用于控制远程机器的安全功能的自动化控制系统的制作方法

本发明涉及自动化控制系统的领域。

技术背景

自动化控制系统被广泛部署以用于控制制造业中的机器。在该上下文中，对远程机器的安全功能(诸如紧急停止)的可靠控制是特别感兴趣的。因此，控制系统通常被设计为多信道控制系统，其具有例如用于传达安全相关控制信号的两个信道。

为了向机器传送控制信号，需要电信基础设施。传统上，为了远程控制机器，可以使用profibus技术和profinet协议。

控制信号的传输通常使用有线网络来执行。然而，有线网络不灵活且昂贵，尤其是在多信道控制系统中。可以使用无线lan(wlan)通信来减少与有线网络相关联的基础设施成本。然而，wlan通信系统被设计成用于通常为30m的短射程。此外，在困难的信道状况中，尤其是在wlan通信基础设施上进行通信的网络实体的数目增加或其他无线电技术通过使用与wlan相同的频率资源而引起干扰的情况下可能会降低wlan通信系统的可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供具有改进的电信基础设施的自动化控制系统。

上述和其他目的是通过独立权利要求的主题内容来实现的。进一步的实现形式从从属权利要求、说明书和附图中是明显的。

本公开基于以下发现：在部署通常用于例如智能电话的移动通信的移动通信结构以用于无线地控制机器或机器的致动器的情况下可以解决以上目的。

根据第一方面，本公开涉及一种用于无线地控制远程机器的安全功能的自动化控制系统，该自动化控制系统包括：基站，该基站被配置成使用第一安全信道的第一发射信号来传送用于控制安全功能的控制信号，以及使用第二安全信道的第二发射信号来传送该控制信号，该基站被配置成根据移动通信技术来传送第一发射信号和第二发射信号；以及被布置成与该基站间隔开的控制接收机，该控制接收机包括：通信接口，该通信接口被配置成接收第一发射信号和第二发射信号；处理器，该处理器被配置成从第一接收到的发射信号中提取该控制信号的第一收到版本，从第二接收到的发射信号中提取该控制信号的第二收到版本；以及电接口，该电接口可与该机器的接口连接以用于在该控制信号的第一收到版本和该控制信号的第二收到版本的基础上控制该机器的安全功能。

使用移动通信技术而不是wlan实现了根据移动通信标准经由两个或更多个信道来传送控制信号。显然，与使用例如wlan传输相比，可能会增加基础设施成本。然而，移动通信技术支持建立两个或更多个安全信道来以增加的可靠性传送控制信号。

基站可具有用于支持移动通信的基站特征，并且可以是微蜂窝小区基站。由基站覆盖的蜂窝小区对应于具有应当被控制的机器的区域的大小。

为了专门朝向相应机器传送控制信号，控制接收机可与要被控制的机器唯一地关联或共处一地。然而，相同的控制接收机可与若干机器相关联。

控制接收机在通信网络中充当例如具有其自己的订户身份的订户。因此，基站可以专门对每个控制接收机以及因此对每个机器进行寻址。

控制接收机可使用电接口(例如夹紧连接器)与机器电连接或使用电接口与机器电连接。因此，可以使用例如用于有线连接的基础设施来向机器提供控制信号。

在一示例中，控制信号的相应收到版本对应于该控制信号的传送版本。然而，尤其是在有噪声的信道状况下，控制信号的收到版本可能受到传输错误的影响，该传输错误可以通过例如相互比较控制信号的收到版本来检测。

在一实施例中，远程接收机可被布置或直接实现在机器中。

因此，根据一实施例，自动化控制系统包括机器和在该机器中实现的远程接收机。

基站可使用广播或波束成形来与远程控制器进行通信。

在一实施例中，基站被配置成生成用于控制安全功能的控制信号。一般而言，基站可被配置成控制机器的功能或多个机器的功能。换言之，基站可实现自动化控制器。

然而，自动化控制器可以是单独的实体，并且可向基站提供控制信号以用于使用有线或无线通信信道来进行传输。

自动化控制器可形成另一订户，该另一订户经由提供对远程控制器的接入的基站来与相应的远程控制器进行通信。

根据一示例，基站被配置成传送占用被许可用于移动通信的任何频带、尤其是从1.8ghz延伸至6ghz和/或24.25ghz至29.5ghz和/或31.8至33.4ghz和/或37ghz至40ghz的频带的第一发射信号和第二发射信号。这增加了控制信号的传输的可靠性，因为与无执照频带相比，有执照频带对于更少的经授权实体而言是可接入的。

根据一示例，基站可附加地使用有执照频带来传送实时控制信号。可以使用移动通信技术在无执照频带中传送其他信号，这些其他信号是非实时信号，即非时间敏感性信号(诸如维护信号)。

根据一示例，基站被配置成根据以下通信技术之一来传送第一发射信号和第二发射信号：gsm、lte、lte-a、umts、hspa、3gpp、尤其是3gppnr、新无线电、5g或ieee无线电系统(诸如无线lan)、wigig或这些技术的任何演进和后继者。

根据一示例，基站被配置成将控制信号与第一正交扩展码相组合以获得第一发射信号，并且将控制信号与第二正交扩展码相组合以获得第二发射信号。

由此，第一发射信号和第二发射信号至少部分地相对于彼此正交，其各自形成正交信道以供传输。由此，能实现码分集。

根据一示例，控制接收机的处理器被配置成将接收信号与第一正交扩展码的码版本相组合以获得第一接收到的发射信号，并且将接收信号与第二正交扩展码的码版本相组合以获得第二接收到的发射信号。

相应码版本可以是相应码的共轭转置版本，以使得可以执行正交滤波。

根据一示例，基站被配置成使用在空间上指向控制接收机的第一传输波束来传送第一发射信号，并且使用在空间上指向控制接收机的第二传输波束来传送第二发射信号。

根据一示例，基站包括具有天线振子、尤其是相控天线振子的阵列的波束成形天线，其中基站被配置成使用第一波束成形信号来驱动天线振子阵列以生成第一传输波束，并且使用第二波束成形信号来驱动天线振子阵列以生成第二传输波束，第一波束成形信号和第二波束成形信号彼此不同、尤其是在相位或/和频率方面彼此不同。

波束成形信号可与某个相位相关联，以用于生成空间上定向的传输波束。

由此，可以使用空间分集或正交编码来建立形成例如安全信道的多个信道。波束可固定地指向相应的控制接收机，并且码可被固定地指派给控制接收机。

根据一示例，基站被配置成驱动天线振子阵列的不同子阵列以生成第一传输波束和第二传输波束。

可以使用不同的相位来驱动这些子阵列，以便生成不同的波束。

根据一示例，基站被配置成根据mimo通信技术、使用波束成形码本来生成相应的传输波束。

码本可例如指示驱动相应的天线振子或若干天线振子以生成空间上定向的波束的信号的振幅和/或相位。例如，码本可具有定义复信号的振幅和相位的条目1+j1。

根据一示例，控制接收机的通信接口包括接收天线，该接收天线包括用于接收第一传输波束和第二传输波束的天线振子阵列。由此，可支持使用波束成形的通信。

根据一示例，自动化控制系统被进一步适配成用于控制布置成与远程机器间隔开的另一远程机器的安全功能，该自动化控制系统进一步包括与该另一远程机器相关联的另一远程控制接收机，其中基站被配置成使用第一安全信道的第三发射信号来传送用于控制另一机器的安全功能的另一控制信号以及使用第二安全信道的第四发射信号来传送该另一控制信号，基站被配置成使用在空间上指向该另一控制接收机的第三传输波束来传送第三发射信号以及使用在空间上指向该另一控制接收机的第四传输波束来传送第四发射信号。

由此，基站可与多个控制接收机通信以控制多个机器。控制接收机可具有对应的特征，以使得关于远程控制接收机的描述相应地适用于所有远程控制接收机。

根据一示例，该另一控制接收机包括：通信接口，该通信接口被配置成接收第三发射信号和第四发射信号；处理器，该处理器被配置成从第三接收到的发射信号中提取该另一控制信号的第一收到版本，从第四接收到的发射信号中提取该另一控制信号的第二收到版本；以及电接口，该电接口可与该另一机器的接口连接以用于在该控制信号的第一收到版本和该控制信号的第二收到版本的基础上控制该另一机器的安全功能。

根据一示例，相应的处理器被配置成将相应的控制信号的第一收到版本与相应的控制信号的第二收到版本进行比较以用于检测传输错误。

由此，可以检测到负面地影响控制信道的传输错误，这提高了系统的可靠性。

根据一示例，相应的控制接收机的电接口被适配成用于与相应的远程机器的电接口进行有线连接，或者其中相应的机器接口是夹紧接口。

根据一示例，相应的控制接收机的电接口包括被适配成用于输出相应控制信号的第一收到版本的第一夹具以及用于输出相应控制信号的第二收到版本的第二夹具。由此，两个信道可被分开地提供给机器。

根据一示例，相应的控制接收机包括sim(订户身份模块)或esim(嵌入式sim)、尤其是euicc(嵌入式通用集成电路卡)、以及订户身份(诸如imsi(国际移动订户身份)或eid(电子身份)或iccid(集成电路卡标识符))。

基站将相应的控制接收机作为订户来处置，以使得对于与相应的远程控制器的通信，可以使用移动通信协议。

根据第二方面，本公开涉及一种自动化控制系统中的用于控制远程机器的安全功能的控制接收机，该自动化控制系统包括基站，该基站被配置成使用第一安全信道的第一发射信号以及使用第二安全信道的第二发射信号来传送用于控制安全功能的控制信号，该基站被配置成根据移动通信技术来传送第一发射信号和第二发射信号，其中该控制接收机包括：通信接口，该通信接口被配置成接收第一发射信号和第二发射信号；处理器，该处理器被配置成从第一接收到的发射信号中提取该控制信号的第一收到版本，从第二接收到的发射信号中提取该控制信号的第二收到版本；以及电接口，该电接口可与该机器的电接口连接以用于在该控制信号的第一收到版本和该控制信号的第二收到版本的基础上控制该机器的安全功能；其中该控制接收机被布置成与该基站间隔开。

根据各示例，第二方面的控制接收机具有如关于第一方面及其示例所描述的控制接收机的特征。

根据第三方面，本公开涉及一种具有可由控制信号控制的安全功能的机器，该控制信号可由基站使用第一安全信道的第一发射信号以及使用第二安全信道的第二发射信号来传送以用于控制安全功能，该基站被配置成根据移动通信技术来传送第一发射信号和第二发射信号，其中该机器包括：第二方面的控制接收机，其中该电接口被配置成输出该控制信号的第一收到版本和该控制信号的第二收到版本；以及电接口，该电接口可电连接至该控制接收机的电接口以用于接收该控制信号的第一收到版本和该控制信号的第二收到版本；以及处理器，该处理器被配置成在该控制信号的第一收到版本和该控制信号的第二收到版本的基础上控制该机器的安全功能。

在一些示例中，控制接收机的电接口被适配成用于(例如，使用电连接器或夹具)与机器的电接口进行有线连接。

在一示例中，控制接收机被嵌入在机器中，以使得控制接收机的电接口和该电接口被固定地连接。

在一示例中，处理器被配置成将控制信号的第一收到版本与控制信号的第二收到版本进行比较，以便检测传输错误。在无错误的传输中，控制信号的第一收到版本和控制信号的第二收到版本两者都可对应于所传送的控制信号，以使得控制信号的第一收到版本和控制信号的第二收到版本两者都可用于控制机器、尤其是机器的致动器(诸如紧急开关或功率开关或继电器)。

根据第二方面，本公开涉及一种用于利用根据第一方面的自动化控制系统来无线地控制远程机器的安全功能的自动化控制方法，该自动化控制方法包括：由基站根据移动通信技术使用第一安全信道的第一发射信号来朝向远程控制接收机传送用于控制安全功能的控制信号以及使用第二安全信道的第二发射信号来朝向远程控制接收机传送该控制信号；由该控制接收机接收第一发射信号和第二发射信号；从第一接收到的发射信号中提取该控制信号的第一收到版本以及从第二接收到的发射信号中提取该控制信号的第二收到版本；以及经由该远程控制接收机的电接口来向该机器提供该控制信号的第一收到版本和该控制信号的第二收到版本，以便控制该机器的安全功能。

根据第三方面，本公开涉及一种包括计算机可读程序代码的计算机程序，该计算机可读程序代码在自动化控制系统的基站和/或远程控制接收机上执行时执行根据第二方面的方法。

根据第三方面，本公开涉及一种包括根据第三方面的计算机程序的计算机程序产品。

附图说明

本发明的进一步实施例将关于以下附图来描述，其中：

图1示出了自动化控制系统的示例；

图2示出了自动化控制系统的示例；

图3a、3b示出了自动化控制系统的示例。

图4示出了在一示例中的控制方法的示图；以及

图5示出了机器的示例。

在各个附图中，相同的附图标记将用于相同的或至少在功能上等同的特征。

具体实施方式

在以下的描述中，参考形成本公开的一部分的附图，并且其中藉由解说示出了可以放置本发明的具体方面。将领会，可利用其他方面并且可以做出结构或者逻辑改变，而不脱离本发明的范围。因此，以下详细描述不应按照限制的意义来理解，如本发明的范围由所附权利要求限定。

例如，将领会，与所述方法相关的公开对于被配置成执行该方法的相应设备或系统也可以是真的，反之亦然。例如，如果描述了特定的方法步骤，则相应的设备可包括执行所描述的方法步骤的单元，即使在附图中未显式地描述或解说此类单元。

此外，在以下的详细描述中以及在权利要求中，描述了具有彼此连接或交换信号的不同功能块或处理单元的实施例。将领会，本发明也涵盖包括布置在以下描述的实施例的各功能块或各处理单元之间的附加功能块或处理单元的实施例。

图1示出了用于无线地控制远程机器121的安全功能的自动化控制系统100。

自动化控制系统100包括基站101，该基站被配置成使用第一安全信道的第一发射信号103来传送用于控制安全功能的控制信号，以及使用第二安全信道的第二发射信号105来传送该控制信号。第一安全信道和第二安全信道被提供用于控制信号的安全传输，并且由相应的发射信号103、105形成。

基站101进一步包括被布置成与基站101间隔开的控制接收机111。控制接收机111包括：通信接口115，该通信接口被配置成接收第一发射信号103和第二发射信号105；处理器117，该处理器被配置成从第一接收到的发射信号中提取控制信号的第一收到版本，从第二接收到的发射信号中提取控制信号的第二收到版本；以及电接口119，该电接口可与机器121的接口连接或与机器121的接口连接以用于在该控制信号的第一收到版本和该控制信号的第二收到版本的基础上控制该机器121的安全功能。

基站101可被配置成根据本文所描述的原理来向多个远程控制接收机传送控制信号。因此，图1示例性地示出了具有接收或通信接口125的另一远程控制接收机113，该接收或通信接口被配置成从基站101接收第三发射信号107和第四发射信号109，该基站101使用第一安全信道的第三发射信号107来传送用于控制另一机器133的安全功能的另一控制信号以及使用第二安全信道的第四发射信号109来传送该另一控制信号。

另一远程控制接收机113相应地包括处理器127，该处理器被配置成从第三接收到的发射信号中提取该另一控制信号的第一收到版本，从第四接收到的发射信号中提取该另一控制信号的第二收到版本；以及电接口129，该电接口可与该另一机器的电接口(例如，通过夹紧)连接以用于在该控制信号的第一收到版本和该控制信号的第二收到版本的基础上控制该另一机器133的安全功能。

在一示例中，可以使用正交扩展码来使传输信号103-109相对于彼此正交，藉此可以部署cdma传输方案。

为了向相应的机器121、131提供控制信号，相应的控制接收机111、113的相应的电接口119、129可被适配成用于有线连接。相应的电接口119、129可包括被适配成用于输出相应的控制信号的第一收到版本的第一夹具123-1、131-1以及用于输出相应的控制信号的第二收到版本的第二夹具123-2、131-2。由此，可以使用部署在自动化系统中的众所周知的连接器来建立去往远程机器121、131的有线连接。

在如图2所示的另一示例中，可以使用分开的传输波束来传送传输信号103-109。然而，传送方法的混合也是可能的，其中传输信号103、105是使用传输波束来传送的，而传输信号107、109是使用cdma传输方案来传送的。

可在profinet或profibus方案的基础上传送发射信号130-109。

如图3a所描绘的，可以在具有集成自动化控制器301的基站101中生成用于控制相应远程机器121、133的相应控制信号。

然而，如图3b所描绘的，可以通过远程自动化控制器303来生成相应的远程机器121、133，该远程自动化控制器303经由有线或无线通信网络来向基站101提供相应的控制信号。远程控制器303可作为由基站101服务的通信蜂窝小区中的另一订户来处置。因此，远程控制器303可如本文所述地具有其自己的订户身份，并且可如本文所述地使用移动电信技术来与基站101进行通信。

在一实施例中，远程控制器303可以按多信道方式朝向基站101传送相应的发射信号103-109。在该实施例中，远程控制器303可使用基站101来发起朝向相应的控制接收机111、113的呼叫或数据会话。

根据一实施例，基站101被配置成传送占用被许可用于移动通信的任何频带、尤其是从1.8ghz延伸至6ghz和/或24.25ghz至29.5ghz和/或31.8至33.4ghz和/或37ghz至40ghz的频带的具有与安全功能相关的控制信号的第一发射信号103和第二发射信号105。

另外，基站101可使用无执照的且通常用于wlan的频带(例如，在欧洲所谓的rlan频带)(例如，在2.4ghz、5.8ghz或60ghz处的rlan频带)来传送例如与控制安全功能无关的其他信号。

在一实施例中，可在相同的有执照频带或不同的有执照频带中传送第一发射信号103和第二发射信号105。

在一实施例中，可以使用与调制、错误编码、数据速率、比特差错概率或延迟相关的不同的传输参数或信道参数来传送第一发射信号103和第二发射信号105。

在一实施例中，基站101可被配置成在一个或若干有执照频带中传送实时通信以及在无执照频带中传送非实时通信。

用于传送实时通信(诸如实时控制)和非实时通信(诸如维护功能或软件更新或检索系统信息)的协议可选择不同的频率或频带。

协议栈可包括对于实时通信和非实时通信(即，非时间关键通信)而言共用的标准以太网层。

实时通信可使用在以太网层之后的profinet实时信道来处置，而非时间关键通信可由tcp/udp层之前的ip层来处置。

profinet实时信道和tcp/udp层可汇聚在profinet应用层中。

在一实施例中，实时通信和非实时通信可被映射在不同的频率上或在两个频带上以进行双倍(即冗余)传输。

图4描绘了用于无线地控制远程机器121的安全功能的自动化控制方法400的示图，该自动化控制方法400包括：由基站101根据移动通信技术使用第一安全信道的第一发射信号103来朝向远程控制接收机111传送401用于控制安全功能的控制信号以及使用第二安全信道的第二发射信号105来朝向远程控制接收机111传送该控制信号；由该控制接收机接收403第一发射信号103和第二发射信号105；从第一接收到的发射信号103中提取405该控制信号的第一收到版本以及从第二接收到的发射信号105中提取405该控制信号的第二收到版本；以及经由该远程控制接收机111的电接口119来向该机器121输出407该控制信号的第一收到版本和该控制信号的第二收到版本，以便控制该机器121的安全功能。

图5示出了具有可由控制信号控制的安全功能的机器121的框图，该控制信号可由基站101使用第一安全信道的第一发射信号以及使用第二安全信道的第二发射信号103来传送以用于控制安全功能，该基站101被配置成根据移动通信技术来传送第一发射信号103和第二发射信号105，其中该机器121包括：控制接收机111，其中电接口119被配置成输出该控制信号的第一收到版本和该控制信号的第二收到版本；以及电接口501，该电接口501可电连接至该控制接收机111的电接口119以用于接收该控制信号的第一收到版本和该控制信号的第二收到版本；以及处理器503，该处理器被配置成在该控制信号的第一收到版本和该控制信号的第二收到版本的基础上控制该机器121的安全功能。

在一示例中，处理器503被配置成将控制信号的第一收到版本与控制信号的第二收到版本进行比较以便检测传输错误。在无错误的传输中，控制信号的第一收到版本和控制信号的第二收到版本两者都可对应于所传送的控制信号，以使得控制信号的第一收到版本和控制信号的第二收到版本两者都可用于控制机器121、尤其是可任选的机器121的致动器505(诸如紧急开关或功率开关或继电器)。

自动化控制方法可进一步包括使用控制信号的第一收到版本和控制信号的第二收到版本来控制远程机器的安全功能(例如，紧急停止)。

自动化控制方法可以在硬件和/或软件中实现。

应理解，除非另有特别说明，否则本文所描述的各种示例性方面的特征可以彼此组合。

虽然本公开的特定特征或方面可能仅关于若干实现或实施例中的一个被公开，但此种特征或方面可与其他实现或实施例的一个或多个其他特征或方面相结合，这对于任何给定的或特定的应用可以是期望的和有利的。此外，在详细描述或权利要求书中使用术语“包括”、“具有”、“带有”或其其他变体的范围内，此类术语旨在以类似于术语“包括”的方式被包含。同样，术语“示例性”、“例如”和“例如”仅仅意指作为示例，而不是最好的或最佳的。术语“耦合”和“连接”，连同衍生物可能已经被使用。应当理解的是，这些术语可能已经被用来指示两个元素相互合作或相互作用，无论它们是直接物理接触还是电接触，或者它们不是彼此直接接触的。

尽管本文已经解说和描述了特定方面，但是本领域的普通技术人员将领会，在不脱离本公开的范围的情况下，可以用各种替代和/或等效实现来代替所示出和描述的特定方面。本申请旨在涵盖本文所讨论的特定方面的任何调整或变化。

尽管以下权利要求中的元素是以具有对应标记的特定的顺序描述的，但除非权利要求描述另有暗示用于实现其中一些或所有元素的特定顺序，否则这些元素不必然旨在限于以该特定顺序实现。

根据以上教导，许多替代、修改和变化对于本领域的技术人员将是明显的。当然，本领域技术人员容易认识到，除了本文所述的那些应用之外，本发明还有许多应用。虽然已经参照一个或多个特定实施例描述了本发明，但本领域技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行许多改变。因此，应当理解，在所附权利要求及其等同物的范围内，本发明可以不是如本文特别描述的那样来实践。