利用部分３２をオフに切り替えることができる。これは接触器
７の回路により行われるが、その接触器はバス利用部分と、接続されたアセンブ
リおよびマシンを供給電圧から切断する。このようにして、安全分析器５は、チ
ェックまたは比較に応答して安全関連機能、この場合は供給電圧のスイッチオフ
を実行する。たとえば、標準制御装置からの安全関連論理リンク・データ内で障
害が識別された場合、標準制御装置によってもたらされる安全関連制御装置はも
はや正しく動作していないので、安全分析器は上記の出力を介して関連のバス利
用部分をオフに切り替えることができる。同様に、安全関連制御装置が必要なデ
ータをそのバス利用部分に送らず、その結果、システムが未定義状態に変わる危
険性がある場合、バス利用部分はオフに切り替えられる。
【００３３】 上記の実施形態では、３つのバス利用部分３３、３４、３５を備えたローカル
・バス・スパー８がバス・カプラ９を介して配置されている。これらのバス利用
部分は、安全分析器５に関連するバス利用部分３２の機能性および動作に依存し
ている。したがって、バス利用部分３２がオフに切り替えられると、ローカル・
バス・スパー８上のバス利用部分も供給電圧から切断することが必要になる。こ
のインタロック論理は安全分析器５に記憶される。したがって、図１に概略で示
すように、合計４つのバス利用部分は、それぞれの従属アセンブリおよびマシン
とともに、４重接触器７によりオフに切り替えなければならない。
【００３４】 第１の安全分析器５のように、安全分析器５’はバスを介して移送されるデー
タの監視用に設定される。しかし、第１の安全分析器５とは対照的に、この安全
分析器は、それによって安全関連機能を実行可能にする入力を備えていない。こ
れに代わって安全関連入力１０を有し、それを介して安全分析器がオートメーシ
ョン・システム内の安全関連装置１１に接続され、安全関連データを検出する。
この場合、この装置１１は、光バリアの一部として溶接ロボットの動作エリアを
監視する光検出器を有する。このセンサは、バス利用部分によりオートメーショ
ン・バスに接続されていないが、安全分析器５’に直接接続されている。安全分
析器５’の安全関連入力１０を介して検出された安全関連データに応答して、こ
の場合の安全分析器も安全関連機能を実行する。誰かがロボットの動作エリアに
入ったことを光検出器１１が検出した場合、安全分析器５’は対応するバス利用
部分３８とそれに関連するアセンブリおよびロボットを自動的にオフに切り替え
る。これを行うために、安全分析器５’は、バスに伝送される入力および出力デ
ータを操作するための装置を有する。この場合、データストリーム内の少なくと
も１つのデータ項目を上書きまたは削除するか、少なくとも１つのデータ項目を
バス・データストリーム内に挿入するか、あるいはその両方を実行することがで
きる。このような手順は図６ａおよび図６ｂに示されている。これらの図は、標
準制御装置４用の入力および出力データを安全分析器５’によって修正する場合
を示している。いずれの場合も、情報ユニット１２が安全分析器内のメモリに読
み込まれ、次に安全分析器内のもう１つのメモリから取り出された情報ユニット
がデータストリーム内の対応するポイントに書き込まれる。バス利用部分とそれ
に接続されたアセンブリならびにロボットは、標準制御装置の入力データの操作
と出力データの操作の両方によりオフに切り替えることができる。たとえば、所
定の限界を超えた動作パラメータがあることが標準制御装置４に知らされるよう
に入力データストリームが修正された場合、標準制御装置は、その特定のバス利
用部分３８に伝送された安全関連論理リンク・データ項目によりバスを介してこ
のバス利用部分と溶接ロボットをオフに切り替える。同じように、安全分析器は
、適切な出力データ項目を上書きすることにより、標準制御装置による使用許可
を取り消すことができる。
【００３５】 図６ｂは、安全分析器がバス上の出力データストリームを修正する状況を示し
ている。この状況では、安全分析器は、バス利用部分がその出力と溶接ロボット
もオフに切り替えるようにバス利用部分３８に送られたデータを操作する。
【００３６】 図２は、本発明のもう１つの実施形態を示している。この場合、バスはマスタ
／スレーブ原理で動作するシステムであり、標準制御装置はマスタとして動作し
、個々のバス利用部分はスレーブとして動作する。このバス・システムはインタ
フェース・アセンブリ４１を介してホスト４０に接続され、プロセス関連制御シ
ステムはホスト内に配置されて動作し、安全関連制御システムはインタフェース
・アセンブリ内に配置されて動作する。このシステムは単一の安全分析器５を有
し、これはバス・データストリームを監視するためにインタフェース・アセンブ
リの直後のバスに結合されている。このような対策は、リング構造によってシリ
アル・バスに接続されたときに安全分析器がバス上の入力データストリーム全体
ならびに出力データストリーム全体を監視できることを保証するものである。安
全分析器５は、バスを介するデータストリーム全体に関する知識を使用して、上
記の実施形態でこの目的のために設けられたメモリ内に完全なプロセス・マップ
を記憶する。その結果として、安全分析器は、インタフェース・アセンブリ内の
安全関連制御システムに関する安全関連論理リンク・データをすべてチェックす
ることができ、必要であれば、すなわち障害が発生したときに、出力６を駆動し
て安全を基礎として接触器７によりシステム全体をオフに切り替え、システム全
体の供給電圧がオフに切り替わるようにすることもできる。
【００３７】 図３の本発明によるオートメーション・システムは、図２に示す実施形態の修
正形態を示している。この場合、安全分析器５はインタフェース・アセンブリ４
１に統合されている。標準制御装置の安全関連制御および安全分析器内の安全関
連データ処理は、インタフェース・アセンブリ内の別々の独立した論理モジュー
ルで実行される。さらに、第２の安全分析器５”はローカル・バス・スパー８の
先頭に配置されている。その結果、この配置は安全分析器５”がローカル・バス
・スパー８上のバス利用部分３３、３４、３５に関するすべての入力データおよ
び出力データを監視できることに依存し、したがって、ローカル・バス・スパー
内のプロセス・シーケンスに関する完全なプロセス・マップを適用できることに
依存する。したがって、長距離バス・セクション内の安全分析器５のように、安
全分析器５”はインタフェース・アセンブリ内のローカル・バス・セクション用
の安全関連制御システムに関するすべての安全関連論理リンク・データをチェッ
クすることができ、必要であれば、前述のように、データ操作により必要な安全
関連機能を開始することができる。このため、ローカル・バス・スパー８は標準
制御装置の安全関連制御だけでなく安全分析器５および安全分析器５”にも保護
されるので、バス・スパー８に適用可能な安全関連入力および出力に課せられた
非常に厳しい安全要件を満たすことができる。
【００３８】 図４は、本発明の他の実施形態を示している。本発明によるオートメーション
・システムは２つの安全分析器５および５’を有し、その安全関連出力６および
６’は互いに結合されている。両方の出力は、システム全体用の供給電圧をオフ
に切り替えるために複数接触器装置７を制御する。このシステムは、シリアル・
バス２を介して標準制御装置４によって制御される。安全分析器５はシステム内
に配置されているので、バス上のすべての入力および出力データを監視すること
ができるが、制御装置４と安全分析器５の間に配置された第１のバス利用部分３
１用の入力データは除く。安全分析器５’はバス上のすべての入力データを監視
することができるが、最後のバス利用部分用の出力データを除く、いずれの出力
データも安全分析器５’にとってアクセス不能である。したがって、バス・デー
タ・フロー内の関連データをコピーすることにより、第１の安全分析器５はそれ
がアクセス可能な出力データを入力データにコピーすることができ、したがって
、保護すべき安全関連バス利用部分３２用のプロセス・マップを適用するために
、実際には安全分析器５’にとってアクセス不能な出力データを安全分析器５’
にとっても使用可能なものにすることができる。両方の安全分析器は同じ入力情
報を受け取るので、保護すべきバス利用部分３２の安全関連入力および出力を監
視することができる。これは、本発明によるオートメーション・システム内の安
全技術に分散冗長性をもたらすことになる。この例では、安全分析器５’は安全
関連入力１０も有し、この入力に非常用スイッチ１３が接続されている。非常用
スイッチ１３を閉じると、安全分析器５’は、システム全体をオフに切り替える
ために、安全分析器内の関連の安全関連機能、すなわち、接触器７の開放で応答
する。
【００３９】 また、本発明によれば、データ伝送にマスタを必要とせずに、マスタ／スレー
ブ原理で動作するオートメーション・システム内の２つのスレーブ間にデータ・
リンクを設けるために、入力データを出力データにまたその逆にコピーするため
の上記の方法を使用する。この場合、たとえば、１つのバス利用部分に関連する
安全分析器は、そのバス利用部分に関して伝送すべきデータ項目を入力データス
トリームに挿入し、その結果、マスタを必要とせずにそれを下流のバス利用部分
にとって使用可能なものにすることができる。このため、必要であれば、下流の
他のバス利用部分すべてに対して単純なやり方で情報をマルチキャストまたは同
報することができる。
【００４０】 図示していない本発明の一実施形態では、安全分析器が関連の安全ベースのバ
ス利用部分に統合される。この場合、安全ベースの論理リンクはバス利用部分内
の論理ユニットに設けられるので、バス利用部分にインストールされた知能を安
全ベースの論理リンクに使用することができる。このバス利用部分はバス・イン
タフェースを有するので、これにより安全分析器に関する追加のハードウェアの
複雑さが大幅に低減される。
【００４１】 少なくとも一部の場合には、本発明による上記のオートメーション・システム
内のデータ伝送にセキュリティ・プロトコルを使用して、このバスを介して安全
関連データが伝送される。このセキュリティ・プロトコルは、要件に応じて、安
全データ項目に加え、否定安全データ項目とアドレスおよび／またはデータ保護
情報をＣＲＣの形で含むことができる。これにより、データ伝送中にエラーを容
易に識別できるようになる。このため、本発明によるオートメーション・システ
ムで使用する安全分析器は、それがセキュリティ・プロトコルを読み取り、それ
を適切に評価できるようにセットアップされる。
【００４２】 セキュリティ・プロトコルで伝送される安全バス利用部分のアドレスにより、
安全分析器は、プログラミングを適合させ、それに関連する利用部分のデータ・
セットを識別し、たとえば安全上の理由からコンポーネントをオフに切り替えた
結果としてバス・レイアウトを変更したときにバス・レイアウトの変更を考慮に
入れることができる。さらに、セキュリティ・プロトコルにアドレスを含めるこ
とにより、分散ユニット内のバス障害または故障による記憶エラーを検出するこ
とができる。
【００４３】 本発明によるオートメーション・システムで使用するための安全分析器の特定
の一実施形態を図５に示す。図示の安全分析器５は、光検出器１１からの安全ベ
ースの情報を検出するための４つの安全ベースの入力１０だけでなく、接触器に
より４つのオートメーション・バス・コンポーネントから供給電圧を切断するた
めの４つの安全ベースの出力６も有する。この場合、安全分析器内で論理リンク
が生成されたことに応答して、標準制御システム内の安全ベースの論理リンクと
の比較に応答して、および／または入力１０を介する安全関連入力情報に応答し
て、様々な安全ベースの出力６が駆動される。この場合、インタロック論理が安
全分析器内に記憶され、特定の障害またはエラーが発生したときにどの安全ベー
スの機能を開始するか、すなわち、その障害またはエラーが発生したときにどの
コンポーネントを供給電圧から切断しなければならないかを左右する。
【００４４】 安全分析器が、安全関連データの処理に加え、プロセス・データ処理も実行す
ることは、本発明の範囲内である。
【００４５】 さらに、本発明の原理は例示的な実施形態に記載されたオートメーション・バ
ス・システムに限定されず、実際にはバスを有するすべてのオートメーション・
システムに適用可能であると述べるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 長距離バス・システム内に２つの安全分析器を備えた、本発明によるオートメ
ーション・システムの第１の実施形態の概略図である。
【図２】 １つの安全分析器がインタフェース・アセンブリの直後に配置された、本発明
の他の実施形態の概略図である。
【図３】 １つの安全分析器がインタフェース・アセンブリ内に統合され、第２の安全分
析器がバス・スパーの先頭にある、本発明によるオートメーション・システムを
概略図の形で示す図である。
【図４】 その出力が相互に接続された２つの安全分析器を備えた、本発明によるオート
メーション・システムを示す図である。
【図５】 様々な入力および出力を備えた安全分析器の概略ブロック図である。
【図６ａ】 安全分析器によるバス・データストリームのデータ操作の概略図である。
【図６ｂ】 安全分析器によるバス・データストリームのデータ操作の概略図である。

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも、 バス・システム（２）と、 それに接続された入出力バス利用部分（３１〜３８）および標準制御装置（４
    ；４０、４１）と、少なくとも バス・システムを介してデータ・フローを監視し、少なくとも１つの安全関連
    機能を実行するよう設計された１つの安全分析器（５、５’、５”）とを含み、 標準制御装置が少なくとも１つの安全関連出力を制御し、安全分析器がバス・
    データストリーム内の安全関連データをチェックおよび／または処理するために
    セットアップされることを特徴とする、オートメーション・システム（１）。
  2. 【請求項２】 安全分析器（５、５’、５”）が自由にプログラム可能な論
    理装置を有し、それが監視データ、特に監視安全関連データを処理することを特
    徴とする、請求項１に記載のオートメーション・システム（１）。
  3. 【請求項３】 安全分析器（５、５’、５”）がオートメーション・システ
    ム（１）内の論理的なバス利用部分ではなく、少なくとも１つの安全関連出力（
    ６）を有し、それを介してオートメーション・システムのうちの安全分析器に関
    連する少なくとも１つのアセンブリ、特に少なくとも１つのバス利用部分（３１
    〜３８）をオンまたはオフに切り替えることができることを特徴とする、請求項
    １または２に記載のオートメーション・システム（１）。
  4. 【請求項４】 安全分析器（５、５’、５”）が、セーフティ・アイランド
    、バス・スパー（８）、および／またはシステム全体をオフに切り替えるために
    セットアップされることを特徴とする、請求項３に記載のオートメーション・シ
    ステム（１）。
  5. 【請求項５】 安全分析器（５’）が少なくとも１つの安全関連入力（１０
    ）を有し、それを介して安全分析器がオートメーション・システム内の安全関連
    装置（１１）に接続されて安全関連データを検出することを特徴とする、請求項
    １ないし４のいずれか一項に記載のオートメーション・システム。
  6. 【請求項６】 バス・システム（２）がインタフェース・アセンブリ（４１
    ）を介してホスト（４０）に接続され、プロセス関連制御がホスト内に配置され
    、安全関連制御がインタフェース・アセンブリ内に配置されることを特徴とする
    、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のオートメーション・システム（１）
    。
  7. 【請求項７】 バス（２）がシリアル・バスであり、少なくとも１つの安全
    分析器（５、５’）がオートメーション・システムの長距離バス・セクション内
    に配置されることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のオー
    トメーション・システム（１）。
  8. 【請求項８】 安全分析器（５）がホスト（４０）の直後またはインタフェ
    ース・アセンブリ（４１）の直後に配置されることを特徴とする、請求項７に記
    載のオートメーション・システム（１）。
  9. 【請求項９】 安全分析器（５）がインタフェース・アセンブリ（４１）内
    に配置されることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のオー
    トメーション・システム（１）。
  10. 【請求項１０】 安全分析器（５、５’、５”）がプロセス・マップを記憶
    するためのメモリ・デバイスを含むことを特徴とする、上記の請求項１ないし９
    のいずれか一項に記載のオートメーション・システム（１）。
  11. 【請求項１１】 安全分析器（５、５’、５”）がバス（２）上で伝送され
    るデータストリーム、特に入力および／または出力データを操作するための装置
    を有することを特徴とする、上記の請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の
    オートメーション・システム（１）。
  12. 【請求項１２】 装置が入力および／または出力データを上書きするか、デ
    ータをデータストリームに挿入するか、あるいはその両方を行うことを特徴とす
    る、請求項１１に記載のオートメーション・システム（１）。
  13. 【請求項１３】 少なくとも１つの安全分析器（５、５’、５”）が冗長設
    計のものであることを特徴とする、上記の請求項１ないし１２のいずれか一項に
    記載のオートメーション・システム（１）。
  14. 【請求項１４】 オートメーション・システム、特に請求項１ないし１３の
    いずれか一項に記載のオートメーション・システム（１）を操作するための方法
    であって、 標準制御装置（４；４０、４１）がプロセスリンクの入出力データの処理によ
    るプロセス制御と、安全関連データの処理による安全関連制御とを実行し、さら
    に、安全関連データの処理が少なくとも１つの安全分析器（５、５’、５”）に
    おいて実行され、安全関連データ、特にバス・データストリーム内の安全関連論
    理リンク・データが安全分析器で処理されることを特徴とする方法。
  15. 【請求項１５】 標準制御装置（４、４１）および／または少なくとも１つ
    の他の安全分析器（５、５’、５”）に関しバスを介して伝送される安全関連論
    理リンク・データと、第１の安全分析器の対応する論理リンク・データとの比較
    が、安全分析器（５、５’、５”）で実行されることを特徴とする、請求項１４
    に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 標準制御（４、４１）の安全関連論理リンクをモデル化す
    ることにより、標準制御（４、４１）によって生成され、バスを介して出力デー
    タとして送られる論理リンク・データを少なくとも１つの安全分析器（５、５’
    、５”）でチェックすることを特徴とする、請求項１４または１５のいずれか一
    項に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 安全分析器（５、５’、５”）によるチェックまたは比較
    に応答して、安全関連機能が実行されることを特徴とする、請求項１４または１
    ６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 安全分析器（５’）の安全関連入力（１０）を介して検出
    された安全関連データに応答して、安全分析器が安全関連機能を実行することを
    特徴とする、請求項１４ないし１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 安全関連機能を実行するプロセスが、オートメーション・
    バス・システム内の少なくとも１つのアセンブリ、特にバス利用部分（３２〜３
    ８）をオンまたはオフに切り替えることを含むことを特徴とする、請求項１８に
    記載の方法。
  20. 【請求項２０】 バス（２）上のデータストリームを操作するための装置に
    より、安全分析器（５’、５”）がデータストリーム内の少なくとも１つのデー
    タ項目を上書きまたは削除するか、バス・データストリーム内に少なくとも１つ
    のデータ項目を挿入するか、あるいはその両方を行うことを特徴とする、請求項
    １４ないし１９のいずれか一項に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 安全分析器（５、５’、５”）が少なくとも部分的に監視
    データストリームを記憶し、バス・データストリーム内の入力データをバス・デ
    ータストリーム内の出力データに、またその逆にコピーすることを特徴とする、
    請求項２０に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 セキュリティ・プロトコルを使用して、安全関連データが
    バス（２）を介して伝送されることを特徴とする、請求項１４ないし２１のいず
    れか一項に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 セキュリティ・プロトコルが、安全データ項目に加え、否
    定安全データ項目、連続番号、アドレス、および／またはデータ保護情報（ＣＲ
    Ｃ）を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 バスがマスタ／スレーブ原理で動作するシステムであり、
    少なくとも１つの安全分析器（５、５’、５”）を介するデータ・リンクにより
    少なくとも２つのスレーブ間、特に個々のバス利用部分（３１〜３８）間でデー
    タが伝送され、安全分析器がバス・データストリーム内のデータをコピーするこ
    とを特徴とする、請求項１４ないし２３のいずれか一項に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 バスがマスタ／スレーブ原理で動作するシステムであり、
    制御またはマスタを介するデータ・リンクにより少なくとも２つのスレーブ間、
    特に個々のバス利用部分（３１〜３８）間でデータが伝送され、制御またはマス
    タがバス・データストリーム内のデータをコピーすることを特徴とする、請求項
    １４ないし２３のいずれか一項に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 品質データが安全分析器（５、５’、５”）により生成さ
    れるか、読み取られたデータが他の処理用に準備されるか、あるいはその両方が
    行われることを特徴とする、請求項１４ないし２５のいずれか一項に記載の方法
    。
  27. 【請求項２７】 安全分析器（５’）で使用する安全管理論理リンクが少な
    くとも１つの他の安全分析器（５”）内で少なくとも部分的に冗長形式で実行さ
    れ、同じ安全機能が少なくとも部分的に２つの安全分析器によって実行されるこ
    とを特徴とする、請求項１４ないし２６のいずれか一項に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 安全分析器が少なくとも部分的にプロセス・データ処理も
    実行することを特徴とする、請求項１４ないし２７のいずれか一項に記載の方法
    。
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