总线耦合安全相关过程的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于单信道耦合安全相关过程的方法及适用于实现该方法的设备。本发明专利技术的一个目的是提供一种新的方案，从多信道变换到单信道，以安全总线耦合安全相关过程。为此，本发明专利技术建议了一种方法，其特征在于与安全相关过程相关的数据记录通过至少两个冗余处理信道（１，２）被处理，尤其是在特定协议的基础上，根据在各种情况下对于一个安全协议（１４，２４）相同的规则被处理，并且用于单信道总线耦合的冗余安全消息（１４，２４）被结合到一起以形成一个共同的安全协议，其精确地表现为每个处理信道（１，２）访问一个共同的缓冲寄存器（３０），对每个寄存器位置仅分配一次写权限，这样通过在各种情况下写入相应安全协议的不同组件，使所述共同的安全协议的各个组件结合到一起。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于单信道耦合安全相关过程的方法及适用于实现该方法的设备。
技术介绍
在下文中，“安全相关过程”这一表述是指当发生故障时对人和/或材料货物都不会造成危险或者其危险可以忽略不计的过程。因此在安全相关过程中，在理想情况下必须100％地确保当出现故障时，这一过程(下一个过程连接到这一过程)和/或包含这一过程的整个系统都处于安全状态。这种安全相关过程也可以是更大的、更高等级的整体过程的一个过程组成单元。安全相关过程的例子如化学过程，在化学过程中将过程严格保持在预定范围内是很重要的；以及复杂的机械控制系统，例如用于液压处理或生产线的机械控制系统，在这种情况下，作为示例，压制/切割工具的启动可能表现为一种安全相关过程的组成单元。安全相关过程(过程组成单元)的其他例子如对保护警戒装置、防护门或照明区域的监控，对双手操作开关的控制，或者对紧急切断开关的反应。因此对于所有的安全相关过程来说，实时地传送所产生、记录或测量的分别相关联的、与安全相关的数据而不受任何干扰是绝对重要的，因为干扰可能会引起不正确的操作和/或反应，这最终可能会危及人们的生命和健康。为了符合安全规定，近年来已经达成了各种各样的协议，其要求当使用总线系统时能实现基本无误的数据传输。这特别涉及到根据相关应用和/或相关过程的数据传输本身以及可允许的残差概率。在这里可引用的相关标准特别包括EN61508和EN954-1，以及德国工业专业协会的检测和认证中心所制定的对“用于传输与安全相关的信息的总线系统”的检测和认证规范。根据这些协议和标准已经开发出基于安全的总线系统，它们以很高的冗余度来传输数据。能够及时地发现可能的故障或误差，并可以避免危险的发生。其例子尤其是包括安全总线P、ProfibusF、旁路总线安全性，等等。但是这种情况下的一个缺点在于，为了使用基于安全的总线系统，必须更换已经安装好的总线系统，并且经常要受到用户数目、数据传输速率或数据协议的限制。因此，已经开发出允许以更简单和廉价的方式对已有的总线系统进行更新的基于安全的方法和/或元件。已经用于过程中所涉及的工业元件之间的(现场)总线系统在这种情况下被用于传输与安全相关的数据的数据通信，尤其是在传感器、执行单元和/或控制设备之间的数据通信，特别是在用于控制和自动化技术的电子安全方法的情况下。作为示例，EP1188096B1公开了一种用于带有现场总线的安全相关过程的控制系统，一个用于控制安全相关过程的控制单元和一个经由I/O通道链接到安全相关过程的信号单元通过这个现场总线相连接。为了确保相互之间无故障的通信，这些单元具有与安全相关的设备，其目的是使不安全的单元变为安全单元。具体来说，分别提供至少两个冗余处理信道，使得其中一个处理信道中的误差或故障可以根据与另一个冗余处理信道所不同的结果来进行识别，并可能进行校正。这种多信道结构特别是由两个冗余计算机所提供，在双冗余计算机之后安全分析结束，且所述分析被用于从该点出发的安全数据协议，而没有其他的说明。在下文中，术语“计算机”主要是指任何类型的数据处理设备，如微计算机、微处理器、微控制器或其他PC。WO01/24385A2也涉及对使用(现场)总线系统的安全相关过程的控制，带有对同样具有冗余处理信道的安全相关过程进行控制时所涉及的单元。每个冗余信道具有一个计算机，这些计算机相互监控。这种多信道结构通过连接到现场总线的另一个计算机变为单信道结构(图3)。该文件并未包括任何进一步的描述，包括从多信道形式变换到单信道形式。WO01/24391A1和已公开的文献DE19939567A1是安全总线用户的其他例子，其带有相互监控的冗余处理信道，用于安全协议创建，和/或计算机和借助于耦合到总线并连接到协议芯片或集成到协议芯片中的另一个计算机从双信道形式到单信道形式的转变。在这种情况下，安全分析结束，而没有公开基于双冗余计算机的其他技术措施，以及用于由该点起作用的安全数据协议。专利文献DE19532639C2涉及一种用于由双冗余计算机形成的单信道传输数据的设备，它将总线耦合功能集成到双冗余计算机中之一，以减少电路复杂度。只有具有总线耦合功能的计算机才具有输出信道，由这个计算机产生的有效数据和由另一个计算机产生的检测数据被提供到这个输出信道，或者进行相反的传输，或者来自这两个计算的有效数据和检测数据以相互交织的方式来提供(图4)。然而，为了确保控制该总线的计算机不能产生不会影响另一个计算机的信息，安全分析的实现增加了复杂度，因为一方面必须证实反应的自由度，另一方面必须证实用于创建安全协议的计算机的独立性。在这里，该专利文献的目的仅仅是适当地连接相应计算机输出端或断开连接。此外，DE10065907A1描述了一种基于“交叉比较冗余”原理的安全数据传输方法，用于在并行或串行的网络或总线系统上传输数据，使用了具有两个逻辑上相同的数据区域的缓冲寄存器，用于从双信道形式变换到单信道形式。要经由总线系统在一个信道上传输的完整的、基于安全的信息包括缓冲寄存器的两个数据区域的数据内容。两个冗余计算机同样在上行方向上连接到发送器端的缓冲寄存器，并根据应用的性质分别预处理带有冗余信息的于安全相关的数据(该数据在一个信道或两个信道上可用)，以形成安全数据，所述安全数据相互交换进行校验。如果这两者都得到相同的结果，则每个计算机将其安全数据发送到缓冲寄存器，其中每个数据区域用来自相应计算机的安全数据来填充，该数据本身已经包含了用于误差或故障识别的冗余信息。在另一个替代实施例中，如果所述缓存寄存器包含在两个计算机中之一，使得在另一个计算机同意之后，该计算机适当地填充缓冲寄存器的两个数据区域，所述另一个计算机同样读取缓冲寄存器的两个数据区域以进行监控。根据应用，缓冲寄存器的两个数据区域之一中的数据内容也可以由相反的数据或者其他附加交织数据，例如用于识别发送器、接收器和/或其他处理数据的单元中的系统故障。因此这种方法的特别的缺点在于，基于安全的信息的整个数据长度相对于实际的有效数据特别大，因为两个相同的有效数据记录以及用于每个相同的有效数据记录的信息的相应冗余项都必须被传输。如果要通过数据包来发送的有效数据项的数目减少，例如像在旁路总线的情况下那样，有效数据长度与整体数据长度的比率将大大减小。
技术实现思路
因此本专利技术的一个目的在于提供另一种新颖的改进方案，以从多信道形式变换到单信道形式，用于安全相关过程的安全总线耦合，并以一种能够简单实现的方式，尤其是能够附带地进行简单测试的方式，确保反应的自由度，并且与要经由总线作为安全信息发送的基于安全的协议的创建无关。根据本专利技术的解决方案以一种非常令人惊讶的方式仅通过所附的独立权利要求之一的特征来实现。优点和/或优选实施例以及改进是相应从属权利要求的主题。因此根据本专利技术，提出了一种用于单信道总线耦合对安全性有严格要求的过程的方法，其中与对安全性有严格要求的过程相关的数据记录通过至少两个冗余处理信道被处理，尤其是在特定协议的基础上，根据在各种情况下对于一个基于安全的协议相同的规则被处理，并且将用于单信道总线耦合的冗余的基于安全的协议结合起来，以形成一个共同的基于安全的协议，其精确地表现为每个处理信道访问一个共同的缓冲寄存器，为每个寄存器位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于单信道总线耦合对安全性有严格要求的过程的方法，其中与对安全性有严格要求的过程相关的数据记录通过至少两个冗余处理信道（１，２）被处理，尤其是在特定协议的基础上，根据在各种情况下对于一个安全协议（１４，２４）相同的规则被处理，并且用 于单信道总线耦合的冗余安全协议（１４，２４）被结合到一起，以形成一个共同的安全协议，其精确地表现为每个处理信道（１，２）访问一个共同的缓冲寄存器（３０），对每个寄存器位置仅分配一次写权限，这样通过在各种情况下写入相应安全协议的不同组件，使所述共同的安全协议的各个组件结合到一起。

【技术特征摘要】
DE 2004-8-17 102004039932.81.用于单信道总线耦合对安全性有严格要求的过程的方法，其中与对安全性有严格要求的过程相关的数据记录通过至少两个冗余处理信道(1，2)被处理，尤其是在特定协议的基础上，根据在各种情况下对于一个安全协议(14，24)相同的规则被处理，并且用于单信道总线耦合的冗余安全协议(14，24)被结合到一起，以形成一个共同的安全协议，其精确地表现为每个处理信道(1，2)访问一个共同的缓冲寄存器(30)，对每个寄存器位置仅分配一次写权限，这样通过在各种情况下写入相应安全协议的不同组件，使所述共同的安全协议的各个组件结合到一起。2.如以上权利要求所述的方法，其中，另外地，在从缓冲寄存器(30)将共同的安全协议发送到总线(40)之前，缓冲寄存器(30)中每个寄存器位置的内容通过每个冗余处理信道(1，2)被读取，以对共同形成的安全协议进行检验。3.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，另外地，在写共同的安全协议之前，通过处理信道(1，2)检验冗余形成的安全协议(14，24)，以确保它们彼此相同。4.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，另外地，执行一个测试步骤，以检验明确关联的写权限。5.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，另外地，在所述测试步骤期间，通过每个处理信道(1，2)尝试将一个分别不同的、特定相关联的缺省值写入到缓冲寄存器(30)中的所有寄存器位置，然后通过每个处理信道(1，2)读取缓冲寄存器(30)中的所有寄存器位置，并检验寄存器位置的内容是否唯一地相互交织。6.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，另外地，所述测试步骤执行不止一次，和/或通过不同的处理信道(1，2)对寄存器位置进行交替的读和写操作。7.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，另外地，一个标准的RAM或标准...

【专利技术属性】
技术研发人员：海因茨卡斯坦兰德维尔，维克托尔奥斯特尔，雷纳艾施，
申请(专利权)人：菲尼克斯电气公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]