DE102012204906A1

DE102012204906A1 - Network with control unit and sensor / actuator with two redundant transmission links and application of the Parallel Redundancy Protocol (PRP)

Info

Publication number: DE102012204906A1
Application number: DE102012204906.1A
Authority: DE
Inventors: Markus Steinmetz; Robert Tordy; Weiwei Cheng; Leo Petrak
Original assignee: Hirschmann Automation and Control GmbH
Current assignee: Hirschmann Automation and Control GmbH
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2015-08-13

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung, aufweisend ein Steuergerät (1) mit zumindest einem an dem Steuergerät (1) angeschlossenen Sensor (2) oder Aktor, ausgebildet zur Übertragung von Daten zwischen dem Steuergerät (1) und dem Sensor (2) oder dem Aktor, wobei das Steuergerät (1) über zumindest zwei voneinander getrennte drahtlose Übertragungsstrecken (3, 4) mit dem Sensor (2) oder dem Aktor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Daten zwischen dem Steuergerät (1) und dem Sensor (2) oder dem Aktor (und/oder umgekehrt) unter Anwendung des Parallel Redundancy Protocol (PRP) erfolgt.Method for operating a device, comprising a control device (1) with at least one sensor (2) or actuator connected to the control device (1), designed for transmitting data between the control device (1) and the sensor (2) or the actuator, wherein the control device (1) via at least two separate wireless transmission links (3, 4) with the sensor (2) or the actuator is connected, characterized in that the transmission of data between the control unit (1) and the sensor (2) or the actuator (and / or vice versa) using the Parallel Redundancy Protocol (PRP).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, aufweisend ein Steuergerät mit zumindest einem an dem Steuergerät angeschlossenen Sensor oder zumindest einem Aktor, ausgebildet zur Übertragung von Daten zwischen dem Steuergerät und dem Sensor oder dem Aktor, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.The invention relates to a device, comprising a control device with at least one sensor connected to the control device or at least one actuator, designed for the transmission of data between the control device and the sensor or the actuator, according to the features of the preamble of claim 1.

Die klassische Anbindung von Sensoren/Aktoren an ein Steuergerät (Sicherheitssystem, DIN EN ISO 13849-1 ) ist kabelgebunden. Das bedeutet, dass aufgrund der räumlichen Trennung von Steuergerät und Sensor/Aktor eine Kabelverbindung zwischengeschaltet ist, mit der die Sensorsignale an das Steuergerät zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet werden oder von dem Steuergerät Steuersignale an den Aktor abgegeben werden, um bestimmte Funktionen zu steuern bzw. zu regeln. Ein Beispiel für ein solches System sind Arbeitsfahrzeuge wie Krane, bei denen das Steuergerät im Fahrerhaus oder im Schaltschrank angebracht ist, wohingegen Sensoren, die beispielsweise die Auslenkung (Winkelanstellung) eines Auslegers oder seine Länge erfassen, weit von dem Steuergerät entfernt sind. Da das Arbeiten eines solchen Kranes unter sicherheitskritischen Bedingungen erfolgt und gefährdende Situationen vermieden werden müssen, ist es unbedingt erforderlich, dass immer eine Verbindung zwischen Steuergerät und Sensor/Aktor zur Übertragung der Signale besteht, die zur Erzielung dieser Anforderungen kabelgebunden ist. Ein solches kabelgebundenes System funktioniert zwar an und für sich zuverlässig, hat jedoch den Nachteil, dass die Verkabelung aufwendig und kostenintensiv ist.The classic connection of sensors / actuators to a control unit (safety system, DIN EN ISO 13849-1 ) is wired. This means that due to the physical separation of control unit and sensor / actuator, a cable connection is interposed, with which the sensor signals are forwarded to the control unit for further processing or are issued by the control unit control signals to the actuator to control certain functions or regulate. An example of such a system are work vehicles such as cranes, in which the control unit is mounted in the cab or in the control cabinet, whereas sensors which detect, for example, the deflection of an arm or its length are far away from the control unit. Since the operation of such a crane is carried out under safety-critical conditions and hazardous situations must be avoided, it is imperative that there is always a connection between the control unit and sensor / actuator for transmitting the signals that are wired to achieve these requirements. Although such a wired system works in and of itself reliable, but has the disadvantage that the wiring is complex and expensive.

Anstelle eines kabelgebundenen Systems ist auch schon an ein kabelloses System gedacht worden, bei dem die Signale zwischen Steuergerät und Sensor/Aktor kabellos, z. B. über Funk, übertragen werden. Eine drahtlose Übertragung mittels Lichtsignalen scheidet in der Regel aus, da immer ein Sichtkontakt zwischen Steuergerät und Sensor/Aktor bestehen muss, der insbesondere bei Baufahrzeugen häufig nicht gegeben ist. Allerdings ist die Datenübertragung mittels Lichtsignalen, ggf. mit Nachführung, in diesem Fall nicht ausgeschlossen.Instead of a wired system has also been thought of a wireless system in which the signals between the controller and sensor / actuator wireless, z. B. via radio. A wireless transmission by means of light signals is usually eliminated, since there must always be a visual contact between the control unit and sensor / actuator, which is often not given, especially in construction vehicles. However, the data transmission by means of light signals, possibly with tracking, in this case is not excluded.

Die Datenübertragung mittels Funk erfordert zur Überwachung von sicherheitsrelevanten Funktionen allerdings eine weitergehende Absicherung der Übertragung der Signale (Kommunikation), da das Übertragungsmedium Luft wesentlich störanfälliger ist als ein klassisches Kabelmedium. Eine Fehlerwahrscheilichkeit bei kabelgebundener Übertragung liegt bei ca. 10^–11, bei Funk ca. bei 10^–4.However, the data transmission by radio requires the monitoring of security-related functions, however, a more extensive protection of the transmission of the signals (communication), since the transmission medium air is much more susceptible to interference than a classic cable medium. A Fehlervorahrscheilichkeit in wired transmission is about 10 ^-11 , with radio about 10 ^-4 .

Eine kabellose Kommunikationsverbindung zwischen Steuergerät und Sensor/Aktor ist gegenüber Umwelteinflüssen dahingehend anfällig, dass Störer im verwendeten Frequenzbereich nicht ausgeschaltet werden können. Z. B. strahlt eine Mikrowelle trotz Abschirmung im ISM-Frequenzband 2,4 GHz Störsignale ab mit einer Leckstrahlung von wenigen Milliwatt pro cm². Unvorhersehbare störende Einflüsse können z. B. durch elektrische Generatoren verursacht werden und dadurch ein Verbindungsabbruch bzw. zeitweiliger Ausfall der Kommunikationsverbindung von in der Nähe befindlichen Radiogeräten oder anderen Transceivern verursachen. Das Frequenzband bei der Datenübertragung zwischen Steuergerät und Sensor/Aktor wird daher teilweise bezüglich des Frequenzbereiches oder auch zeitlich geblockt. Durch das Verlegen des Standortes des sicherheitskritischen Systems (z. B. durch Verfahren des Kranes) wird der Empfangs- bzw. Sendebereich eines mit Funk kommunizierenden Gerätes verändert. Bei dynamischen Systemen, siehe einen Kran als Beispiel, verändern Sensoren, die an der Auslegerspitze angebracht sind, ihren Ort relativ zur Empfangsstation beim Teleskopieren des Auslegers und/oder absenken/anheben. Die imitierte Signalstärke verhält sich nicht diskret, sondern nimmt fließend zu oder ab, resultiert jedoch zum Einen vom Standort und zum Anderen entsprechend der verwendeten Antennenform, z. B. einer Richtantenne. Die Stärke der Funkwellen nimmt proportional zum Quadrat der Entfernung ab. Der Standort und seine Umgebungsbedingungen (generell starke Veränderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit bezüglich des Mediums (Wasser, Luft, Staub), auch wie z. B. verschmutzte Luft oder hohe Luftfeuchtigkeit) haben zudem ebenfalls Einfluss auf die Datenübertragung. Ist die Störquelle nur temporär wirksam, so kann bei einer einzigen Übertragungsstrecke zwischen dem Steuergerät und dem Sensor/Aktor durch eine erneute Übertragung (zeitlich versetzt) die Kommunikationsverbindung wieder aufgebaut werden. Der zeitgleiche Zugriff auf das geteilte Medium verhindert den Empfang von ungestörten und folglich eindeutigen Datenübertragungssignalen. Die Möglichkeit einer zeitlichen Verschiebung eines Datenpaketes (zeitlicher Versatz der Übertragung) wird zwar schon in einer Vielzahl von Kommunikations- bzw. Routing-Protokollen angewandt, jedoch nicht in Kombination mit einer „örtlichen Umgehung”. Wurde der Empfang einer dedizierten Nachricht nicht quittiert, so wird diese erneut übertragen. Dieses wird nach dem Ablauf eines definierten oder zufälligen Timers durchgeführt, d. h. es erfolgt eine Wiederholung der Übertragung des schon gesendeten Datenpaketes. Ist eine örtliche oder technologische Umgehung der Störquelle nicht möglich, so bleibt der zeitliche Versatz, um ein Datenpaket auszuliefern. Eine örtliche Umgehung der Störquelle kann durch Routing-Mechanismen gewährleistet werden, z. B. kann von einem Transceiver-Modul mit geeigneter Software ein Mesh-Network aufgebaut werden, das alternative Kommunikations-Routing-Wege ermöglicht.A wireless communication link between the control unit and the sensor / actuator is prone to environmental influences in that interferers in the frequency range used can not be switched off. For example, despite being shielded in the ISM frequency band 2.4 GHz, a microwave emits interference signals with a leakage radiation of a few milliwatts per cm ² . Unpredictable disturbing influences can z. B. caused by electrical generators and thereby cause a connection break or temporary failure of the communication link from nearby radios or other transceivers. The frequency band in the data transmission between the control unit and sensor / actuator is therefore partially blocked with respect to the frequency range or even in time. By moving the location of the safety-critical system (eg by moving the crane), the reception or transmission range of a device communicating with the radio is changed. In dynamic systems, see a crane as an example, sensors mounted on the jib tip change their location relative to the receiving station when telescoping the boom and / or lowering / lifting. The mimicked signal strength does not behave discretely, but increases or decreases fluently, but results firstly from the location and secondly according to the antenna shape used, eg. B. a directional antenna. The strength of the radio waves decreases in proportion to the square of the distance. The location and its environmental conditions (generally strong changes in the propagation velocity with respect to the medium (water, air, dust), as well as, for example, polluted air or high humidity) also have an influence on the data transmission. If the source of interference is only temporarily effective, the communication connection can be rebuilt in the case of a single transmission link between the control unit and the sensor / actuator by a renewed transmission (offset in time). Simultaneous access to the shared medium prevents the reception of undisturbed and thus unambiguous data transmission signals. Although the possibility of a time shift of a data packet (time offset of the transmission) is already used in a variety of communication or routing protocols, but not in combination with a "local bypass". If the receipt of a dedicated message has not been acknowledged, it will be retransmitted. This is done after the expiry of a defined or random timer, ie there is a repetition of the transmission of the already sent data packet. If a local or technological circumvention of the source of interference is not possible, the time delay remains to deliver a data packet. A local bypass of the source of interference can be ensured by routing mechanisms, eg. For example, a mesh network can be set up by a transceiver module with appropriate software that allows for alternative communication routing paths.

Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen sind allerdings äußerst aufwendig und gerade wegen des zeitlichen Versatzes kommt es zu einer verzögerten Übertragung von Signalen zwischen Steuergerät und Sensor/Aktor (oder umgekehrt), wobei dieser zeitliche Versatz zu verzögerten Aktionen bzw. Reaktionen führt, die bei sicherheitskritischen Systemen zu lange dauern und nicht nur unerwünscht sind, sondern unbedingt vermieden werden müssen. Gegebenenfalls muss der „Sichere Zustand” (engl. Fail Safe) [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Fail-Safe ] hergestellt werden. Der „Sichere Zustand” beschreibt eine Konfiguration, von der aus das System wieder in Betrieb gehen kann und der keinerlei Gefahrensituationen in sich birgt. Das Herstellen des „Sicheren Zustands” unterbricht den Arbeitsablauf. Die Unterbrechung des Arbeitsablaufes gilt es zu minimieren. However, the measures described above are extremely complicated and it is precisely because of the time lag that there is a delayed transmission of signals between the control unit and sensor / actuator (or vice versa), this temporal offset leads to delayed actions or reactions that in safety-critical systems take a long time and are not only undesirable, but must be avoided at all costs. If necessary, the "Fail Safe" [Source: http://de.wikipedia.org/wiki/Fail-Safe ] getting produced. The "safe state" describes a configuration from which the system can go back into operation and does not present any dangerous situations. The establishment of the "safe state" interrupts the workflow. The interruption of the workflow should be minimized.

Aus der DE 10 2009 053 868 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der eine Datenübertragung zwischen einem Steuergerät und einem daran angeschlossenen Sensor/Aktor mit einer möglichst hohen Wahrscheinlichkeit der Auslieferung von Datenpaketen über die Übertragungsstrecke realisiert ist, um den Betrieb eines sicherheitsrelevanten Systems zu verlängern, wobei zu verlängern in dem Sinne zu verstehen ist, dass keine Gefahren reduzierenden Maßnahmen aufgrund von fehlenden Statusinformationen durchgeführt werden müssen. Damit ist zwar schon eine sicherheitsrelevante Vorrichtung realisiert, bei der Störungen in der Datenübertragung, die zu Sicherheitsproblemen führen können, immer noch nicht ausgeschlossen sind bzw. ein hinnehmbares Maß immer noch überschreiten können.From the DE 10 2009 053 868 a device is known, with which a data transmission between a control device and a sensor / actuator connected thereto with the highest possible probability of delivery of data packets over the transmission path is realized to extend the operation of a safety-related system, to extend in the sense to Understand is that no risk-reducing measures due to missing status information must be performed. This is indeed already a security-relevant device realized in the disturbances in the data transmission, which can lead to security problems are still not excluded or can still exceed an acceptable level.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, dass die Datenübertragung derart verbessert werden soll, dass sicherheitskritische Situationen, aufgrund von unterbrochenden oder gestörten Kommunikationskanälen, bei einem Gesamtsystem wirksam vermieden werden.The invention is therefore based on the object that the data transmission should be improved so that safety-critical situations due to interrupting or disturbed communication channels are effectively avoided in an overall system.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Steuergerät über zumindest zwei, vorzugsweise genau zwei voneinander getrennte drahtlose Übertragungsstrecken mit dem zumindest einen Sensor und/oder dem zumindest einen Aktor verbunden ist, wobei die Übertragung von Daten zwischen dem Steuergerät und dem Sensor/Aktor (und/oder umgekehrt) unter Anwendung des Parallel Redundancy Protocol (PRP) über die beiden Übertragungsstrecken erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass für den Fall, dass eine drahtlose Übertragungsstrecke zwischen Steuergerät und Sensor/Aktor gestört sein sollte, die zweite drahtlose Übertragungsstrecke für den Datenaustausch zur Verfügung steht, wobei die Übertragung über diese störungsfreie Übertragungsstrecke mit einem anderen Übertragungsparameter erfolgt als über die gestörte Übertragungsstrecke. Das bedeutet, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit bei einer gestörten Übertragungsstrecke eine weitere Übertragungsstrecke zur Verfügung steht, die für die Datenübertragung genutzt werden kann. Da dies im Regelfall zeitgleich erfolgt, ist die bei sicherheitskritischen Systemen erforderliche kurze Datenübertragungszeit sowie die entsprechende Aktions- bzw. Reaktionszeit gewährleistet, so dass sicherheitskritische Situationen vermieden werden. Das heisst, dadurch wird der „Sichere Zustand”, wie oben definiert, vermieden, so dass der „Sichere Zustand” nicht aufgrund von unterbrochenem Kommunikationskanal eingenommen werden muss.According to the invention, the control unit is connected to the at least one sensor and / or the at least one actuator via at least two, preferably exactly two, separate wireless transmission links, the transmission of data between the control device and the sensor / actuator (and / or conversely) using the Parallel Redundancy Protocol (PRP) over the two transmission links. This has the advantage that in the event that a wireless transmission link between the controller and sensor / actuator should be disturbed, the second wireless link is available for data exchange, the transmission over this interference-free link with a different transmission parameters than over disturbed transmission path. This means that in the case of a faulty transmission link, there is a high probability that another transmission link will be available that can be used for data transmission. Since this usually takes place at the same time, the short data transmission time required for safety-critical systems and the corresponding action or reaction time are guaranteed, so that safety-critical situations are avoided. This means that the "safe state", as defined above, is avoided, so that the "safe state" does not have to be assumed due to an interrupted communication channel.

Als unterschiedliche Übertragungsparameter (auch unterschiedliche Übertragungstechniken fallen darunter) kommen bei drahtlosen Funk-Übertragungsstrecken z. B. unterschiedliche Funkfrequenzen in Betracht, wobei allerdings auch bei Verwendung einer einzigen Funkfrequenz für die Übertragung über beide Übertragungsstrecken unterschiedliche Modulationsschemata bzw. unterschiedliche Kommunikationsprotokolle als Übertragungsparameter in Betracht kommen. Diese Aufzählung ist nur beispielhaft und nicht abschließend, so dass auch alle anderen Übertragungsparameter bei der Daten- bzw. Signalübertragung über Funk zwischen dem Steuergerät und dem Sensor/Aktor in Betracht kommen können.As different transmission parameters (also different transmission techniques fall under it) come in wireless radio transmission links z. B. different radio frequencies into consideration, however, even if using a single radio frequency for the transmission over both transmission links different modulation schemes or different communication protocols come as transmission parameters into consideration. This list is only an example and not exhaustive, so that all other transmission parameters in the data or signal transmission via radio between the controller and the sensor / actuator can be considered.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, wobei deren Merkmale im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung anhand der einzigen Figur näher erläutert werden.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims, the features of which will be explained in more detail in connection with the following description with reference to the single FIGURE.

Die einzige Figur zeigt, soweit im Einzelnen dargestellt, in Form eines Gesamtsystems eine vorzugsweise modular aufgebaute (das heisst aus einzelnen Modulen bestehende) Vorrichtung zum Steuern bzw. Regeln von sicherheitsrelevanten Systemen. Bei einem solchen System handelt es sich beispielsweise um einen Kran (allgemein um ein Arbeitsfahrzeug oder eine Arbeitsanlage), bei dem die Vorrichtung ein Steuergerät 1 aufweist, wobei zumindest ein Parameter des Gesamtsystems von einem Sensor 2 erfasst wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel steht der Sensor 2 stellvertretend für nur einen oder mehrere Sensoren und ggf. auch einen oder mehrere Aktoren, mit denen Parameter des Gesamtsystems erfasst und Funktionen gesteuert werden. Aktoren sind beispielsweise Stellmotoren, Hydraulikzylinder oder dergleichen.The single FIGURE shows, as far as shown in detail, in the form of an overall system a preferably modular constructed (that is, consisting of individual modules) device for controlling or regulating security-relevant systems. Such a system is, for example, a crane (generally a work vehicle or a work station) in which the device is a control device 1 having at least one parameter of the overall system of a sensor 2 is detected. In this embodiment, the sensor is 2 Representing only one or more sensors and possibly also one or more actuators with which parameters of the overall system are detected and functions are controlled. Actuators are, for example servomotors, hydraulic cylinders or the like.

Erfindungsgemäß ist das Steuergerät 1 mit dem Sensor 2 bei diesem Ausführungsbeispiel über genau zwei voneinander getrennte drahtlose Übertragungsstrecken 3, 4 verbunden. Das Steuergerät 1 übernimmt die Verarbeitung der Signale, die von dem Sensor 2 abgegeben worden sind, so z. B. ihre Auswertung für Steuerungen und Regelungen oder bildliche oder akustische Darstellungen.According to the invention, the control unit 1 with the sensor 2 in this embodiment, over exactly two separate wireless transmission links 3 . 4 connected. The control unit 1 handles the processing of the signals coming from the sensor 2 have been delivered, such. B. their evaluation for controls and regulations or visual or acoustic representations.

Zur Abwicklung der Datenübertragung über die beiden Übertragungsstrecken 3, 4 ist das Steuergerät 1 mit einer Verbindungseinheit 5 über störungssichere drahtgebundene Verbindungen 6, 7 verbunden, wobei die Verbindungseinheit 5 die Datenübertragung über die Übertragungsstrecken 3, 4 regelt.For processing the data transmission over the two transmission links 3 . 4 is the control unit 1 with a connection unit 5 via fail-safe wired connections 6 . 7 connected, wherein the connection unit 5 the data transmission over the transmission links 3 . 4 regulates.

Die Verbindungseinheit 5 steuert in der jeweiligen Übertragungsstrecke 3, 4 eine Übertragungseinheit 31, 41, die ihrerseits eine Steuereinheit 32, 42, einen daran angeschlossenen Transceiver 33, 43 sowie daran angeschlossenen Antennen 34, 44 aufweisen. Die Antennen 34, 44 sind, wenn nur Signale eines Sensors 2 an das Steuergerät 1 übertragen werden sollen, als Empfangsantennen ausgebildet. Sollen jedoch von den Antennen 34, 44 auch Signale in Richtung eines Aktors abgestrahlt werden (Steuersignale), sind diese Antennen als Sendeantennen ausgebildet. Alternativ dazu können sie auch in Kombination als Sende-/Empfangsantennen ausgebildet sein und senden und empfangen.The connection unit 5 controls in the respective transmission path 3 . 4 a transmission unit 31 . 41 , which in turn is a control unit 32 . 42 , a connected transceiver 33 . 43 as well as connected antennas 34 . 44 exhibit. The antennas 34 . 44 are when only signals from a sensor 2 to the control unit 1 to be transmitted, designed as receiving antennas. But should from the antennas 34 . 44 Even if signals are emitted in the direction of an actuator (control signals), these antennas are designed as transmitting antennas. Alternatively, they may be formed in combination as transmit / receive antennas and transmit and receive.

Bis zu den Antennen 34, 44 sind die Übertragungsstrecken von dem Steuergerät 1 bis zu den Antennen 34, 44 drahtgebunden und damit störeinstrahlungssicher. Die von den Antennen 34, 44 abgestrahlten oder empfangenen Signale werden über Funkstrecken 35, 45 zu nachgeschalteten Einheiten übertragen, die analog zu den Übertragungseinheiten 31, 41 aufgebaut sind. So umfassen diese nachgeschalteten Einheiten ebenfalls Antennen 36, 46, die verbunden sind mit einem Transceiver 37, 47 und einer nachgeschalteten Steuereinheit 38, 48, wobei der Sensor 2 über eine drahtgebundene Verbindung 39, 49 mit den Steuereinheiten 38, 48 verbunden ist. Das bedeutet, dass auch derjenige Teil der Signalübertragung von den Antennen 36, 46 bis zu dem Sensor 2 (und/oder dem Aktor) störstrahlungssicher ausgebildet ist.Up to the antennas 34 . 44 are the transmission links from the controller 1 to the antennas 34 . 44 Wired and thus interference-proof. The from the antennas 34 . 44 radiated or received signals are transmitted over radio links 35 . 45 transferred to downstream units, which are analogous to the transmission units 31 . 41 are constructed. So these downstream units also include antennas 36 . 46 that are connected to a transceiver 37 . 47 and a downstream control unit 38 . 48 , where the sensor 2 via a wired connection 39 . 49 with the control units 38 . 48 connected is. This means that also that part of the signal transmission from the antennas 36 . 46 to the sensor 2 (and / or the actuator) immunity to radiation is formed.

Die Elemente zur Datenübertragung und Datenverarbeitung von dem Steuergerät bis hin zu den Antennen 34, 44 (oder zurück) sind alle in einem einzigen Gerät untergebracht oder modulartig aufgebaut, wie dies beispielsweise in der Figur dargestellt ist. Der modulartige Aufbau hat den Vorteil, dass ein Baukastensystem zur Verfügung steht, wobei die einzelnen Module (Steuergerät 1, Verbindungseinheit 5 und Übertragungseinheiten 31, 41) nach Anforderungen des Anwenders des sicherheitsrelevanten Systems zusammengestellt und über die Verbindungen 51, 52, 6, 7 elektrisch miteinander verbunden werden können. Gleiches gilt auch für die Elemente im Bereich des Sensors 2, wobei die dortigen Übertragungseinheiten ebenfalls Bestandteil eines Gesamtsensors (bzw. GesamtAktors) sein können oder es sich um einzelne Module handelt, die mit dem jeweiligen Sensor, der dem Einsatzzweck angepasst werden kann (genauso wie der Aktor) zusammengestellt werden können.The elements for data transmission and data processing from the control unit to the antennas 34 . 44 (or back) are all housed in a single device or modular, as shown for example in the figure. The modular design has the advantage that a modular system is available, with the individual modules (control unit 1 , Connection unit 5 and transmission units 31 . 41 ) according to the requirements of the user of the safety-relevant system and the connections 51 . 52 . 6 . 7 can be electrically connected to each other. The same applies to the elements in the area of the sensor 2 , where the local transmission units can also be part of a total sensor (or GesamtAktors) or it is a question of individual modules that can be put together with the respective sensor that can be adapted to the purpose (as well as the actuator).

Die Verbindungseinheit 5 übernimmt die Koordinierung der Datenübertragung (Sensorsignale bzw. Steuersignale für den Aktor) und gibt seine Koordinierungssignale über die drahtgebundenen Verbindungen 51, 52 an die jeweilige Übertragungseinheit 31, 41 ab. In den Übertragungseinheiten 31, 41 findet die Konfiguration (eigentliche Entscheidung) statt, mit welchen Übertragungsparametern die gewünschten Signale über die Funkstrecken 35, 45 übertragen werden, wozu die Steuereinheiten 32, 42 vorhanden und ausgebildet sind. Die Transceiver 33, 43 haben die Aufgabe, die zu übermittelnden Daten hochfrequenzmäßig aufzubereiten und über die Antennen 34, 44 abzustrahlen. Die Transceiver 33, 43 sind bei diesem Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass sie über die Antennen 33, 43 sowohl Signale abstrahlen können (Steuersignale für den Aktor) als auch empfangen können (Sensorsignale des Sensors). Ist nur zumindest ein Sensor Bestandteil des Gesamtsystems, so reicht es aus, dass in der Übertragungseinheit auf Sensorseite Transmitter 37, 47 und Sendeantennen 36, 46 vorhanden sind, wobei die Antennen 34, 44 als Empfangsantennen und 33, 43 als Receiver ausgebildet sind. Umgekehrt sind 33, 43 als Transmitter und die Antennen 34, 44 als Sendeantennen ausgebildet, genauso wie die Antennen 36, 46 Empfangsantennen und 37, 47 Receiver sind, wenn das Gesamtsystem nur zumindest einen Aktor aufweist.The connection unit 5 takes over the coordination of the data transmission (sensor signals or control signals for the actuator) and gives its coordination signals via the wired connections 51 . 52 to the respective transmission unit 31 . 41 from. In the transmission units 31 . 41 takes place the configuration (actual decision) with which transmission parameters the desired signals over the radio links 35 . 45 which are the control units 32 . 42 exist and are formed. The transceivers 33 . 43 have the task to reprocess the data to be transmitted in terms of frequency and via the antennas 34 . 44 radiate. The transceivers 33 . 43 are formed in this embodiment, that they via the antennas 33 . 43 Both can radiate signals (control signals for the actuator) and can receive (sensor signals from the sensor). If only at least one sensor is part of the overall system, then it is sufficient that in the transmission unit on the sensor side transmitter 37 . 47 and transmitting antennas 36 . 46 are present, the antennas 34 . 44 as receiving antennas and 33 . 43 are designed as receivers. Conversely are 33 . 43 as a transmitter and the antennas 34 . 44 as transmit antennas, as well as the antennas 36 . 46 Receiving antennas and 37 . 47 Receivers are when the overall system has only at least one actuator.

Die Verbindungen 6, 7 sowie 51, 52 und 39, 49 sind in vorteilhafter Weise drahtgebunden, so dass die an den genannten Verbindungen angeschlossenen Elemente über Kabel und zugehörige Steckverbinder zwecks Datenübertragung miteinander elektrisch verbunden werden. Je nach räumlicher Nähe ist es auch denkbar, dass diese genannten Verbindungen oder ein Teil der genannten Verbindungen nur als Steckverbindung (Stecker und Buchse) ausgebildet sind, was es ermöglicht, die beteiligten Elemente direkt zusammenzustecken, um eine Art Baukastensystem zu realisieren.The connections 6 . 7 such as 51 . 52 and 39 . 49 are wired in an advantageous manner, so that the elements connected to said connections via cables and associated connectors for the purpose of data transmission are electrically connected to each other. Depending on the spatial proximity, it is also conceivable that these mentioned connections or a part of said connections are formed only as a plug connection (plug and socket), which makes it possible to directly assemble the elements involved in order to realize a kind of modular system.

Der Sensor 2 ist mit einer Verbindungseinheit 8 über eine drahtgebundene Verbindung 9 verbunden, wobei die Verbindungseinheit 8 den Datenfluss über die beiden Übertragungsstrecken 3, 4 koordniert. Das bedeutet, dass die Verbindungseinheit 8 nicht nur eine rein elektrische Verbindungsfunktion hat, sondern den gesamten Datenfluss der von dem Sensor 2 aufgenommenen Daten über die Übertragungsstrecken 3, 4 hin zu der Verbindungseinheit 5 und dem Steuergerät 1 koordniert, wobei das Steuergerät 1 die empfangenen Daten auswerten und zur weiteren Verarbeitung bereitstellen kann. In vorteilhafter Weise sind die beiden Verbindungseinheiten 5 und 8 hinsichtlich ihrer Funktionsweise, gegebenenfalls auch hinsichtlich ihres Aufbaus, identisch. Ergänzend oder alternativ kann an der Verbindungseinheit 8 auch mehr als ein Sensor 2 und/oder ein Aktor oder mehrere Aktoren angeschlossen sein.The sensor 2 is with a connection unit 8th via a wired connection 9 connected, wherein the connection unit 8th the data flow over the two transmission links 3 . 4 koordniert. That means the connection unit 8th not only has a purely electrical connection function, but the entire data flow of the sensor 2 recorded data over the transmission links 3 . 4 towards the connection unit 5 and the controller 1 Coordinates, the control unit 1 evaluate the received data and for can provide further processing. Advantageously, the two connection units 5 and 8th in terms of their operation, and possibly also in terms of their structure, identical. Additionally or alternatively, at the connection unit 8th also more than one sensor 2 and / or one or more actuators.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Steuergerätcontrol unit
22: Sensorsensor
33: Übertragungsstrecketransmission path
3131: Übertragungseinheittransmission unit
3232: Steuereinheitcontrol unit
3333: Transceivertransceiver
3434: Antenneantenna
3535: Funkstreckeradio link
3636: Antenneantenna
3737: Transceivertransceiver
3838: Steuereinheitcontrol unit
3939: drahtgebundene Verbindungwired connection
44: Übertragungsstrecketransmission path
4141: Übertragungseinheittransmission unit
4242: Steuereinheitcontrol unit
4343: Transceivertransceiver
4444: Antenneantenna
4545: Funkstreckeradio link
4646: Antenneantenna
4747: Transceivertransceiver
4848: Steuereinheitcontrol unit
4949: drahtgebundene Verbindungwired connection
55: Verbindungseinheitconnecting unit
5151: drahtgebundene Verbindungwired connection
5252: drahtgebundene Verbindungwired connection
66: drahtgebundene Verbindungwired connection
77: drahtgebundene Verbindungwired connection
88th: Verbindungseinheitconnecting unit
99: drahtgebundene Verbindungwired connection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009053868 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN EN ISO 13849-1 [0002]
http://en.wikipedia.org/wiki/Fail-Safe [0006]

Claims

Method for operating a device, comprising a control device ( 1 ) with at least one on the control unit ( 1 ) connected sensor ( 2 ) or actuator, designed to transfer data between the controller ( 1 ) and the sensor ( 2 ) or the actuator, wherein the control unit ( 1 ) via at least two separate wireless transmission links ( 3 . 4 ) with the sensor ( 2 ) or the actuator, characterized in that the transmission of the data between the controller ( 1 ) and the sensor ( 2 ) or the actuator (and / or vice versa) using the Parallel Redundancy Protocol (PRP).

Method for operating a device according to claim 1, characterized in that the transmission of data between the control device ( 1 ) and the sensor ( 2 ) or the actuator over the two transmission links ( 3 . 4 ) takes place with different transmission parameters.

Method for operating a device according to claim 1 or 2, characterized in that the control device ( 1 ) a connection unit ( 5 ) or via a wired connection ( 6 . 7 ) at a connection unit ( 5 ), the connection unit ( 5 ) the transmission of data using the Parallel Redundancy Protocol (PRP) between the control unit ( 1 ) and the sensor ( 2 ) or the actuator (or vice versa) over the two transmission links ( 3 . 4 ) coordinates.

Method for operating a device according to claim 3, characterized in that the connection unit ( 5 ) via a wired connection ( 51 . 52 ) with a transmission unit ( 31 . 41 ), the transmission unit ( 31 . 41 ) the transfer of data between the control unit ( 1 ) and the sensor ( 2 ) or the actuator via the respective two transmission links ( 3 . 4 ) coordinates.

Method for operating a device according to claim 4, characterized in that the sensor ( 2 ) or the actuator is also associated with a transmission unit, wherein the data transmission via the respective transmission unit and via a wired connection ( 39 . 49 ) with the sensor ( 2 ) or the actuator.

Method for operating a device according to claim 5, characterized in that the sensor ( 2 ) or the actuator also a connection unit ( 8th ), the connection unit ( 8th ) with the respective transmission unit ( 36 . 37 . 39 such as 46 . 47 . 48 ), the transmission unit ( 8th ) for coordinating the transmission of data using the Parallel Redundancy Protocol (PRP) between the sensor ( 2 ) or the actuator and the control unit ( 1 ) (or vice versa) over the respective two transmission links ( 3 . 4 ) is trained.