(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのセンサと少なくとも一つのコントローラとを備え、前記センサと前記コントローラとの間にシリアル接続が設けられている建設機械用の制御システムにおいて、
少なくとも一つのセンサ及び／又はコントローラは２チャネルまたはマルチチャネルタイプであり、
少なくとも一つのセンサ内に、少なくとも二つのトランスデューサ及び少なくとも二つの処理ユニットが、互いについて冗長及び／又は多様に配置されており、
前記センサの少なくとも二つの処理ユニットは互いに連動し、及び／又は、少なくとも二つの処理ユニットの間には一つのデータ接続が設けられており、
前記処理ユニットは、前記少なくとも二つのトランスデューサ間における測定値の偏差が定義可能な許容誤差範囲内にあるか否かを判定し、前記測定値の偏差が前記許容誤差範囲内にある場合に、前記少なくとも二つの処理ユニットは、前記少なくとも二つのトランスデューサのうちの一つにより得られた同一の測定値を送信用に記録することを特徴とする、建設機械用の制御システム。
【請求項２】
前記センサ内部に、一つ又はそれ以上のセカンダリセンサが設けられており、前記セカンダリセンサが、具体的には、温度センサ及び／又は圧力センサであることを特徴とする、請求項１に記載の建設機械用の制御システム。
【請求項３】
少なくとも一つのコントローラが、互いについて冗長及び／又は多様に配置される少なくとも二つの制御ユニットを備えていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の建設機械用の制御システム。
【請求項４】
少なくとも一つのセンサと少なくとも一つのコントローラとの間に設けられている前記シリアル接続がバスシステムであることを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の建設機械用の制御システム。
【請求項５】
前記少なくとも一つのセンサの内部に、送信用の測定値を暗号化し圧縮する手段を備え、
前記コントローラの少なくとも一つの制御ユニットの内部に、測定値を復号し解凍する手段を備えていることを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載の建設機械用の制御システム。
【請求項６】
前記少なくとも一つのセンサが、測定パラメータである圧力、角度、回転、傾き、長さ、距離、音、明度、湿度、方向、又は液面レベルの一つを検出することを特徴とする、請求項１乃至５の何れかに記載の建設機械用の制御システム。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載の建設機械用の制御システムの動作方法であって、
ａ．少なくとも二つの測定値が、少なくとも一つのセンサに含まれる少なくとも二つのトランスデューサによって冗長及び／又は多様に検出され、
ｂ．前記トランスデューサに接続された処理ユニットが、前記少なくとも二つの測定値の偏差が定義可能な許容誤差範囲内にあるか否かを判定し、
ｃ．前記測定値の偏差が前記許容誤差範囲内にある場合に、前記少なくとも二つの測定値のうちの一つである同一の測定値は、少なくとも二つの処理ユニットにおいて測定プロトコルのデータパケットに記録され、安全及び／又は保護機能が与えられ、
ｄ．前記データパケットはシリアル接続を介して、前記処理ユニットからコントローラへ送信され、
ｅ．前記データパケット又は前記測定値は、冗長及び／又は多様に設計されたコントローラの安全及び／又は保護機能によりその精度が検査される
ことを特徴とする、建設機械用の制御システムの動作方法。
【請求項８】
前記少なくとも二つの処理ユニットのそれぞれには、前記センサ毎に定義された識別情報である個々のセンサディスクリプションが格納されており、個々のセンサディスクリプションが前記コントローラによって周期的にスキャンされており、前記測定値の送信に用いられる前記センサの個別キーが、前記センサディスクリプションから計算される
ことを特徴とする、請求項７に記載の建設機械用の制御システムの動作方法。
【請求項９】
少なくとも一つのコントローラは、各センサのステータス要求を周期的に開始し、
各センサはそれに応じて、自身のステータスを定義するセンサステータスディスクリプションを、要求元のコントローラに送信する
ことを特徴とする、請求項８に記載の建設機械用の制御システムの動作方法。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記測定プロトコルを用いて少なくとも一つのセンサの測定値を要求することを特徴とする、請求項７、８又は９に記載の建設機械用の制御システムの動作方法。
【請求項１１】
前記送信されたデータパケットの認証のため、前記センサの個別キーによる安全及び／又は保護機能を用いて、前記測定値及び前記センサステータスディスクリプションの認証を行うことを特徴とする、請求項９に記載の建設機械用の制御システムの動作方法。
【請求項１２】
前記コントローラの制御ユニットの一つが、少なくとも一つのセンサのデータを受信し、前記コントローラの残りの全ての制御ユニットへ前記データの複製を転送することを特徴とする、請求項７乃至１１の何れかに記載の建設機械用の制御システムの動作方法。
【請求項１３】
各制御ユニットが、受信した前記センサのデータ又は前記複製データを安全及び／又は保護機能を用いて検証することを特徴とする、請求項１２に記載の建設機械用の制御システムの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一つのセンサと少なくとも一つのコントローラとを有し、センサとコントローラとの間にシリアル接続が設けられている建設機械用の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複合機械を操作する際の厳しい安全要件を満たすために、建設機械の重要な構成部品を冗長又は多様な方法で設計することが求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これに関して、建設機械の安全操作に関する測定量をセンサが取得している状況においては、センサから処理コントローラへのデータ送信は、建設機械用の制御システムを安全に操作するために考慮されるべき点である。この点で、必要とされる安全条件を保証するために冗長性が必要となる。測定結果が冗長な形態で存在することにより、全測定の一連の流れの中で個々の構成部品に起こりうるエラーを検出することが可能となる。
【０００４】
本発明は、このような建設機械用の制御システムの安全性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前述した課題は、本発明の請求項１に記載の特徴を備えた建設機械用の制御システムによって最初に解決される。
【０００６】
これに応じて、制御システムは、少なくとも一つのセンサと少なくとも一つのコントローラとを備えており、少なくとも一つのセンサはシリアル接続を介してコントローラに接続されている。このように、制御システムは、一つ又はそれ以上のセンサを有しており、センサは一つ又は複数の測定量を検出すると、検出した測定量を、シリアル接続を介して、少なくとも一つのコントローラへ送信する。コントローラは、建設機械を操作するための制御及び／又は調整ユニットとして備えられており、少なくとも一つのセンサが検出し評価を行った測定値に基づいて動作する。ここで、一つ又は複数のコントローラが、同様の又は異なるタスクを実行するために備えられていてもよい。本発明によれば、制御システムの少なくとも一つのセンサ及び／又はコントローラはそれぞれが２チャネルタイプ又はマルチチャネルタイプである。一般的にシングルチャネルシステムは、一つの失敗によりエラーを繰り返すが、２チャネルタイプ又はマルチチャネルタイプは、内部検査を行い、起こり得る処理エラーを検出することができる。一方で、少なくとも一つのセンサが２チャネルタイプ又はマルチチャネルタイプであるため、検出された測定値が安全かつ冗長な形態で存在することになる。他方で、前記コントローラが２チャネルタイプ又はマルチチャネルタイプであるため、測定値を安全かつ冗長に処理することが可能になる。
【０００７】
このようなセンサは、センサハウジング内に少なくとも二つのトランスデューサと少なくとも二つの処理ユニットとを備えていてもよい。このトランスデューサは、センサにおいて、検出される測定量に直接反応する最初の部分として定義される。各トランスデューサが、単独の信号回線によって一つの処理ユニットに的確に接続されることにより、測定値を示す信号量を処理ユニットに送信することができることが好ましい。センサの信頼性及び安全性を向上させるために、トランスデューサ及び処理ユニットの両方は、冗長型及び／又は多様型である。少なくとも二つのトランスデューサは、少なくとも二つの測定値を独立して取得し、自身が接続されている処理ユニットにその測定値を送信する。少なくとも二つのトランスデューサの独創的な配置によれば、一つだけの試料供給部を備えたセンサハウジング内に少なくともの二つのトランスデューサが設けられているので、検査される測定量の実測値はタイムオフセットなく両方のトランスデューサに存在していることが保証される。トランスデューサ及び／又は処理ユニットは多様型であることが好ましい。
【０００８】
センサハウジング内に二つのトランスデューサを好ましい最小間隔で配置することで、検出された測定値のタイムオフセットを大幅に短縮し、又はタイムオフセット時間をほぼなくすことができる。すべてのトランスデューサは、試料供給部の入口開口部から同じ距離に配置されていることが特に好ましい。これにより、測定量の変化を、すべてのトランスデューサで同時に取得することができる。さらに、センサハウジング内において冗長性がすでに組み込まれているため、本発明のセンサは、冗長な設計によるセンサシステムを容易に実現できる。別々に独立した複数のセンサを有するような複雑な構成は必要ではない。
【０００９】
少なくとも二つのトランスデューサは、センサの内部で、又はセンサの試料供給部の端部領域内で、互いに隣り合って直接配置されていることが特に好ましい。トランスデューサは、試料供給部内の対向する位置に据え付けられてもよい。二つのトランスデューサの距離が近いほど、測定量の実測値の検出にかかる遅延が少なくなる。本発明のように配置することにより、実測値の取得にかかるタイムオフセットは無視できる程度となる。センサのエラーフリー機能により、トランスデューサの出力部においても、ほぼ同時に現時点の実測値を取得できる。
【００１０】
外部の雑音量が測定結果に影響を与える場合、一つ又はそれ以上のセカンダリセンサがセンサハウジング内に配置されていることが好ましい。そのセカンダリセンサは、適切な温度センサ又は気圧検出センサであってもよい。具体的には、前記セカンダリセンサから提供される測定値は、前記処理ユニットに供給される。前記センサが外部からの影響を受けても、セカンダリセンサから提供される測定データによって補償できることが好ましい。
【００１１】
少なくとも二つの処理ユニットは互いに連動することが好ましい。少なくとも二つの処理ユニットは、共通のクロックソースに基づいて動作するか、又は互いに同期可能な別々のクロックソースを使用していることが好ましい。少なくとも二つの処理ユニットが共通のタイムベース又は同期信号処理を用いることで、処理ユニットの出力部に存在する測定値のタイムオフセットを短縮又は最適化することができる。個々の処理ユニットの測定値又はその他のデータの相互交換は、処理ユニット間の信号接続を介して実現されることが好ましい。その結果、それぞれの処理ユニットは自身の検出測定値を、一つ又は全てのさらなる処理ユニットに提供する。少なくとも一つの処理ユニット内には、少なくとも一つの第１測定値と、少なくとも一つのさらなる測定値とを比較可能な手段が備わっていてもよい。さらに、少なくとも一つの処理ユニットが、自身の測定値を、接続されているすべてのさらなる処理ユニットの測定値と比較するようにしてもよい。
【００１２】
前記手段は、少なくとも二つの測定値間の妥当性検査、具体的には相互比較を行うことができるよう構成されていることが特に好ましい。測定値の偏差が定義可能な許容範囲内である場合、その測定は妥当であると分類され、少なくとも二つの処理ユニットは、全ての処理ユニット又は少なくとも一部の処理ユニットに適用可能な統一測定値であると認める。その後、全て又は一部の処理ユニットの出力領域内に、前記測定値がバイナリ値として記録される。例えば、二つの処理ユニットが、自身の測定値を相互に比較する。許容偏差がわずかであれば、第１処理ユニットは自身の出力領域に測定値を記録し、第２又はそれ以降の全ての処理ユニットは自身の測定値を廃棄し、代わりに第１処理ユニットの統一測定値を自身の出力領域に記録する。したがって、すべての出力領域において記録される値のビットパターンは同一となる。二つの比較測定値の偏差が定義可能な許容範囲外にある場合は、少なくとも一つの処理ユニットにおける測定結果が「失敗」であることが表示される。特定された測定値は、少なくとも二つの処理ユニットの出力領域に記録され、シリアル接続を介して前記コントローラに送信されることが可能である。この失敗の表示により、コントローラは、センサが誤動作したことを推測することができる。
【００１３】
少なくとも１つの処理ユニットにおける前記手段は、書き込み可能なマイクロプロセッサ又はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）により実現されることが特に好ましい。処理ユニットのカップリング、又はマイクロプロセッサのカップリングは、前記マイクロプロセッサのセントラルクロック供給によって提供される。マイクロプロセッサ内のすべての処理操作は、互いに対して、同時または同期的に実行することができるので、使用されるマイクロプロセッサの同期は、測定値の間のタイムオフセットを最小限に抑える。したがって、前記測定量の個々の実測値は、マイクロプロセッサ内において、ほぼ同時に評価され、出力されることが可能である。
【００１４】
本発明の特に好ましい態様では、少なくとも一つのコントローラは、互いについて冗長及び／又は多様に配置された少なくとも二つの制御ユニットを備えている。この二つの制御ユニットにより、コントローラの２チャネル又はマルチチャネル構成を実現することができ、二つの制御ユニットは任意の内部バスシステムによって相互に接続されている。これに応じて、個々の制御ユニット間の通信やデータ交換が可能となる。制御ユニットは、独立して、または互いに依存して、受信したデータを処理する。その結果、評価されたデータは冗長な形態でコントローラに存在し、この冗長な形態で存在する情報に基づいて、コントローラにより特定の測定が行われる。
【００１５】
少なくとも一つのセンサと少なくとも一つのコントローラとの間のシリアル接続はバスシステムであり、具体的には、ＣＡＮバスシステム、リープヘルシステムバス、又はイーサネット（登録商標）ベースのバスシステムであってもよい。そのバス装置は、バスマスタ、バスオブザーバ及びセンサに分類することができる。コントローラはバスマスタとして機能してもよい。少なくとも一つまたはそれ以上のバスマスタが備えられていてもよく、一つまたはそれ以上のコントローラに関連付けることができる。少なくとも一つのセンサの処理ユニットにおいて好ましくは結合されている送信ユニット及び/又は受信ユニットは、検出した測定値、又は処理した測定信号をバスに提供する。処理ユニットは、送信処理と並行して、送信した信号の精度を検査することができる。したがって、処理ユニットは、同時にその送信信号を受け取る。前記センサの全ての処理ユニットはバスシステムに接続されることが可能である。この場合、処理ユニットは自身の信号を、バスを介して送信し、全てのさらなる処理ユニットは、前記一つの処理ユニットからバスに供給される送信信号を受け取り、その送信信号の精度を検査するか、又はバス信号とその期待値との間の比較を行う。エラーが検出された場合には、少なくとも一つの処理ユニットは、一定期間、具体的には５１２μｓ、対応するバス信号をプルダウンすることが特に好ましい。これは、使用するバスシステムの転送プロトコルの対応するタイムアウトに相当し、前記バスに存在する全ての信号は、無効宣言されるか、又は受信ユニット内で破棄される。
【００１６】
少なくとも一つのセンサ内には、送信用の測定値を暗号化又は圧縮するための手段が備えられていてもよい。ＣＲＣアルゴリズム及び／又はＣＲＴアルゴリズムのような、デジタル化された測定値に適したデータ処理アルゴリズムを用いることが考えられる。測定値はセンサ内で既に暗号化され、バスシステムを介してコントローラに送信される。さらに、少なくとも一つのコントローラ内には、測定値を復号又は解凍するための手段が備えられていてもよい。これに応じて、受信部側において、暗号化を用いることにより、測定値又はデータ送信の処理エラーを検出し、好ましくは訂正することが可能である。
【００１７】
本発明によれば、上述の課題は、請求項９に記載の方法手順を用いた建設機械用の制御システムの動作方法により解決される。
【００１８】
本発明の方法シーケンスに応じて、測定量はまず、少なくとも一つのセンサにより冗長かつ多様に検出され処理されて、そして精度の検査が内部的に行われた後に、測定プロトコルのデータパケット内に記録される。ここで、この測定プロトコルには、センサが安全及び／又は保護機能を実行するための安全情報が備えられている。さらに、データパケットは、シリアル接続を介してコントローラに送信される。受信部側又はコントローラの内部において、冗長及び／又は多様に設計されたコントローラにより、安全及び／又は保護機能を用いて、データパケット又は測定値の精度の検査、具体的にはエラーのない送信であることの検査が実行される。
【００１９】
前記方法の特に好ましい態様では、個々のセンサディスクリプションは、少なくとも一つのセンサの各チャネルに格納されている。このセンサディスクリプションには、個々のセンサの明確かつ固有の識別が記されている。このデータは、製造業者によって、センサの全てのチャネル内、具体的には処理ユニット内に確実に記録される。センサディスクリプションに基づき、特定のアルゴリズムを用いてセンサ毎に個別キーが計算される。したがって、制御システムの各センサは、明確に識別可能に割り当てられたキーを有している。このキーは、センサからコントローラへ測定値が送信される際に一緒に送信されることが好ましい。センサディスクリプションは、センサが機能していることを監視するために、コントローラによって周期的に要求され得る。
【００２０】
少なくとも一つのコントローラは、バスマスタとして機能し、各センサのステータス要求を行う。このステータス要求は、例えば、周期的に行われることが可能である。各センサはそれに応じて、スタンドアロンプロトコルのデータパケット内にある自身のセンサステータスディスクリプションを、バスシステムを介して要求元のコントローラに送信する。対応する診断方法によって、センサステータスディスクリプションは、各チャネル又はセンサの各処理ユニットにおいて内部的に決定される。ステータス要求の繰り返し率は、変数のように定義することができ、既存の安全要件に適合することが好ましい。
【００２１】
さらに、バスマスタとして機能するコントローラは、測定プロトコルを用いて、少なくとも一つのセンサの測定値を要求するようにしてもよい。データパケット内にある測定値は、コントローラ又はバスマスタからの要求によってのみ、センサからコントローラへ送信されてもよい。要求される安全規則により、単独の測定値又はデータパケットの送信が繰り返し実行され得る。この目的で備えられている測定プロトコルが送信のために用いられる。測定プロトコルは
好ましくは、測定値と、タイムスタンプと、コード化された安全情報とからデータパケットを生成する。ここで、コード化された安全情報は、安全及び／又は保護機能を用いて、測定値と、タイムスタンプと、センサの個別キーとから便宜的に計算される。安全及び／又は保護機能を用いて、受信部側において起こり得るデータ操作エラー又は送信エラーが検出され、特に好ましくは、送信されたデータパケットの内容の評価に基づいて訂正され得る。検査のために必要となる情報、ステータス要求又は測定値要求の応答データの内容が、この目的のために共に要求され、処理される。前記方法の特に好ましい態様では、個別キーは、送信データパケットを検証するために、具体的には測定値及びセンサステータスディスクリプションを検証するために使用される。
【００２２】
コントローラの制御ユニットは、少なくとも一つのセンサのデータを、バスシステムを介して受信し、データ又はデータパケットの複製をコントローラの全てのさらなる制御ユニットに転送する。受信したデータパケットの内容は、個々の制御ユニットによって冗長に処理され、検査される。検査が成功したか否かは、最終的に全ての単一の制御ユニット毎に確認されることが好ましい。受信した測定値又はデータパケットの検査は、安全及び／又は保護機能に基づき、そのデータを検証することによって行われる。
【００２３】
使用されるセンサは、原則として、検出される任意の測定量に関する少なくとも二つのトランスデューサを備えている。少なくとも一つのセンサが、一又はそれ以上の測定量、例えば、圧力、角度、回転、傾き、長さ、距離、音、明度、湿度、方向、又は液面レベルを検出するのに適していることが好ましい。センサの適合性は、一つ又はそれ以上の搭載されたトランスデューサに単に依存している。さらに、試料供給部は、検出される測定量又は媒体に便宜上適合する必要がある。処理される測定値の形式は、全てのセンサで同一であることが好ましい。全てのセンサは、互いに冗長及び／又は多様に配置された少なくとも二つのトランスデューサ及び／又は処理ユニットを備えていることが好ましい。可能な実施形態としては、ケーブル長エンコーダ（cable length encoder）、レーザーセンサ、回転角トランスデューサ、傾角計、ロータリエンコーダを用いた長さ測定装置が含まれる。
【００２４】
本発明のさらなる特徴、詳細及び利点は、図面に示した実施の形態を参照しながら説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、圧力センサの一例を用いたセンサの模式図を示している。
【図２】図２は、本発明の制御システムの実施の形態を示す模式図を示している。
【図３】図３は、本発明の制御システムの伝送プロトコルを示す図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明の制御システムに用いられるセンサ２００の構成を示す模式図である。図１に示す実施形態では、冗長設計された２チャネルセンサ２００が、経路１内の媒体の油圧を検出するための圧力センサとして動作する。センサ２００のセンサハウジング２０１のねじ山は、圧力経路１に設けられた対応する螺子接続部に螺合されている。経路１内が作動油又は同様の圧力媒体で満たされると、前記センサハウジング２０１内に配置されたトランスデューサ２２０，２３０まで広がる試料供給部２１０の空間もまた満たされる。トランスデューサ２２０，２３０は、試料供給部２１０内で検出された圧力測定量（実測値）を、二つの信号回線２４０，２５０を介して二つの処理ユニット２６０，２７０の入力部２６１，２７１に供給される対応する電気信号に変換する。トランスデューサ２２０，２３０は、試料供給部２１０の注入開口部から短めの距離で同じだけ離れるよう、巧みに配置されている。両方のトランスデューサ２２０，２３０では、同じ測定値が同時に得られる。これに応じて、第１チャネルはトランスデューサ２２０と処理ユニット２６０とで形成され、第２チャネルはトランスデューサ２３０と処理ユニット２７０とで形成されている。
【００２７】
外界からの雑音量を検出するために、各トランスデューサ２２０，２３０は、それぞれ一つのセカンダリセンサ２２１，２３１を含んでいる。温度や気圧の影響のような、一つまたは異なる雑音量を検出するために複数のセカンダリセンサを備えることも可能である。複数のセカンダリセンサ２２１，２３１はきわめて近接することになるため、冗長性を犠牲にしても、一つのセカンダリセンサ２２１，２３１で技術上は十分である。雑音量を補償するために、測定された雑音量は信号回線２２２，２３２を介して、処理ユニット２６０，２７０の入力部２６１，２７１に送信される。セカンダリセンサ２２１，２３１の両方は、センサ２００の温度により変動する測定値を補償するための温度センサとして構成されている。気圧センサとしての構成では、センサ２００の周囲の気圧またはセンサハウジング２０１内の気圧を検出し、補償するために検出された雑音量を送信することも可能である。
【００２８】
センサ２００の動作中に、トランスデューサ２２０，２３０およびセカンダリセンサ２２１，２３１は、処理ユニット２６０，２７０の対応する入力部２６１，２７１へ、信号回線２４０，２５０，２２２，２３２を介して、連続的に測定信号を送信する。
【００２９】
処理ユニット２６０，２７０は、その主要構成部分が書き込み可能なマイクロプロセッサまたはＤＳＰからなる集積回路装置を備えている。このプロセッサの基本的なタスクは、入力部２６１，２７１に存在しているトランスデューサ２２０，２３０の電気測定信号及びセカンダリセンサ２２１，２３１の電気測定信号を処理することである。一方では、現在値のアナログ−デジタル変換が行われ、他方では、それぞれの処理ユニット２６０，２７０が、自身で変換した測定値を、接続部２６６を介して、他方の処理ユニットに提供する。センサが適切に機能していることを監視するために、既存の測定値の妥当性検査が、処理ユニット２６０，２７０内で、相互比較という方法によって行われる。それぞれの測定値は、時間依存的及び連続的な方法で二つの処理ユニット２６０，２７０の入力部２６１，２７１に存在しているため、二つの処理ユニット２６０，２７０は共通のタイムベース２６５で便宜的に動作する。両方のマイクロプロセッサは、いずれかの共通のクロックソースによって供給され、又は互いに同期している別のクロックソースを採用する。共通のタイムベース２６５を使用することが重要である。
【００３０】
測定値の偏差が定義可能な許容誤差範囲内にある場合、測定は妥当であると分類される。通常、処理ユニット２６０における測定値は、二つの処理ユニット２６０，２７０により測定値として取得された後に、送信用に出力領域２６２，２７２に記録される。センサが障害なく動作する間に前記測定値がデジタル化され比較された後に、同一のビットパターンが上記のように出力領域２６２，２７２に確保される。建設機械のコントローラ６００にセンサの値を転送するためには、一つの測定値を送信すれば足りる。
【００３１】
測定値の偏差が定義可能な許容誤差範囲外にある場合、測定は失敗であるとみなされ、その測定値もそれに応じて分類され、二つの処理ユニット２６０，２７０の出力領域２６２，２７２にその識別結果とともに記録される。
【００３２】
バスシステム２９０に接続するために、センサ２００は分岐バス２８０ａ，２８０ｂに分岐する接続点２８０をセンサハウジング２０１内に有している。これらの分岐バス２８０ａ，２８０ｂを介して、二つの処理ユニット２６０，２７０はバスシステムのバスライン２９０に接続されている。
【００３３】
図２は、本発明の実施の形態の制御システム５００の構成を示す模式図である。制御システム５００は、センサ２００と、バスシステム２９０と、コントローラ６００とから実質的に構成されており、制御システム５００は、センサ２００及びコントローラを、その数を制限することなく容易に備えることができる。
【００３４】
各センサ２００は、センサ２００の第１チャネル又は処理ユニット２６０と、センサ２００の第２チャネル又は処理ユニット２７０との両方に記録された、明瞭に定義された個別の識別を有している。この識別は、特定のアルゴリズムにより計算されたセンサ２００の個別キーから、個々のセンサディスクリプションとしてそれ以降解釈される。
【００３５】
さらに、それぞれのセンサ２００のステータスは、センサステータスディスクリプションによって定義される。対応する診断方法により、それぞれのセンサ２００のステータスは、各チャネル又は各処理ユニット２６０，２７０において内部的に決定される。
【００３６】
センサ２００は、バスシステム２９０を介して、建設機械のコントローラ６００に接続されている。バスシステム２９０の一例として、特許文献ＤＥ  １９６  ４７  １３１  Ｃ２により公知のリープヘルシステムバスを用いる構成としてもよい。コントローラ６００は制御ユニット６１０，６２０を介して２チャネル形式で構成される。最小限のバス装置を備えた構成とするために、コントローラ６００の制御ユニット６１０は、バスマスタとして構成されており、送信されたデータを、受信ユニット６１１を用いて受信する。また、制御システム５００は、制御システム５００の異なるタスク領域を担う複数のバスマスタを備える構成であってもよい。
【００３７】
上述した個々のセンサディスクリプションは、制御ユニット６１０のバスマスタによって周期的にスキャンされる。これにより、センサ２００がアクティブで動作可能であることが確認されていることが保証される。同様にセンサステータスディスクリプションは、スタンドアロンプロトコルを用いたバスマスタにより周期的にスキャンされる。ここで、このプロトコルは、それぞれの安全要件に適応するようスキャンサイクルの繰り返し率を変えることができる。
【００３８】
センサ２００の測定値は、バスマスタの要求によってのみ、コントローラ６００又は制御ユニット６１０の受信ユニット６１１へ繰り返し送信される。コントローラ６００がセンサ２００からのデータが必要な場合、異なるプロトコルを開始することによって、バスマスタはバス２９０のスキャンを行う。
【００３９】
測定値を送信するために、図３（ｂ）から理解される、測定値の送信を目的として定義された測定プロトコルが用いられる。この測定プロトコルは、測定値と、タイムスタンプと、コード化された安全情報とを有している。この安全情報は、測定値、タイムスタンプ、及びセンサの個別キーの関数として計算される。
【００４０】
処理ユニット２６０は、バスマスタから受信した要求に応じて、出力領域２６２に記録された測定値、個々のセンサディスクリプション、又はセンサステータスディスクリプションを送信する。測定値を送信するために、安全情報が計算され、測定プロトコルの全体データパケットがバスシステム２９０の全体プロトコル（図３（ａ））に圧縮され、バスシステム２９０に置かれる。送信処理を行うと同時に、処理ユニット２６０は、バス２９０に置かれた送信信号の精度を検査する。処理ユニット２７０は同様に処理し、ここで、処理ユニット２７０は、処理ユニット２６０によってシステムバスに置かれた信号の精度を排他的に検査する。この信号は、期待値、すなわち出力領域２７２に記録された測定値と、又は、自身の個々のセンサディスクリプション若しくはセンサステータスディスクリプションと比較される。検査される処理ユニット２６０，２７０のうちの一つが、送信エラーを確認すると、処理ユニット２６０，２７０はそのプロトコルを無効にする。リープヘルシステムバスを用いた場合であれば、例えば、一定期間（具体的には５１２μｓ）、バス信号をプルダウンする。この時間間隔は、リープヘルシステムバスプロトコルの対応するタイムアウトの特性を示すため、バスにより送信される全ての送信信号が個々の受信ユニットによって破棄されることになる。
【００４１】
一般的に、全てのバス装置、すなわちオブザーバ、バスマスタ及び全てのセンサは、送信されたデータの内容を監視する。それぞれのセンサ２００について、バスマスタ及びオブザーバのローカルデータフィールド、すなわちフィールドＢＷ及びフィールドＸＷには、定義済みで常に同一の領域が設けられている。送信された有効なデータ、すなわち測定プロトコルは、ローカルデータフィールドＢＷに格納される。この測定プロトコルは、測定値と、タイムスタンプと、安全情報とに分割されている。このようにして、各バス装置はバス２９０に置かれたデータを読み、それに対応して、自身のローカルデータフィールドに書き込む。ステータス要求に対してセンサ２００が行う応答は、データフィールドＸＷに記録され、さらに関連するセンサの個別キーを用いて完了される。これに応じて、このキーは、特定のアルゴリズムによって、それぞれの受信機において局所的に独立して計算される。
【００４２】
図２の実施形態では、制御ユニット６１０は、送信されたデータを、受信ユニット６１１を用いて受信する。上述した送信プロトコルは、チェックサムによって安全性が確保されている、バスシステム２９０の全体プロトコル（図３（ａ））へさらに圧縮される。制御ユニット６１０は、自身のローカルデータフィールドＢＷ及びローカルデータフィールドＸＷに、送信されたデータを書き込み、手段６１５を用いてそのセンサデータを検証するために、安全及び／又は保護機能を実行する。このようにデータの精度を測定することができる一方で、他方では送信エラーを訂正できることが好ましい。データを検証するために、手段６１５内において両方のデータフィールドの内容が互いに要求され、処理される。
【００４３】
続いて、制御ユニット６１０は、自身のローカルデータフィールドＢＷ及びローカルデータフィールドＸＷの内容の複製を、冗長又は多様に配置された制御ユニット６２０に転送する。この転送は、ＳＰＩ、ＣＡＮ、ＬＡＮ、ＬＳＢなどの任意の内部バスシステムを介して行われ、制御ユニット６２０のローカルデータフィールドはそのデータの複製の格納に用いられる。制御ユニット６２０においても、手段６２５を用いることにより、制御ユニット６１０と同様にして前記安全及び／又は保護機能を実行することができる。両方の制御ユニットは、検証に成功することにより、受信データの精度を確認する。
【００４４】
安全及び／又は保護機能は、ＣＲＣアルゴリズム又はＣＲＴアルゴリズムなどの、公知の安全アルゴリズムや復元アルゴリズムの実行に基づくことが好ましい。
【００４５】
コントローラが冗長及び／又は多様に設計されているため、検査後の測定データは、異なるパイプライン構造を介して、制御システムの処理ロジックに渡される。暗号化された測定データがこのパイプライン構造によって破損した場合、処理コントローラ６００は、これらのエラーを検出する。安全アルゴリズム及び復元アルゴリズムが適切に選択されている場合には、処理コントローラ６００がこれらのエラーを訂正することも可能である。
【００４６】
図２に示す例には、コントローラ６００のさらなる制御ユニット６３０の想定される接続が示されている。図示した制御システム５００は、一つのコントローラ６００に限定されない。いくつかのコントローラ、いくつかのセンサ及びオブザーバを備えるような構成であってもよい。この場合、全てのセンサ及び全てのコントローラは、上述した可能な構成に基づいて設計される。
【００４７】
センサ２００の実施の形態は、経路１内の圧力を測定するために設けられている。しかしながら、センサ２００のこのような構成は、圧力パラメータを測定するものに限定されない。センサ２００のさらに別の実施形態としては、角度、回転、傾き、長さ、距離、音、明度、湿度、方向又は液面レベルを測定するものが挙げられる。この目的のためには、二つのトランスデューサ２２０，２３０を対応する媒体に使用されるものに変え、試料供給部２１０を変更するだけでよい。可能な実施形態には、ケーブル長エンコーダ、レーザーセンサ、回転角トランスデューサ、傾角計、ロータリエンコーダを用いた長さ測定装置が含まれる。
【図３】
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【図１】
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【図２】
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