WO2004049083A2 - Verfahren zur anzeige von eichpflichtigen daten - Google Patents

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Andreas Kaszkin
Dieter THÜRAUF
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0267Fault communication, e.g. human machine interface [HMI]
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00Systems controlled by a computer
    • G05B15/02Systems controlled by a computer electric

Definitions

  • measuring sensors and measured value displays are generally distributed over the system, with the measured values or measured data being transmitted from the measuring sensors to the measured value displays.
  • the measurement data is increasingly displayed using freely programmable PCs.
  • the measurement data are usually used to control the system.
  • software ie data transmission and processing, plays an outstanding role in measuring systems. This is described in the guideline 7.1 of the European Cooperation in Legal Metrology (WELMEC): "Software Requirements on the Basis of the Measuring Instruments Directive” from October 1999 (www.welmec.org/publications/7-l.pdf) in Regarding the transmission and display of legal-for-trade data.
  • WELMEC European Cooperation in Legal Metrology
  • encrypt data subject to calibration which are transmitted via an unencapsulated transmission path, for example a network, to protect against manipulation.
  • the address of the respective sender can be transmitted together with the data.
  • the actuality of the data can be checked at the recipient.
  • the display of the data subject to legal verification on a PC with a Windows user interface it is required that the data is displayed in a window that automatically always moves to the foreground and cannot be covered by other windows, and that the data subject to legal verification is displayed in the window in question in a form that is not to be confused with the other windows, and that the window that shows the data subject to legal verification is from a a part of the program that is subject to custody transfer, i.e. one that is protected against deliberate changes using common software tools (text editors), is administered.
  • the invention is based on the object of specifying a practical method for displaying legal-for-trade data which meets the WELMEC requirements mentioned above.
  • the object is achieved in that the data subject to legal verification are displayed by means of an industrial visualization system which can be configured with a given project planning software and has a standard interface for integrating further applications, the data requiring legal verification being transmitted to the visualization system with integrity be and in the
  • Visualization system can be visualized by an application integrated via the standard interface in a form different from the display options that can be configured using the configuration software.
  • Industrial visualization system is to be understood here as an operator control and monitoring device or HMI (Human Machine Interface) device, as is used in particular in process automation systems.
  • HMI Human Machine Interface
  • Functions, switches or process values are visualized on an operator or touch panel.
  • processes, error messages or measured values can be displayed in an easily understandable manner for the observer.
  • An optical recording of the process for example in the form of process images, makes operation easier for the user.
  • the visualization system can be connected to the process automation system via a data connection and allows the process to be influenced using configurable function keys, buttons or display elements.
  • the visualization system is configured using a specified project planning software that enables simple and quick implementation of ideas into simple and understandable images for the Visualization system enables, without the user having to have special programming knowledge.
  • it has one or more standard interfaces. Examples are for the graphic import BMP, WMF, TIF, for the data exchange DDE, ODBC, RAS and for the integration of applications OLE and ActiveX. With these interfaces, data exchange between individual software products can be accomplished in a simple manner.
  • ActiveX for example (previously also known as OCX-OLE Custom Control), allows finished application modules to be integrated in another application, for example in a visualization system.
  • the process visualization can thus be enriched with functionalities that are not provided in the configuration software.
  • the method according to the invention advantageously uses a standard interface of an industrial visualization system in order to integrate an application into the visualization system with which the integrity-protected legal-for-trade data can be visualized in a form that corresponds to the WELMEC guidelines.
  • the legal-for-trade data is transferred within a system that is deemed to be closed, ensuring its integrity may be sufficient to meet the WELMEC requirements. Is the transmission path such.
  • encryption of the data subject to custody transfer is required.
  • the encrypted data in the visualization system is decrypted by the application integrated via the standard interface.
  • the encryption of confidential data before it is transmitted to a recipient is generally known.
  • the sender uses a public key of the authorized recipient to encrypt the data so that only he can decrypt the data with his own private key.
  • the transmitter can be authenticated by signing the data.
  • the sender encrypts the data with his own private key, while the recipient uses the sender's public key to decrypt the data.
  • Data encrypted with public keys is not necessarily authentic, while data signed with private keys is not confidential. Encryption and signing can therefore be combined to create confidentiality and authenticity, for which purpose the sender first encrypts the data with the recipient's own private key and then with the recipient's public key. This is also possible with the method according to the invention.
  • the data subject to legal verification are preferably encrypted on the transmitter side with a private key and decrypted on the receiver side with the same private key.
  • the private keys are integrated in the manufacture of the sending device, for example a weighing module, and the receiving device, here the visualization system.
  • the sender can determine a test code from the data, which is transmitted in encrypted form to the receiver.
  • the receiver decrypts the check code and compares the check code thus decrypted with the check code calculated from the received data; if both check codes are the same, the integrity of the data is assured.
  • the address of the respective transmitter can be transmitted in encrypted form together with the data and then visualized together with the associated data.
  • the actuality of the data can finally be checked at the recipient.
  • the data subject to legal verification is displayed on the industrial visualization system in a form that cannot be configured with the configuration software. This can be done in such a way that the data subject to calibration are visualized in a display area of the visualization system which is not accessible to the configuration software and is therefore reserved exclusively for the display of data subject to calibration.
  • the data subject to legal verification can be visualized together with additional information that cannot be configured by the configuration software, for example a typical watermark in the background.
  • a process scale (weighing module) 1 is arranged in the automation system and communicates with a. Via a backplane bus 2
  • the CPU module 3 of the automation system communicates.
  • the CPU module 3 like an industrial visualization system 4, is connected to a bus system 5, e.g. B. Profibus, the automation system connected.
  • weighing data which are to be verified and are to be verified by a weighing cell are combined in a data record together with a description of the weighing module 1, a time stamp (date, time), possibly further parameters and a test code calculated from these data, and with one private key encrypted.
  • This encrypted data record is transmitted to the CPU module 3 via the backplane bus 2 and is stored there together with unencrypted data in a memory.
  • the unencrypted data can also be weighing data from the
  • Weigh module 1 if, for example, this weighing data is not intended for use subject to verification can be used for control purposes within the automation system.
  • the encrypted data record is transmitted to the industrial visualization system 4 via the unencapsulated bus system 5.
  • This can be configured via a configuration interface using a specified configuration software that allows certain representations and forms of representation.
  • the industrial visualization system 4 also has a standard interface for the integration of further applications, here z.
  • B. ActiveX elements in the industrial visualization system 4. Using such an ActiveX element, the data set is decrypted, using the same private key as in the weighing module 1. The ActiveX element is checked by comparing the decrypted test code with the the integrity of the data calculated from the received data and shows the weighing data and the designation of the associated weighing module 1 on a display 6 of the industrial visualization system 4. The display is in a form that cannot be configured using the configuration software.

Abstract

Eichpflichtige Daten werden mittels eines Industrie-Visualisierungssystems (4) angezeigt, welches mit einer vorgegebenen Projektierungs-Software projektierbar ist und über eine Standardschnittstelle zur Einbindung von weiteren Applikationen verfügt. Dazu werden die eichpflichtigen Daten integritätsgesichert und gegebenenfalls verschlüsselt an das Visualisierungssystem (4) übertragen und dort von einer über die Standardschnittstelle eingebundenen Applikation entschlüsselt und anschließend in einer von den über die Projektierungs-Software projektierbaren Darstellungsmöglichkeiten verschiedenen Form visualisiert.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Anzeige von eichpflichtigen Daten
Bei Messsystemen in Produktions-, Warenverteilungs- oder sonstigen Anlagen sind Messwertaufnehmer und Messwertanzeigen in der Regel über die Anlage verteilt, wobei die Messwerte bzw. Messdaten von den Messwertaufnehmern zu den Messwertanzeigen übertragen werden. Die Anzeige der Messdaten erfolgt im zunehmenden Maße mittels frei programmierbarer PC's.
Außerdem werden die Messdaten in der Regel für die Steuerung der Anlage herangezogen. Im Unterschied zu Messgeräten, in denen der Messwertaufnehmer und die Messwertanzeige in einem Gerät integriert sind, spielt Software, d. h. Datenübertra- gung und -Verarbeitung, in Messsystemen eine herausragende Rolle. Dies wird in dem Leitfaden 7.1 der European Coopera- tion in Legal Metrology (WELMEC) : "Software-Requirements on the Basis of the Measuring Instruments Directive" vom Oktober 1999 (www.welmec.org/publications/7-l.pdf) in Bezug auf die Übertragung und Anzeige von eichpflichtigen Daten berücksichtigt. Dort wird unter anderem vorgeschlagen, eichpflichtige Daten, die über einen nicht gekapselten Übertragungsweg, beispielsweise ein Netzwerk, übertragen werden, zum Schutz gegen Manipulation zu verschlüsseln. Um beim Empfang der Da- ten deren Authentizität sicherzustellen, kann zusammen mit den Daten die Adresse des jeweiligen Senders übertragen werden. Durch zusätzliche Kombination der zu übertragenden eich- pflichtigen Daten mit einem Zeitstempel kann bei dem Empfänger die Aktualität der Daten überprüft werden. In Bezug auf die Anzeige der eichpflichtigen Daten auf einem PC mit Windows-Oberfläche wird gefordert, dass die Daten in einem Fenster dargestellt werden, das sich automatisch immer in den Vordergrund schiebt und von anderen Fenstern nicht abgedeckt werden kann, dass die Darstellung der eichpflichtigen Daten in dem betreffenden Fenster in einer Form erfolgt, die mit den anderen Fenstern nicht verwechselbar ist, und dass das Fenster, das die eichpflichtigen Daten anzeigt, von einem eichpflichtigen, also einem gegen absichtliche Änderungen mittels gängiger Software-Werkzeuge (Texteditoren) geschütztes, Programmteil verwaltet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein praktikables Verfahren zur Anzeige eichpflichtiger Daten anzugeben, das den oben erwähnten WELMEC-Anforderungen genügt.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die eichpflichtigen Daten mittels eines Industrie-Visualisierungssystems angezeigt werden, welches mit einer vorgegebenen Projektierungs-Software projektierbar ist und über eine Standardschnittstelle zur Einbindung von weiteren Applikationen verfügt, wobei die eichpflichtigen Daten integritätsgesichert an das Visualisierungssystem übertragen werden und in dem
Visualisierungssystem von einer über die Standardschnittstelle eingebundenen Applikation in einer von den über die Projektierungs-Software projektierbaren Darstellungsmöglichkeiten verschiedenen Form visualisiert werden.
Unter Industrie-Visualisierungssystem ist hier ein Bedien- und Beobachtungsgerät bzw. HMI (Human Machine Interface) - Gerät zu verstehen, wie es insbesondere in Prozessautomati- sierungssystemen zum Einsatz kommt. Auf einem so genannten Operator- oder Touch-Panel werden Funktionen, Schalter oder Prozesswerte visualisiert. Mit Hilfe dieser Visualisierung können Prozesse, Fehlermeldungen oder Messwerte für den Beobachter leicht verständlich dargestellt werden. Eine optische Erfassung des Prozesses, beispielsweise in Form von Pro- zessbildern, erleichtert dem Anwender die Bedienung. Das
Visualisierungssystem kann über eine Datenverbindung an das Prozessautomatisierungssystem angeschlossen werden und erlaubt mit projektierbaren Funktionstasten, Schaltflächen oder Anzeigeelementen eine Prozessbeeinflussung. Das Visualisie- rungssystem wird mittels einer vorgegebenen Projektierungs- Software projektiert, die eine einfache und schnelle Umsetzung von Ideen in einfache und verständliche Bilder für das Visualisierungssystem ermöglicht, ohne dass der Benutzer hierzu spezielle Programmierkenntnisse aufweisen muss . Um unter Beibehaltung der einfachen Projektierbarkeit eine Offenheit des Visualisierungssystems zu erreichen, verfügt dieses über eine oder mehrere Standardschnittstellen. Beispiele sind für den Grafikimport BMP, WMF, TIF, für den Datenaustausch DDE, ODBC, RAS und für die Integration von Applikationen OLE und ActiveX. Mit diesen Schnittstellen lässt sich der Datenaustausch zwischen einzelnen Software- Produkten auf einfache Art und Weise bewerkstelligen. ActiveX zum Beispiel (bisher auch bekannt unter OCX-OLE Custom Con- trol) erlaubt, fertige Applikationsbausteine in eine andere Applikation einzubinden, beispielsweise in ein Visualisierungssystem. Die Prozessvisualisierung lässt sich damit um Funktionalitäten bereichern, die in der Projektierungs-Software nicht vorgesehen sind. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt in vorteilhafter Weise eine Standardschnittstelle eines Industrie-Visualisierungssystems, um darüber eine Applikation in das Visualisierungssystem einzubinden, mit der die inte- gritätsgesicherten eichpflichtigen Daten in einer Form visualisiert werden können, die den WELMEC-Richtlinien entspricht .
Wenn die eichpflichtigen Daten innerhalb einer als geschlos- sen geltenden Anlage übertragen werden kann die Sicherung ihrer Integrität ausreichend sein, um den WELMEC-Anforderungen zu entsprechen. Ist der Übertragungsweg, wie z. B. bei Telefonnetzen, als offen anzusehen, so ist eine Verschlüsselung der zu übertragenden eichpflichtigen Daten erforder- lieh. In diesem Fall werden die verschlüsselten Daten in dem Visualisierungssystem von der über die Standardschnittstelle eingebundenen Applikation entschlüsselt.
Die Verschlüsselung vertraulicher Daten vor ihrer Übertragung an einen Empfänger ist allgemein bekannt. Bei dem so genannten öffentlichen Verschlüsselungsverfahren verwendet der Sender einen öffentlichen Schlüssel des berechtigten Empfängers zur Verschlüsselung der Daten, so dass nur dieser die Daten mit seinem eigenen privaten Schlüssel entschlüsseln kann. Die Authentifizierung des Senders kann durch Signieren der Daten erfolgen. Dazu verschlüsselt der Sender die Daten mit seinem eigenen privaten Schlüssel, während der Empfänger zur Entschlüsselung der Daten den öffentlichen Schlüssel des Senders verwendet. Mit öffentlichen Schlüsseln verschlüsselte Daten sind nicht notwendigerweise authentisch, während mit privaten Schlüsseln signierte Daten nicht vertraulich sind. Zur Her- Stellung von Vertraulichkeit und Authentizität können daher Verschlüsselung und Signierung kombiniert werden, wozu der Sender die Daten zunächst mit dem eigenen privaten Schlüssel und anschließend mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers verschlüsselt. Dies ist auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich. Vorzugsweise werden jedoch die eichpflichtigen Daten senderseitig mit einem privaten Schlüssel verschlüsselt und empfängerseitig mit dem gleichen privaten Schlüssel entschlüsselt. Die privaten Schlüssel werden bei der Herstellung des Sendegeräts, beispielsweise ein Wäge- modul, und des Empfängergeräts, hier das Visualisierungssystem, integriert. Um schließlich auch noch die Integrität, d. h. die Unverfälschtheit, der übertragenen Daten zu gewährleisten, kann der Sender aus den Daten einen Prüfcode bestimmen, der verschlüsselt an den Empfänger übertragen wird. Der Empfänger entschlüsselt den Prüfcode und vergleicht den so entschlüsselten Prüfcode mit dem aus den empfangenen Daten berechneten Prüfcode; wenn beide Prüfcodes gleich sind, ist die Integrität der Daten gesichert. Um von unterschiedlichen Sendern kommende Daten auf ein und demselben Visualisierungs- System unverwechselbar darstellen zu können, kann zusammen mit den Daten die Adresse des jeweiligen Senders verschlüsselt übertragen und anschließend zusammen mit den zugehörigen Daten visualisiert werden. Durch zusätzliche Kombination der zu übertragenden eichpflichtigen Daten mit einem Zeitstempel kann schließlich bei dem Empfänger die Aktualität der Daten überprüft werden. Wie bereits erläutert, erfolgt die Darstellung der eich- pflichtigen Daten auf dem Industrie-Visualisierungssystem in einer Form, die mit der Projektierungs-Software nicht projektierbar ist. Dies kann in der Weise geschehen, dass die eich- Pflichtigen Daten in einem für die Projektierungs-Software nicht zugänglichen und somit ausschließlich für die Anzeige der eichpflichtigen Daten reservierten Anzeigebereich des Visualisierungssystems visualisiert werden. Ergänzend oder alternativ können die eichpflichtigen Daten gemeinsam mit einer durch die Projektierungs-Software nicht projektierbaren Zusatzinformation, beispielsweise ein typisches Wasserzeichen im Hintergrund, visualisiert werden.
Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden auf die einzige Figur der Zeichnung Bezug genommen, die einen Ausschnitt aus einem Automatisierungssystem zeigt.
In dem Automatisierungssystem ist eine Prozesswaage (Wäge- modul) 1 angeordnet, die über einen Rückwandbus 2 mit einer
CPU-Baugruppe 3 des Automatisierungssystems kommuniziert. Die CPU-Baugruppe 3 ist ebenso wie ein Industrie-Visualisierungssystem 4 an einem Bussystem 5, z. B. Profibus, des Automatisierungssystems angeschlossen.
In dem gekapselten Wägemodul 1 werden von einer hier nicht gezeigten Wägezelle erzeugte eichpflichtige Wägedaten zusammen mit einer Bezeichnung des Wägemoduls 1, einem Zeitstempel (Datum, Uhrzeit) , gegebenenfalls weiteren Parametern und ei- nem aus diesen Daten berechneten Prüfcode in einem Datensatz zusammengefasst und mit einem privaten Schlüssel verschlüsselt. Dieser verschlüsselte Datensatz wird über den Rückwandbus 2 zu der CPU-Baugruppe 3 übertragen und dort zusammen mit unverschlüsselten Daten in einem Speicher abgelegt. Bei den unverschlüsselten Daten kann es sich auch um Wägedaten des
Wägemoduls 1 handeln, soweit diese Wägedaten nicht für eich- pflichtige Verwendungen vorgesehen sind, also beispielsweise zu Steuerungszwecken innerhalb des Automatisierungssystems herangezogen werden.
Zur Darstellung der eichpflichtigen Wägedaten wird der ver- schlüsselte Datensatz über das ungekapselte Bussystem 5 an das Industrie-Visualisierungssystem 4 übertragen. Dieses ist über eine Projektierungsschnittstelle mittels einer vorgegebenen Projektierungs-Software projektierbar, die bestimmte Darstellungen und Darstellungsformen zulässt. Das Industrie- Visualisierungssystem 4 verfügt ferner über eine Standardschnittstelle zur Einbindung von weiteren Applikationen, hier z. B. ActiveX-Elemente, in das Industrie-Visualisierungssystem 4. Mittels eines solchen ActiveX-Elements wird der Datensatz entschlüsselt, wobei der gleiche private Schlüssel verwendet wird, wie in dem Wägemodul 1. Das ActiveX-Element überprüft durch Vergleich des entschlüsselten Prüfcodes mit dem aus den empfangenen Daten berechneten Prüfcode die Integrität der Daten und zeigt die Wägedaten und die Bezeichnung des zugehörigen Wägemoduls 1 auf einem Display 6 des Indus- trie-Visualisierungssystems 4 an. Dabei erfolgt die Darstellung in einer Form, wie sie durch die Projektierungs-Software nicht projektierbar ist. Dies geschieht z. B. in einem Fenster 7, welches nicht von anderen Fenstern überdeckt werden kann und dessen Hintergrund ein einzigartiges Wasserzeichen 8, z. B. feine Schlangenlinien, zeigt. Die entschlüsselten Daten stehen nicht als interne Variablen zur Verfügung, so dass sie auch nicht abgeändert und in gleicher Darstellung angezeigt werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Anzeige eichpflichtiger Daten mittels eines Industrie-Visualisierungssystems (4) , welches mit einer vor- gegebenen Projektierungs-Software projektierbar ist und über eine Standardschnittstelle zur Einbindung von weiteren Applikationen verfügt, wobei die eichpflichtigen Daten integritätsgesichert an das Visualisierungssystem (4) übertragen werden und in dem Visualisierungssystem (4) von einer über die Standardschnittstelle eingebundenen Applikation in einer von den über die Projektierungs-Software projektierbaren Darstellungsmöglichkeiten verschiedenen Form visualisiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, da du r c h g e k enn z e i c h n e t , dass die eichpflichtigen Daten verschlüsselt übertragen werden und in dem Visualisierungssystem (4) von der über die Standardschnittstelle eingebundenen Applikation entschlüsselt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, da du r c h g e k enn z e i c hn e t , dass die eichpflichtigen Daten mit einem privaten Schlüssel verschlüsselt und mit dem gleichen privaten Schlüssel entschlüsselt werden.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a du r c h g e k enn z e i c hn e t , dass die eichpflichtigen Daten in einem für die Projektierungs-Software nicht zugänglichen Anzeigebereich des Visualisierungssystems (4) vi- sualisiert werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a du r c h g e k enn z e i c hn e t , dass die eichpflichtigen Daten gemeinsam mit einer durch die Projektierungs-Soft- wäre nicht projektierbaren Zusatzinformation (8) visualisiert werden .
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