JP2006040283A - 自動化バス・システムを安全に切り換えるための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動化バス・システムを安全に切り換えるための方法および装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、自動化で使用されるバス・システムを安全に切り換えるのための方法を提供し、中央制御装置により、少なくとも１つのバス・サブスクライバをパラメータ化しかつ／またはプログラミングすること、少なくとも１つのバス・サブスクライバにより、制御装置への接続の中断を識別すること、およびその接続の中断を識別すると、そのパラメータ化および／またはプログラミングに応じて、少なくとも１つのバス・サブスクライバの少なくとも１つの出力部を制御することを含む。本発明はまた、本方法を実施するのに適した自動化システムを提供する。
【選択図】図１

Description

本システムは、一般に、産業用自動化システムに関し、詳細には、バス・サブスクライバが接続された少なくとも１つのバス・システムと、中央制御装置とを備える自動化システム、およびそのオペレーションのための方法に関する。

今日、制御システムおよびデータ伝送システムは、可能となった高度の自動化のおかげで、工業生産およびシステム制御において主要な位置を占めている。フィールド・バス・システムは、非常に広範囲に使用されており、そのシステムを介して、多数の非集中化された（ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ）入力および出力ユニットが中央制御装置に接続されている。

しかし、例えば、ロボット上で工具の変更を実施することを可能にするために、またはバスに時々接続するように考えられている移動ユニットをバス・システム中に含めるようにし、再度取り外すことを可能にするために、あるいはメンテナンスのために切断動作を限られた時間だけ簡単な方法で実施可能にするために、実行プロセス中に、非集中化されたユニットを接続しまたは切断することによってバス・システムの構成（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を変更することを求める要望および要求が高まっている。さらに、妨害、例えば、電磁放射による妨害もバス・システムの構成を変更するための一原因となり得る。

イーサネット（登録商標）などのネットワークでは、接続されている装置の構成に変更があった場合、そのネットワークは処理を継続し、切断された、または障害を起こしたサブスクライバを無視することが知られている。

しかし、自動化技術において、フィールド・バス・システムは、安全規格に準拠するために、ほとんどが安全対応の（ｓａｆｅｔｙ−ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）バス・コンポーネントと共に使用されている。例として、ＩＮＴＥＲＢＵＳシステムの場合、構成変更のための適切な切換えコマンドを用いてアセンブリをバスから切断することが可能である。妨害を受けた場合も同様であるが、その場合、フィールド・バス・システムは再初期化される。したがって、それらのシステム中で構成変更が行われるとデータ通信の短い中断を生ずることになる。

バス・コンポーネントへの通信が中断されたとき、このバス・コンポーネントは危険なプロセス（ｈａｚａｒｄｏｕｓ ｐｒｏｃｅｓｓ）を制御しないとすればエマージェンシ機能を維持することができる。危険なプロセスが制御されている場合は、一般に、制御されている機械を遮断することによってのみ安全を確保することができる。そのため、安全対応のバス・コンポーネントは内部に監視回路構成を有することが多く、適切な情報の受信後にのみリセットされる。その情報が受信されない場合、そのプロセスは自動的に安全状態に切り換わる。

したがって、頻繁に構成を変更すると、安全対応のバス・コンポーネントも有するシステムの場合は特にその可用性を低減することになる。

本発明の目的は、自動化システムの可用性を高めることである。それを、安全要件に準拠しながら実施すれば、バス・システムが安全対応のバス・サブスクライバと非安全対応のバス・サブスクライバを共に有することが可能となり有利になるはずである。

本目的は、添付の独立請求項のうちの１つによって請求されている主題により、非常に簡単な方法で達成される。有利な諸実施形態および諸発展形態（ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ）は、従属請求項中に記載する。

本発明による方法は、バス・サブスクライバが接続された少なくとも１つのバス・システム、および中央制御装置を有する自動化システムのオペレーションのために使用される。

制御装置により、少なくとも１つのバス・サブスクライバがパラメータ化もしくは構成され、かつ／またはプログラミングされる。バス・サブスクライバは、制御装置への中断を識別し、その場合、デフォルトのパラメータ化もしくは構成および／またはプログラミングに基づいて少なくとも１つの出力部を制御することができる。

本方法、特に、バス・サブスクライバをパラメータ化しかつ／またはプログラミングすることは、バス・システムの切換えプロセス中で生ずるものなどデータ通信中の短い中断に対して、危険なプロセスであってもその制御の維持を可能にする。

制御装置への接続の中断は、バス・サブスクライバが、定義可能な時間枠中に制御装置から信号を何も受信しないことによって識別されるので有利である。

バス・サブスクライバによる自己充足型または自律型制御は、一般に、継続的なオペレーションに適していないので、本方法は、定義可能な第２の時間枠を提供し、その第２の時間枠経過後、制御装置への接続がその第２の時間枠内に復元されない場合、プロセスがそれを介して制御されているバス・サブスクライバの少なくとも１つの出力部を安全状態に切り換えるようにする。

自動化システムの可用性を高めるために、その第２の時間枠を、バス・システム中で切換えプロセスを実施するのに必要な時間枠より長くすると有利である。

少なくとも１つのバス・サブスクライバが、少なくとも１つのアセンブリをスイッチオンまたはオフすることができると有利である。そのアセンブリは、例えば、安全を確保するためにスイッチをオンにするドアのインターロックなどのアクチュエータとすることができる。しかし、それはまた、安全を確保するためにスイッチをオフにするロボット・アームや、切削装置などの危険なアクチュエータでもよい。

特有のアプリケーションにおけるプロセスを、少なくとも１つのバス・サブスクライバが継続することを可能にするために、本発明はさらに、バス・サブスクライバが少なくとも１つの入力部を有するようにし、その場合、その入力部における信号は、バス・サブスクライバによって評価され、またその信号は、バス・サブスクライバの少なくとも１つの出力部を介して制御するためのさらなるパラメータとしても使用されるので有利である。

前述の方法を実施するのに適切な自動化システムであって、バス・サブスクライバが接続された少なくとも１つのバス・システムと、そのバス・システムに接続された少なくとも１つの制御装置と、制御装置によってパラメータ化しかつ／またはプログラミングすることが可能であり、かつ制御装置への接続の中断を識別する手段、および少なくとも１つの出力部を制御する手段を有する少なくとも１つのバス・サブスクライバとを有する、自動化システムを指定することもまた本発明の範囲に含まれる。

定義可能な時間枠が経過したことを識別するために、少なくとも１つのバス・サブスクライバが時間を監視する手段を備えると有利である。

さらに、少なくとも１つのバス・サブスクライバが、制御されているシステム中のアクチュエータを活動化しかつ／または非活動化することが可能なように、少なくとも１つのアセンブリをスイッチオンまたはオフする手段を備えることが好ましい。

プロセスを制御するために、少なくとも１つのバス・サブスクライバがセンサを読み取る必要がある場合、バス・サブスクライバは、少なくとも１つの入力部と、その入力部に加えられる信号の評価手段とを備えることが好ましい。

リング・バス・システムを有する自動化システム、特に、ＩＮＴＥＲＢＵＳ標準に基づくシステムは本発明による方法を実施するのに特に適している。

例として、好ましい諸実施形態を使用し、また添付図面を参照して、本発明を以下の本文中でより詳細に説明する。その場合、図面中、同じ参照記号は、同じまたは同様の部分を示す。

本発明による方法は、特に、すべてのリング・バス・システムに適切なものであり、その例示的な諸実施形態を、ＩＮＴＥＲＢＵＳ標準を使用して以下の本文で説明する。

ＩＮＴＥＲＢＵＳ標準に基づくバス・システム２を有する自動化システム１の概略のレイアウトを図１に示す。

トポロジ的には、ＩＮＴＥＲＢＵＳは、リング・システムであり、すなわち、バス・サブスクライバ２１〜２８のすべては、閉じた伝送路中にアクティブに含まれている。バス・サブスクライバ２１〜２８のそれぞれは、着信信号を再生成してそれを次に回す。他のリング・システムと比較した場合の特殊な機能としては、ＩＮＴＥＲＢＵＳシステムにおけるデータの順方向回線と戻り方向回線とは共に、１本のケーブル内のバス・サブスクライバをすべて貫通することがあげられる。その結果、物理的には１本の回線またはツリー構造に見える。主幹（ｍａｉｎ ｔｒｕｎｋ）は、バス・マスタとして動作する制御装置３から生成され、前記主幹から、システム全体を構造化するためのサブシステムがバス・カプラ１０により形成されている。

他のシステムで必要とされるようにバス・アドレスを割り振ることによって個々のバス・サブスクライバにデータを割り当てるのではなく、システムにおけるバス・サブスクライバ２１〜２８の物理的な位置により自動的にデータが割り当てられる。

ＩＮＴＥＲＢＵＳは、バス・サブスクライバ２１〜２８のすべてに対するメッセージ用に１つのプロトコル・フレームだけを有するサム・フレーム（ｓｕｍ ｆｒａｍｅ）方式に基づいて動作する。接続されたバス・サブスクライバのすべてに対するデータは、ブロックを形成するように組み合わされてサム・フレーム中に含まれる。この方法は、実際には、リング・システムを形成するように接続されているバス・サブスクライバ２１〜２８によって形成されたレジスタと見なすことができる。

バス・システムの構成に変更のある場合、すべてのバス・サブスクライバが再度識別され、また識別サイクルを実施することによりサム・フレームが再定義される。

図２に示すように、構成の変更は、例えば、バス・システム２に他のバス・サブスクライバ２９を接続した結果生ずる可能性がある。

バス・システム２の構成に対して起きる可能性のある変更の他の実施例を図３に示す。制御装置がデータの伝送における障害３０を識別した場合、識別サイクルが、バス・システム２に他の１つのバス・サブスクライバが追加される各場合について実施される。それにより、障害３０が突き止められ、この実施例のように、バス・サブスクライバ２３〜２５を除外することによりバス・システムのオペレーションを継続できるようにする。

図４は、本発明による自動化システムの一部を示す。搬送される商品４２を乗せて移送するコンベヤ・ベルト４１用駆動装置４３は、バス・サブスクライバ２４の出力部２４１を介して制御される。この危険なプロセスは、ガード５１でシールドされている。保護ドア５２を介してのみアクセスすることが可能である。正常なオペレーション中は、保護ドア５２が開いたことに応答するセンサ５４が、バス・システム２に接続されたバス・サブスクライバ２３の入力部２３１を介して読み取られる。

保護ドアが開いた場合、制御装置３（ここに図示せず）が、バス・サブスクライバ２４に制御コマンドを送り、入力部２４１を介してコンベヤ・ベルト４１の駆動装置４３を停止させる。それにより、誰かがその危険区域に入った場合の安全を確保することができる。バス・サブスクライバ２３と２４は、この場合、安全対応のバス・サブスクライバである。

制御装置３とバス・サブスクライバ２３および／または２４の間のデータ通信が、切換えプロセスまたはバス・システム２における障害により中断された場合、正常なオペレーションはもはや不可能である。その場合、バス・サブスクライバ２４は準安全状態に切り換えられる。この場合、バス・サブスクライバ２４の応答は、前に行われた制御装置３によるプログラミングまたはパラメータ化によって支配される。

この例示的な実施形態の場合、準安全状態で、なお、コンベヤ・ベルト４１を駆動することができる。危険区域に立ち入ることができないように、保護ドア５２のインターロック５３がバス・サブスクライバ２４の出力部２４２を介して活動化されることにより、安全が確保される。

制御装置３とバス・サブスクライバ２３および２４との間のデータ通信が、定義された時間枠内に復元された場合、正常なオペレーションを継続することができる。それにより、バス・システムにおける切換えプロセスが橋渡し（ｂｒｉｄｇｅ）され、したがって安全を確保しつつ、システム全体の可用性を高めることができる。

定義された時間枠内にデータ通信が復元されなかった場合は、バス・サブスクライバ２４は、安全最終状態に切り換えられる。安全最終状態において、その例示的な実施形態では、コンベヤ・ベルト４１用駆動装置４３が出力部２４１を介して停止され、保護ドア５２用のインターロック５３が再度非活動化される。

図５は、危険であるとは区分されていないプロセスが制御されている他の例示的な実施形態を示す。正常なオペレーション中、コンベヤ・ベルト４１上で移送されている搬送品目４２を識別するセンサ６５が、バス・サブスクライバ２６の入力部２６１を介して読み取られる。スライド６１の駆動装置６２は、バス・サブスクライバ２７の出力部２７２を介して制御されている。

この例示的な実施形態において、バス・システム２を介するデータ通信が中断されたとき、バス・サブスクライバ２７は、遷移状態に切り換わる。その状態では、バス・サブスクライバ２７が、信号がセンサ６５からそれを介して読み取られる専用の入力部２７１を有しているので、スライドはなお制御可能である。この例示的な実施形態でも同様に、バス・サブスクライバ２７のプログラミングおよび／またはパラメータ化により、定義可能な最大の時間枠の間だけ、その遷移状態を維持することが可能になる。その時間枠が経過した後、そのバス・サブスクライバ２７がなお制御装置３から何も信号を受信していない場合、バス・サブスクライバ２７は最終状態に切り換わり、その場合、例えば、スライド６１が退避位置（ｒｅｓｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）に移動され、スライド６１用駆動装置６２が停止される。

図６で、本発明による方法を、再度タイミング図の形で示す。図は、制御装置３と、適切にプログラミングされまたは構成された安全対応バス・サブスクライバ２４との間で行われた各最後のデータ通信以後の時間を示す。

正常なオペレーション１００中は、一定の時間間隔ｔ_０でデータ通信が行われる。定義可能な時間枠ｔ_１の間、データ通信が記録されない場合、接続が中断されたと仮定し、バス・サブスクライバ２４は、準安全状態１０１に切り換えられる。その準安全状態１０１は、定義可能な時間枠ｔ_２の間維持される。

時間枠ｔ_２内にデータ通信が行われた場合、バス・サブスクライバは、切り換えられて正常なオペレーション１００に戻る。そうでない場合、時間枠ｔ_２が経過した後、バス・サブスクライバは安全最終状態１０２に切り換えられる。
それに対応する手順は、非安全対応バス・サブスクライバ２７にも使用される。

バス・サブスクライバが接続されたバス・システム、および中央制御装置の概略図である。 バス・サブスクライバがさらに接続された図１におけるバス・システムを示す図である。 妨害または欠陥が生じたため、２つ以上のバス・サブスクライバがバス・システムから除去された図１におけるバス・システムを示す図である。 危険なプロセスがその中で制御されている例示的な一実施形態の概略図である。 標準のプロセスがその中で制御されている例示的な一実施形態の概略図である。 バス・サブスクライバの状態を示すためのタイミング図である。

Claims (11)

1. バス・サブスクライバ（２１〜２９）が接続された少なくとも１つのバス・システム（２）、および中央制御装置（３）を有する自動化システム（１）のオペレーションのための方法であって、
   前記制御装置（３）により、少なくとも１つのバス・サブスクライバ（２４、２７）をパラメータ化しかつ／またはプログラミングする工程と、
   前記少なくとも１つのバス・サブスクライバ（２４、２７）により、前記制御装置（３）への接続の中断を識別する工程と、
   前記制御装置（３）への接続の中断が識別されると、前記パラメータ化および／または前記プログラミングに応じて、前記少なくとも１つのバス・サブスクライバ（２４、２７）の少なくとも１つの出力部（２４１、２４２、２７２）を制御する工程と
   を含む方法。
2. 定義可能な時間枠（ｔ_１）中に、前記少なくとも１つのバス・サブスクライバ（２４、２７）が、前記制御装置（３）から信号を何も受信しないことにより前記中断が識別される、請求項１に記載の方法。
3. 前記制御装置（３）への接続が時間枠（ｔ_２）内に復元されない場合、定義可能なその時間枠（ｔ_２）後に、前記少なくとも１つのバス・サブスクライバ（２４、２７）の前記少なくとも１つの出力部（２４１、２７２）が安全状態に切り換わる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つのバス・サブスクライバ（２４、２７）が、前記自動化システム（１）の少なくとも１つのアセンブリ（４３、６２）をスイッチオンまたはオフする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つのバス・サブスクライバ（２７）が少なくとも１つの入力部（２７１）を有しており、また前記少なくとも１つのバス・サブスクライバ（２７）が前記入力部で信号を評価する工程を含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 自動化システム（１）、特に、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法を実施するための自動化システム（１）であって、
   バス・サブスクライバ（２１〜２９）が接続された少なくとも１つのバス・システム（２）と、
   前記バス・システム（２）に接続された少なくとも１つの制御装置（３）とを備え、
   前記制御装置（３）によってパラメータ化されかつ／またはプログラミングすることが可能であり、かつ前記制御装置（３）への接続の中断を識別する手段、および少なくとも１つの出力部（２４１、２４２、２７２）を制御する手段を有する少なくとも１つのバス・サブスクライバ（２４、２７）を有する自動化システム（１）。
7. 前記少なくとも１つのバス・サブスクライバ（２４、２７）が、時間を監視する手段を有する、請求項６に記載の自動化システム（１）。
8. 前記少なくとも１つのバス・サブスクライバ（２４、２７）が、少なくとも１つのアセンブリ（４３、６２）をスイッチオンまたはオフする手段を有する、請求項６または７に記載の自動化システム（１）。
9. 前記少なくとも１つのバス・サブスクライバ（２７）が、少なくとも１つの入力部（２７１）を有し、かつ前記入力部（２７１）に加えられる信号を評価する手段を有する、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の自動化システム（１）。
10. 前記バス・システム（２）が、リング・システムである、請求項６乃至９のいずれか１項に記載の自動化システム（１）。
11. 前記バス・システム（２）が、ＩＮＴＥＲＢＵＳバス・システムである、請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の自動化システム（１）。
    

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