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DE102020133784B3 - Sicherheitssystem und ein Verfahren mit einem Sicherheitssystem - Google Patents

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Abstract

Verfahren mit einem Sicherheitssystem (1) und Sicherheitssystem (1) zur Lokalisierung von mindestens einem Objekt (2), mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit (3), mit mindestens einem Funkortungssystem (4), wobei das Funkortungssystem (4) mindestens drei angeordnete Funkstationen (5) aufweist, wobei an dem Objekt (2) mindestens ein mobiles Gerät (19) mit mindestens einem Funktransponder (6) angeordnet ist, wobei mittels dem Funkortungssystem (4) Positionsdaten des Funktransponders und damit Positionsdaten der Objekte (2) ermittelbar sind, wobei die Positionsdaten von der Funkstation (5) des Funkortungssystems (4) an die Steuer- und Auswerteeinheit (3) übermittelbar sind und/oder die Positionsdaten von dem Funktransponder (6) an die Steuer- und Auswerteeinheit (3) übermittelbar sind, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, die Positionsdaten des Funktransponders zyklisch zu erfassen, wobei die Objekte (2) Personen (9) oder mobile Objekte (7) sind, wobei der Funktransponder (6) eine Identifikation aufweist, wobei jeweils ein Funktransponder (6) mindestens entweder einer Person (9) oder einem mobilen Objekt (7) zugeordnet ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, die Personen (9) und mobilen Objekte (7) zu unterscheiden, wobei um den Funktransponder herum ein räumlich ausgedehntes Schutzvolumen (20) gebildet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 29.
  • Es ist in der industriellen Sicherheitstechnik aktuelle Praxis, Gefährdungen lokal an der Gefährdungsstelle zu beherrschen, indem eine Annäherung oder Anwesenheit einer Person detektiert wird und sicherheitsgerichtet eine Maschine oder Fahrbewegung gestoppt oder die Bewegung verlangsamt wird. Der Stand der Technik beschreibt lediglich lokale Sicherheitskonzepte.
  • Personen sollen möglichst effizient vor Verletzungen durch Maschinen wie Roboter, Pressen oder autonome Fahrzeuge geschützt werden. Die Maschinen sollen sich auch nicht gegenseitig beschädigen bzw. zerstören. Auch Kollisionen mit Transportgütern auf einem autonomen Fahrzeug oder an Maschinen soll vermieden werden.
  • Die nachveröffentlichte EP 3 835 806 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung einer Schutzzone mit einem Schutzradius um einen drahtlos kommunizierenden Objekt-Transponder, wobei folgende Schritte ausgeführt werden: a) Ermitteln einer ersten, unsicheren Position des Objekt-Transponders durch ein erstes Lokalisierungssystem, b) Ermitteln von zumindest zwei sicheren Anker-Objekt-Distanzen zwischen dem Objekt-Transponder und zumindest zwei Anker-Transpondern mit jeweils bekannter Position nach dem TWR-Prinzip durch eine sichere Distanzmessungsvorrichtung, c) Ermitteln des Schutzradius mittels einer fehlersicheren Rechenvorrichtung, welche die erste Position vom ersten Lokalisierungssystem und die zumindest zwei sicheren Anker-Objekt-Distanzen von der Distanzmessungsvorrichtung empfängt und daraus mithilfe der bekannten Positionen der zumindest zwei Anker-Transponder den Schutzradius bestimmt.
  • Die nachveröffentlichte DE 20 2019 106 569 U1 offenbart ein Sicherheitssystem zur Lokalisierung einer bewegbaren Maschine, mit einer Sicherheitssteuerung, mit mindestens einem Funkortungssystem, mit mindestens einem Sensor zur Positionsbestimmung, wobei das Funkortungssystem stationär angeordnete Funkstationen aufweist, wobei an der bewegbaren Maschine mindestens ein Funktransponder angeordnet ist oder wobei das Funkortungssystem stationär angeordnete Funktransponder aufweist, wobei an der bewegbaren Maschine mindestens drei Funkstationen angeordnet sind, wobei mittels dem Funkortungssystem Positionsdaten der bewegbaren Maschine ermittelbar sind, wobei die Positionsdaten von der Funkstation oder dem Funktransponder des Funkortungssystems an die Sicherheitssteuerung übermittelbar sind, und mittels dem Sensor Positionsdaten der bewegbaren Maschine ermittelbar sind, wobei die Sicherheitssteuerung ausgebildet ist, die Positionsdaten des Funkortungssystems und die Positionsdaten des Sensors zu vergleichen und bei einer Übereinstimmung geprüfte Positionsdaten zu bilden.
  • Die nachveröffentlichte DE 10 2020 101 482 B3 offenbart ein Sicherheitssystem zur Lokalisierung einer Person oder eines Objektes, mit einer Steuer- und Auswerteeinheit, mit mindestens einem Funkortungssystem, mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor zur Positionsbestimmung der Person oder des Objektes, wobei das Funkortungssystem angeordnete Funkstationen aufweist, wobei an der Person oder dem Objekt mindestens ein Funktransponder angeordnet ist, wobei mittels dem Funkortungssystem Positionsdaten und Klassifizierungsdaten der Person oder des Objektes ermittelbar sind, wobei die Positionsdaten und die Klassifizierungsdaten von der Funkstation des Funkortungssystems an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelbar sind, und mittels dem ortsauflösenden Sensor Positionsdaten und Konturdaten der Person oder des Objekts ermittelbar sind, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Positionsdaten des Funkortungssystems und die Positionsdaten des Sensors zu vergleichen und bei einer Übereinstimmung geprüfte Positionsdaten zu bilden, wobei mittels der Steuer- und Auswerteeinheit die Klassifizierungsdaten der Funkstation durch Vergleich mit den Konturdaten des ortsauflösenden Sensors auf Plausibilität geprüft werden.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Optimierung zwischen Sicherheit und Produktivität zu erreichen. Ein notwendiges Mindestmaß an Sicherheit ist vorgegeben, teilweise durch Sicherheitsstandards, teilweise durch schärfere Vorgaben bzw. ein höheres Sicherheitsbedürfnis von Anwendern. Gleichzeitig soll eine Produktivität von Personen und Maschine maximiert werden.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Sicherheitssystem anzugeben, das nicht nur eine lokale Absicherungsmöglichkeit bietet. Es soll ermöglicht werden, dass auf Basis vorliegender Positionsinformationen alle Personen und mobilen Objekte bzw. mobile Fahrzeuge, Fertigungs- und/oder Logistikabläufe derart steuerbar sind, dass ein Restrisiko für alle beteiligten Personen tolerierbar ist und eine Produktivität einer Anlage bzw. Automatisierungsabläufe optimal ist.
  • Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Sicherheitssystem zur Lokalisierung von mindestens einem Objekt, mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit, mit mindestens einem Funkortungssystem, wobei das Funkortungssystem mindestens drei angeordnete Funkstationen aufweist, wobei an dem Objekt mindestens ein mobiles Gerät mit mindestens einem Funktransponder angeordnet ist, wobei mittels dem Funkortungssystem Positionsdaten des Funktransponders und damit Positionsdaten der Objekte ermittelbar sind, wobei die Positionsdaten von der Funkstation des Funkortungssystems an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelbar sind, und/oder die Positionsdaten von dem Funktransponder an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelbar sind, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Positionsdaten des Funktransponders zyklisch zu erfassen, wobei die Objekte Personen oder mobile Objekte sind, wobei der Funktransponder eine Identifikation aufweist, wobei jeweils ein Funktransponder mindestens entweder einer Person oder einem mobilen Objekt zugeordnet ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Personen und mobilen Objekte zu unterscheiden, wobei um den Funktransponder herum ein räumlich ausgedehntes Schutzvolumen gebildet ist.
  • Die Aufgabe wird weiter gemäß Anspruch 29 gelöst durch ein Verfahren mit einem Sicherheitssystem zur Lokalisierung von mindestens einem Objekt, mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit, mit mindestens einem Funkortungssystem, wobei das Funkortungssystem mindestens drei angeordnete Funkstationen aufweist, wobei an dem Objekt mindestens ein mobiles Gerät mit mindestens einem Funktransponder angeordnet wird, wobei mittels dem Funkortungssystem Positionsdaten des Funktransponders und damit Positionsdaten der Objekte ermittelt werden, wobei die Positionsdaten von der Funkstation des Funkortungssystems an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt werden und/oder die Positionsdaten von dem Funktransponder an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt werden, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Positionsdaten des Funktransponders zyklisch zu erfassen, wobei die Objekte Personen oder mobile Objekte sind, wobei der Funktransponder eine Identifikation aufweist, wobei jeweils ein Funktransponder mindestens entweder einer Person oder einem mobilen Objekt zugeordnet ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Personen und mobilen Objekte zu unterscheiden, wobei um den Funktransponder herum ein räumlich ausgedehntes Schutzvolumen gebildet ist.
  • Die Begriffe Schutzvolumen und Schutzbereich werden im Folgenden als synonyme Begriffe verwendet.
  • Über das räumlich ausgedehnte Schutzvolumen sind die Objekte geschützt. Kommt das Objekt zu nahe an eine Gefahrenstelle, so wird das dem Objekt gemeldet, beispielsweise visuell, und das Objekt kann sich wieder von der Gefahrenstelle entfernen.
  • Im Falle von Personen als Objekte kann die Person sich beispielsweise zu Fuß der Gefahrenstelle bis auf einen erlaubten Mindestabstand nähern. Sobald die Person sich dem Mindestabstand nähert, wird die Person beispielsweise visuell gewarnt. Gleichzeitig kann es auch vorgesehen sein, dass die Gefahrstelle auf die Annäherung der Person reagiert und das Maß einer möglichen Gefährdung reduziert.
  • Im Falle von mobilen Objekten, welche beispielsweise autonom fahrende Fahrzeuge sind, kann sich das mobile Objekt beispielsweise fahrend der Gefahrenstelle bis auf einen erlaubten Mindestabstand nähern. Sobald sich das mobile Objekt dem Mindestabstand nähert, wird das mobile Objekte beispielsweise mittels Kommandos von der Steuer- und Auswerteeinheit gewarnt. Gleichzeitig kann es auch vorgesehen sein, dass die Gefahrstelle auf die Annäherung des mobilen Objektes reagiert und das Maß einer möglichen Gefährdung reduziert. Auch können mehrere mobile Objekte gegenseitig reagieren, beispielsweise durch Ausweichmanöver und/oder Bremsmanöver.
  • Das Sicherheitssystem erlaubt es mit Hilfe einer strategischen Risikominderung sehr vorausschauend und frühzeitig reduzierend auf eine Entstehung von Risiken einzuwirken und Gefährdungen, ohne die Produktivitätseinbußen bekannter situativer Risikominderungsstrategien, zu vermeiden.
  • Es ist eine Absicherung über größere Bereiche, also beispielsweise von vielen Arbeitsstationen, von vielen Robotern oder beispielsweise gar von ganzen Produktionshallen möglich, da nicht nur eine lokale Anwesenheit oder Annäherung von Personen detektiert wird, sondern eine Position vieler in einem Umfeld oder Bereich aktiven Personen und mobilen Objekten bzw. mobilen Maschinen detektierbar ist und fortlaufend verfolgt werden kann.
  • Das hat den Vorteil, dass sich anbahnende Gefährdungen sehr viel frühzeitiger aufgedeckt werden können, da die Steuer- und Auswerteeinheit bzw. das Sicherheitssystem die Positionen von vielen Objekten gleichzeitig kennt und deren zyklischen zeitlichen Verlauf ebenfalls kennt. Dadurch können durch das Sicherheitssystem Maßnahmen zur Risikominderung durchgeführt werden, die sehr viel weniger invasiv in die Automatisierungsabläufe eingreifen und die Produktivität weniger stören.
  • Die bisher übliche Strategie nach dem Stand der Technik, wonach bei Anwesenheit einer Person in einem Gefahrenbereich eine Maschine abgeschaltet wird oder verlangsamt wird, kann zwar auch gemäß der Erfindung vorgesehen sein, jedoch ist es mit der vorliegenden Erfindung auch möglich, eine Abschaltung oder eine unmittelbare Verlangsamung zu vermeiden, da mehr Information zur Gesamtsituation und der Positionen der Objekte vorliegt.
  • Die Ortung der Funktransponder erfolgt durch Laufzeitmessungen von Funksignalen, die zyklisch zwischen den Funktranspondern und mehreren festen Funkstationen ausgetauscht werden. Diese Triangulation funktioniert sehr gut, wenn die Signale mit ausreichender Signalstärke und auf geradem bzw. direkten Ausbreitungswege übermittelt werden.
  • Gemäß einer ersten Alternative der Erfindung werden die Signale eines Funktransponders von mehreren ortsfesten Funkstationen bzw. Ankerstationen empfangen und über eine Laufzeitvermessung z. B. Time of arrival' (TOA) oder z. B. Time Difference of Arrival' (TDOA) die Grundlage für die Ortung geschaffen. Die Berechnung bzw. Schätzung der Position eines Funktransponders geschieht dann auf der Steuer- und Auswerteeinheit beispielsweise einem zentralen RTLS-Server (Real-Time-Location-System-Server), der über eine drahtlose oder drahtgebundene Datenverbindung an alle Funkstationen bzw. Ankerstationen angeschlossen ist. Diesen Modus der Ortung nennt man RTLS-Modus (Real-Time-Location-System-Modus).
  • Alternativ kann die Positionsinformation jedoch auch auf jedem Funktransponder ermittelt werden. In diesem Fall arbeitet das Sicherheitssystem vergleichbar mit dem GPS-Navigationssystem. Jeder Funktransponder empfängt die Signale der Funkstationen bzw. Ankerstationen, die in einem festen zeitlichen Bezug zueinander ausgesendet werden. Auch hier kann über die verschiedenen Laufzeitmessungen und die Kenntnis der Funkstationspositionen bzw. Ankerpositionen eine Positionsschätzung des Funktransponders vorgenommen werden. Der Funktransponder selbst berechnet seine Position und kann diese bei Bedarf mit Hilfe des UWB-Signals oder anderer drahtloser Datenverbindungen an den RTLS-Server übertragen.
  • Die Positionsbestimmung im GPS-Modus ist in verschiedener Hinsicht unabhängig von der Positionsbestimmung im RTLS-Modus:
    • - Die Berechnung findet beispielsweise nicht in einem zentralen Server statt, sondern lokal auf einem Funktransponder.
    • - Die Grundlage für die Positionsberechnung sind die ermittelten Laufzeiten der Signale der ortsfesten Funkstationen. Im Gegensatz dazu dienen im RTLS-Modus die Signale der Funktransponder zur Laufzeitberechnung.
    • - Die Entscheidung, welche Untermenge der vorhandenen Funkstationssignale zur Positionsberechnung verwendet werden, wird auf Basis der ermittelten Signalgüte und relativen Funkstationspositionen durch den Funktransponder getroffen. Damit wird eine Untermenge der vorhandenen Sendesignale benutzt. Im RTLS-Modus wird umgekehrt auf eine Untermenge der an den verschiedenen Funkstationen empfangenen Signale zurückgegriffen.
  • Diese Unabhängigkeit der Positionsbestimmung kann nun verwendet werden, um die Ortung zu überprüfen. Wenn beide Modi parallel betrieben werden, d.h. Positionsdaten sowohl im RTLS-Modus als auch im GPS-Modus ermittelt werden, dann kann auf diesem Weg ein diversitärer und redundanter Vergleich zur Überprüfung erfolgen. Voraussetzung ist die Zusammenführung beider Positionsinformationen in der Steuer- und Auswerteeinheit.
  • Das Sicherheitssystem ermöglicht einen strategischen Risikominderungsansatz der sich von dem bekannten situativen Risikominderungsansatz mindestens dadurch unterscheidet, dass zur Situationsbewertung Informationen verwendet werden, die aus einem wesentlich größeren räumlichen Bereich, beispielsweise bestenfalls der gesamten betrachteten Anlage, ermittelt werden.
  • Aufgrund der größeren Reichweite der Eingangsinformationen und der damit verbundenen größeren Vorwarnzeit bis zur Manifestation einer Gefährdung können weitreichendere Prädiktionen über die erwartete Entwicklung des Geschehens erfolgen und es können mögliche Gefährdungen deutlich früher identifiziert werden, im Vergleich zu bekannten Umfeldsensoren, die nur lokal beschränkt sind.
  • Es sind Maßnahmen zur Risikominderung vorgesehen, die eine deeskalierende Abfolge von Maßnahmen ermöglichen, die ihre Wirksamkeit aufgrund längerer Vorlaufzeit besser entfalten und die die Einwirkung auf das Verhalten der beteiligten Personen mit einbeziehen.
  • Durch das Sicherheitssystem erfolgt eine Optimierung einer gesamten Anlage oder von Teilbereichen unter Berücksichtigung einer Zwangsbedingung eines tolerierbaren Restrisikos als Entscheidungskriterium.
  • Die hier verwendete Risikominderung verwendet als Eingangsinformationen vorzugsweise die Positionsinformationen aller Objekte, also aller Personen und mobilen Objekte, in der Regel mobile Fahrzeuge und beispielsweise zugehörige Genauigkeitsinformationen.
  • Durch das Sicherheitssystem werden Informationen zum Betriebsumfeld, wie zum Beispiel die Kenntnis über zugängliche Bereiche, beispielsweise Fahrwege und die Positionen der Gefahrstellen der Maschinen berücksichtigt.
  • Bei dem mobilen Objekt, einer bewegbaren Maschine bzw. mobilen Maschine kann es sich beispielsweise um ein führerloses Fahrzeug, fahrerloses Fahrzeug bzw. autonomes Fahrzeug, um ein autonom geführtes Fahrzeug (Autonomous Guided Vehicles, AGV), um einen autonom mobilen Roboter (Autonomous Mobile Robots, AMR), um einen industriemobilen Roboter (Industrial Mobile Robots, IMR) oder um einen Roboter mit bewegbaren Roboterarmen handeln. Die mobile Maschine weist somit einen Antrieb auf und kann in verschiedenen Richtungen bewegt werden.
  • Bei der Person kann es sich beispielsweise um eine Bedienperson oder Wartungsperson handeln. Die Funktransponder sind beispielsweise an der Kleidung oder einer Ausrüstung der Person angeordnet. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Weste handeln, an der die Funktransponder fest fixiert sind. Die Funktransponder sind beispielsweise an den Schultern und im Brust- oder Rückenbereich angeordnet. Jedoch können die Funktransponder auch an anderen Stellen der Person angeordnet sein. Beispielsweise sind zwei Funktransponder an den Schultern einer Weste einer Person angeordnet.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist eine Größe und/oder eine Form des Schutzvolumens über ein Konfigurationsgerät konfigurierbar, wobei zwischen dem Konfigurationsgerät und dem mobilen Gerät bzw. dem Funktransponder und/oder einer Funkstation eine drahtlose Kommunikationsverbindung vorhanden ist.
  • Damit kann die Größe und Form des Schutzvolumens individuell angepasst werden. Hierbei sind selbstverständlich die notwendigen Sicherheitsnormen zu beachten. Bei dem Konfigurationsgerät kann es sich um einen PC, ein tragbares Gerät, ein Tablet-Rechner, ein Smartphone oder Ähnliches handeln.
  • Bei der drahtlosen Kommunikationsverbindung kann es sich um eine Near-field-Communication, kurz NFC, also um eine Nahfeldkommunikation handeln.
  • Jedoch kann es sich bei der drahtlosen Kommunikationsverbindung auch um eine Funkverbindung gemäß dem Bluetooth Standard oder gemäß dem Bluetooth Low Energie Standard, kurz BLE handeln.
  • Bluetooth Low Energy, Bluetooth LE (kurz BLE), ehemals Bluetooth Smart, ist eine Funktechnik, mit der sich Geräte in einer Umgebung von etwa 10 Metern vernetzen lassen. Im Vergleich zu Bluetooth hat BLE einen deutlich geringeren Stromverbrauch und geringere Kosten mit einem ähnlichen Kommunikationsbereich.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist die Form des Schutzvolumens rechteckförmig, quaderförmig, zylinderförmig, kugelförmig, eiförmig oder kreuzförmig ausgebildet.
  • Rechteckförmige, quaderförmige oder zylinderförmige Schutzvolumen haben den Vorteil, dass sich mit diesen beispielsweise mobile Objekte, wie beispielsweise autonome Fahrzeuge effizient umhüllen lassen, da diese mobile Objekte selbst ebenfalls meist rechteckförmig oder quaderförmig ausgebildet sind. Das Schutzvolumen überragt dabei die Außenkontur des mobilen Objektes, beispielsweise in gleichmäßigen Abständen. Jedoch können auch Objekte wie Personen mit rechteckförmigen oder quaderförmigen Schutzvolumen umhüllt werden.
  • Kugelförmige oder beispielsweise eiförmige oder zylinderförmige Schutzvolumen haben den Vorteil, dass sich mit diesen beispielsweise Objekte, wie beispielsweise Personen effizient umhüllen lassen, da Personen selbst länglich sind. Das Schutzvolumen überragt dabei die Außenkontur der Person, beispielsweise in gleichmäßigen Abständen. Durch die Kugelform oder Eiform werden auch einfach Arme und Beine der Person mit von dem Schutzvolumen umschlossen. Jedoch können auch Objekte wie mobile Objekte mit rechteckförmigen oder quaderförmigen Schutzvolumen umhüllt werden.
  • Auch kreuzförmige Schutzvolumen haben den Vorteil, dass sich mit diesen beispielsweise Objekte, wie beispielsweise Personen effizient umhüllen lassen, da Personen mit ausgestreckten Armen sich an eine Kreuzform annähern lassen. Das Schutzvolumen überragt dabei die Außenkontur der Person, beispielsweise in gleichmäßigen Abständen. Durch die Kreuzform werden auch einfach Arme und Beine der Person mit von dem Schutzvolumen umschlossen. Jedoch können auch Objekte wie mobile Objekte mit kreuzförmigen Schutzvolumen umhüllt werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind mindestens zwei Funktransponder vorgesehen, wobei die Funktransponder unterschiedlich große Schutzvolumen aufweisen.
  • Dadurch werden mehrere Funktransponder vorgesehen, aus denen ein Anwender nur den passenden auswählen muss.
  • Dadurch ist keine zeitaufwändige Neuprogrammierung und sicherheitstechnische Abnahme von Schutzbereichen durch einen ausgebildeten Sicherheits-Ingenieur notwendig.
  • Turn-Key Solutions vom Hersteller können an Kunden verkauft werden, die in der jeweiligen Werkhalle zu wenig bzw. kein eigenes Knowhow im Bereich Sicherheits-Technik haben, um die Schutzbereiche bzw. Sicherheitsabstände eigenständig anpassen zu können.
  • Die Person, also beispielsweise ein Werker oder Servicetechniker vor Ort oder Sicherheits-Ingenieur, kann sich einfach den Schutzbereich und damit den Sicherheitsabstand aussuchen, der zur aktuellen Tätigkeit passt.
  • Durch einen größeren Schutzbereich kann die Person für kritische Arbeiten einfach die Sicherheit erhöhen.
  • Gemäß der Erfindung weist das mobile Gerät mit dem Funktransponder mindestens einen Beschleunigungssensor auf und die Größe des Schutzvolumens ist abhängig von Sensordaten des Beschleunigungssensors einstellbar. Der Beschleunigungssensorwird beispielsweise direkt auf dem mobilen Gerät mit dem Funktransponder ausgewertet oder von der Steuer- und Auswerteeinheit ausgewertet.
  • Beispielsweise ist es dadurch möglich, dass der Funktransponder durch einfaches Schütteln mit der Hand konfigurierbar bzw. einstellbar wird. So kann beispielsweise durch einfaches Schütteln die Größe und/oder Form des Schutzvolumens eingestellt werden. Beispielsweise kann eine solche Konfiguration auch zeitlich begrenzt sein. So dass nach einer bestimmten Zeit automatisch wieder das ursprüngliche Schutzvolumen aktiviert wird.
  • Weiter ist es auch möglich über eine Beschleunigungsbewegung des mobilen Geräts bzw. des Funktransponders Einfluss auf eine Gefahrstelle einer Maschine einzuwirken. Beispielsweise ist es aufgrund der Bewegung des Funktransponders möglich, eine gefahrbringende Bewegung einer Maschine beispielsweise zu verlangsamen oder zu stoppen. Beispielsweise kann eine Maschine über die Bewegung des Funktransponders auch in einen Einrichtbetrieb versetzt werden.
  • Die Person kann dem Funkortungssystem mitteilen, was sie für einen Schutzbereich braucht. Ein kurzzeitig größerer Schutzbereich kann für kritische Arbeiten einfach die Sicherheit erhöhen. Der Vorteil hiervon ist, dass die Person selbst entscheiden kann und sich nicht vollständig auf das Funkortungssystem verlassen muss.
  • Die Person vor Ort oder ein Sicherheits-Ingenieur kann die Schutzvolumen bzw. die damit verbundenen Sicherheitsabstände einfach umprogrammieren, so dass diese zur aktuellen/nächsten Tätigkeit passen.
  • Dabei kann das mobile Gerät mit dem Funktransponder auch Gyroskope und/oder Drehratensensoren aufweisen, die von der Steuer- und Auswerteeinheit auswertbar sind.
  • Um ein Mindestmaß an Sicherheit zu gewährleisten, kann beispielsweise das Schutzvolumen durch die Gestensteuerung nicht komplett abgeschaltet bzw. auf einen Radius von NULL heruntergekürzt werden. Aber es ist beispielsweise immer möglich das Schutzvolumen zu vergrößern.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind die Funktransponder optisch unterscheidbar. Beispielsweise weisen unterschiedliche Funktransponder mit unterschiedlich voreingestellten Schutzvolumen unterschiedliche Farben, unterschiedliche Markierungen und/oder unterschiedliche Symbole auf. Dadurch kann eine Person, welche die Funktransponder für sich selbst, für eine andere Person oder für die Anwendung an einem mobilen Objekt auswählt, feststellen, welcher Funktransponder über welches Schutzvolumen bzw. welche Schutzvolumen verfügt.
  • Beispielsweise haben rote Funktransponder große Schutzvolumen, gelbe Funktransponder mittelgroße Schutzvolumen und blaue Funktransponder oder grüne Funktransponder ein kleineres bzw. übliches normalgroßes Schutzvolumen. Über eine solche Farbmarkierung sind die Funktransponder intuitiv unterscheidbar.
  • Beispielsweise ist die Form des Schutzvolumens in dem Symbol auf dem Funktransponder erkennbar, so dass anhand des Symboles der geeignete Transponder und damit das geeignete Schutzvolumen ausgewählt wird.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist eine Größe und/oder eine Form des Schutzvolumens des Funktransponders abhängig von den Positionsdaten desselben Funktransponders.
  • Beispielsweise ist der Schutzbereich abhängig von der Höhe des Funktransponders. Beispielsweise wird eine Höhe über einem Boden direkt über die Funkortung bestimmt.
  • Beispielsweise kann die Höhe auch über einen im Funktransponder integrierten Luftdrucksensor überprüft werden bzw. die Genauigkeit der Höhenangabe verbessert werden.
  • Die Steuer- und Auswerteeinheit vergleicht beispielsweise eine gemessene Position bzw. Höhe der Person mit einem Umgebungsplan der Werkhalle. Aufgrund von beispielsweise vorhandenen 3D-Daten des Umgebungsplans kann die Steuer- und Auswerteeinheit bestimmen, auf welcher Höhe sich die Person befindet. Das gleiche gilt für ein Objekt bzw. ein mobiles Objekt, beispielsweise ein autonomes Fahrzeug, welches sich durch eine Werkshalle, insbesondere durch eine mehrstöckige Werkshalle bewegt.
  • Beispielsweise kann der Schutzbereich vergrößert bzw. verkleinert werden, wenn die Person außerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereiches ist. Z. B. wenn die Person, welche den Funktransponder trägt, auf einer Leiter oder einem Hubwagen steht oder in einem anderen Fall am Boden arbeitet oder gar flach auf dem Boden liegt.
  • Beispielsweise wenn eine Person auf einer bestimmten Höhe über dem Boden ist, muss die Person nicht vor mobilen Objekten auf dem Boden geschützt werden. Stattdessen wird die Leiter bzw. der Hubwagen gegen Kollisionen mit mobilen Objekten geschützt. Ortsfeste Maschinen wie beispielsweise Pressen oder Ähnliches, welche auf dem Boden stehen, brauchen in ihrem produktiven Betrieb nicht eingeschränkt werden, da die Person sich außerhalb deren Reichweite befindet.
  • Somit kann beispielsweise eine Änderung der Schutzbereiche abhängig von einer detektierten Höhe vorgenommen werden.
  • Die Schutzbereiche sind also nicht statisch, sondern dynamisch veränderlich. Die Sicherheit und/oder Produktivität kann dadurch erhöht werden.
  • Die Person, beispielsweise ein Servicetechniker vor Ort oder ein Sicherheits-Ingenieur, bekommt für Arbeiten außerhalb des normalen Tätigkeitsgebiets einen größeren oder kleineren Schutzbereich. Dadurch wird die Sicherheit und Produktivität auch für solche Tätigkeiten gewährleistet.
  • Gemäß der Erfindung ist die Größe und/oder die Form des Schutzvolumens des Funktransponders abhängig von den Positionsdaten eines anderen benachbarten Funktransponders.
  • Beispielsweise wird der Schutzbereich geändert, wenn zwei Funktransponder einen bestimmten Mindestabstandfür einen bestimmten Zeitraum unterschreiten. Beispielsweise wenn sich eine Person einem mobilen Objekt nähert oder wenn beispielsweise sich zwei mobile Objekte aufeinander zubewegen.
  • Beispielsweise kann die Person auch noch zusätzlich eine Taste betätigen, um den Schutzbereich zu ändern. Es kann auch eine andere zusätzliche Aktion vorgesehen sein, welche zu einer Zustimmung der Person zum Ändern des Schutzbereichs führt. Beispielsweise kann eine Zustimmtaste vorgesehen sein, wobei ein mobiles Objekt seine Bewegung erst dann fortsetzt, wenn die Taste oder die Zustimmtaste betätigt worden ist.
  • Die Steuer- und Auswerteeinheit kann beispielsweise eine Bahnberechnung für mobile Fahrzeuge steuern, wobei beispielsweise gefahrene unabhängige Einzelrouten zu Kolonnenrouten zusammengefasst werden, um Platz für Personen bereitzustellen.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird die Größe und/oder Form des Schutzvolumens für eine begrenzte Zeit geändert und nach Ablauf der Zeit die vorher aktivierte Größe und/oder Form wiederhergestellt.
  • In Weiterbildung der Erfindung weist das Sicherheitssystem mindestens eine ortsfest angeordnete Maschine mit einer Gefahrenstelle der Maschine auf, wobei die Position der ortsfest angeordneten Gefahrenstelle der Steuer- und Auswerteeinheit bekannt ist, wobei die Maschine abhängig von den Positionsdaten des Funktransponders beeinflussbar ist.
  • Beispielsweise kann der Schutzbereich geändert werden, wenn sich eine Person einer Maschine nähert oder beispielsweise an einer Maschine arbeitet.
  • Beispielsweise wird noch eine zeitliche Komponente berücksichtigt. Also ein zeitlich gestaffeltes Vorgehen beim Beeinflussen der Maschine, um zu verhindern, dass eine Person beispielsweise im Vorbeigehen unabsichtlich eine Maschine stoppt. D.h. die Maschine wird beispielsweise in einem ersten Zeitintervall verlangsamt und/oder ein Arbeitsablauf geändert. Wenn sich der Funktransponder länger als eine voreingestellte Zeit innerhalb eines bestimmten Abstands zur Maschine befindet, dann wird die gesamte Maschine angehalten und/oder in einen Einricht-Betrieb versetzt.
  • Weiter könnte vorgesehen sein, dass die Person zusätzlich noch eine Taste an der Maschine oder an dem Funktransponder betätigen muss bzw. eine andere Art der Zustimmung durch die Person erfolgen muss, um die Maschine zu stoppen und/oder in einen Einrichtbetrieb zu versetzen.
  • Vorgesehen ist beispielsweise ein spezieller Funktransponder, der immer die gesamte Maschine stoppt, an der der Servicetechniker gerade arbeitet, unabhängig davon, wie groß sie ist. Also auch das Ende der Maschine, das sicherheitstechnisch zwar nicht abgeschaltet werden müsste, aber produktivitätstechnisch keinen Sinn macht, da der andere Teil der Maschine z.B. die halb verarbeiteten Werkstücke nicht zu Ende verarbeiten kann, was zu einem Verlust der Teile führen würde. Z.B. bei Klebeprozessen oderwegen Hygiene-Anforderungen oder weil nicht ausreichend Pufferlager innerhalb der Maschine sind. Dazu werden beispielsweise in der Steuer- und Auswerteeinheit initial festgelegt, welche Teile die Maschine umfassen und welche gefahrbringenden Teile verlangsamt oder gestoppt werden. Alternativ kann auch das die Person direkt vor Ort umkonfigurieren.
  • In Weiterbildung der Erfindung weist das mobile Gerät eine visuelle Anzeigeeinheit und/oder eine akustische Meldeeinheit und/oder eine haptische Meldeeinheit auf oder ist mit einer solchen mindestens drahtlos verbunden.
  • An dem mobilen Gerät mit dem Funktransponder kann beispielsweise über ein Display angezeigt werden, wie groß das eingestellte Schutzvolumen ist und auch beispielsweise weitere Eigenschaften, beispielsweise die eingestellte Dauer des Schutzbereiches. Im einfachsten Fall sind an dem FunktransponderAnzeige-LEDs angeordnet, die ihre Farbe ändern, wenn der Schutzbereich geändert wird, um den geänderten Schutzbereich anzuzeigen.
  • Beispielsweise können die Daten zum Schutzbereich auch grafisch auf einem externen Display einer Maschinensteuerung oder einem mobilen Gerät wie einem Smartphone angezeigt werden, das die Daten über die Steuer- und Auswerteeinheit von dem Funktransponder erhält.
  • Weiter kann eine akustische Ausgabe der Größe des Schutzbereichs erfolgen. Auch können Warnungen und Hinweise an die Person über die akustische Meldeeinheit ausgegeben werden.
  • Weiter kann auch eine haptische Rückmeldung über die haptische Meldeeinheit vorgesehen sein, so dass die Person beispielsweise über einen Vibrationsalarm von einer Konfigurationsänderung bzw. einer geänderte Einstellung erfährt.
  • Statt über Gesten ist es auch vorgesehen, dass der Funktransponder über Anblasen oder über einfaches in die Hand nehmen des Funktransponders die Schutzbereiche umschalten kann. Beispielsweise sind hierzu Temperatursensoren, Feuchtesensoren und/oder Luftdrucksensoren in dem mobilen Gerät mit dem Funktransponder integriert.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet, jeweils eine Position der Funktransponder zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu ermitteln und daraus eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine Bewegungsrichtung und/oder mindestens eine Bahn oder eine Trajektorie der Funktransponder zu bestimmen.
  • Gemäß der Weiterbildung der Erfindung werden vorzugsweise die Geschwindigkeiten und Bewegungsrichtungen aller Personen und mobilen Objekte berücksichtigt.
  • Die Positionsinformationen dienen zur Berechnung wahrscheinlicher Bewegungsverläufe bzw. Trajektorien aller Objekte, also den Personen oder mobilen Objekten.
  • Zu jeder Person und jedem mobilen Objekt wird mit Hilfe der Positionsinformationen eine Schar von Bewegungsverläufen ermittelt und beispielsweise mit einem Wahrscheinlichkeitsmaß versehen. Das Wahrscheinlichkeitsmaß wird dabei beispielsweise auf Grundlage der Weglänge und/oder Bewegungsrichtung abgeschätzt. So sind beispielsweise kurze direkte Wege wahrscheinlicher als lange nicht direkte Wege. Weiter kann das Wahrscheinlichkeitsmaß auf Grundlage einer bekannten Historie von Wegstrecken der Objekte abgeschätzt werden. So sind beispielsweise Wege, die in der Vergangenheit häufig genutzt wurden, wahrscheinlicher als neue Wegrouten. Weiter kann das Wahrscheinlichkeitsmaß auf der Grundlage von bekannten Störungen abgeschätzt werden. So wird eine gestörte mögliche Route wahrscheinlicher vermieden als eine ungestörte Route.
  • Aus einer Schar möglicher Trajektorien und der ihnen zugeordneten Wahrscheinlichkeiten wird für jede Person und jedes mobile Objekt bzw. jedes Fahrzeug die wahrscheinlichste Bahn, Route bzw. Trajektorie ausgewählt.
  • Einer für jede von N Personen ausgewählten Trajektorie wird für jede von M Gefahrstellen eine zeitabhängige Risikokennzahl zugewiesen, die den Abstand bzw. zeitabhängigen Abstand zu Gefahrenstellen und ggf. zu Details der Automatisierungsabläufe berücksichtigt. Im einfachsten Fall kann die Gefährdung binär mit einer Annäherungsschwelle an eine Gefahrenstelle ermittelt werden. Die Risikokennzahl gibt also an, wie groß die Gefährdung einer Person durch eine Gefahrstelle zum Zeitpunkt t ist.
  • Diese zeitabhängigen Risikokennzahlen für jede Person lassen sich in Form einer N x M Matrix zusammenfassen und daraus eine Norm/Metrik ableiten, die einen zeitabhängigen Gefährdungswert für das Gesamtsystem bzw. für das Sicherheitssystem darstellt. Im einfachsten Fall kann das ein zeitabhängiges Maximum der Gefährdung sein oder auch eine Summe aller Matrixeinträge. Diese numerische Beschreibung des Gesamtsystems erlaubt nun die Verwendung bekannter Optimierungsalgorithmen.
  • In Weiterbildung der Erfindung weist das Sicherheitssystem eine Karte oder ein Kartenmodel auf und eine Navigation der bewegbaren Maschine erfolgt in der Karte oder dem Kartenmodel.
  • Dabei kann das Kartenmodel auch Informationen zu Störeinflüsse wie Sperrungen oder Stauinformationen aufweisen.
  • Dabei kann auch der Vergleich mit zugänglichen Wegen in einem Grundrissplan zur Überprüfung dienen. Im Rahmen der Konfiguration des Ortungssystems wird dazu der Bereich markiert, in dem sich überhaupt mobile Maschinen und Personen aufhalten können, insbesondere begehbare oder befahrbare Wege. Eine Ortung, die außerhalb dieser Bereiche liegt, wird damit einen systematischen Messfehler signalisieren. Das Plausibilitätsmaß ist durch die festgestellte Inkonsistenz reduziert.
  • Diese konfigurierten Bereiche können ebenfalls zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit verwendet werden, indem die Positionsinformation so korrigiert wird, dass sie in einem zugänglichen Bereich liegt. Diese Korrektur kann optional unter Zuhilfenahme von vergangenen Ortungen und Trajektorienschätzungen z.B. mit Hilfe eines Kalmanfilters erfolgen. Eine Korrektur wird das Plausibilitätsmaß einer Positionsinformation verringern, da die Korrektur einen zusätzlichen Unsicherheitsfaktor einbringt.
  • Auch hier kann durch Berücksichtigung vorangegangener Werte zusätzliche Information nutzbar gemacht werden. Die Korrektur inkonsistenter Positionswerte kann also in Richtung der letzten validen Messung oder gemäß einer Trajektorienschätzung erfolgen.
  • Weiter ist ein Vergleich von Funkortungen, die mit Hilfe unabhängiger oder unterschiedlicher Teilmengen der verfügbaren Funkstationen bzw. Ankerpunkte ermittelt wurden, möglich.
  • Das Verfahren macht sich zu Nutze, dass für die Bestimmung der Position in der Regel nicht alle Funkstationen bzw. Ankerpunkte benötigt werden und damit eine Plausibilisierung aus den Messdaten selbst möglich ist, indem dieselbe Ortungsaufgabe von zwei unterschiedlichen Untergruppen der stationären Funkstationen durchgeführt wird. Hier wird wie beim Vergleich unabhängiger Messungen verschiedener Funktransponder ein Quervergleich mit der Erwartungshaltung der Übereinstimmung geprüft.
  • In Weiterbildung der Erfindung weist das mobile Gerät mindestens zwei Funktransponder auf, wobei die zwei Funktransponder beabstandet zueinander angeordnet sind und die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Positionsdaten der Funktransponder zyklisch zu vergleichen und zyklisch geprüfte Positionsdaten der Objekte zu bilden.
  • Das Sicherheitssystem stellt sicherheitstechnisch verwendbare Positionsdaten zur Verfügung. Das bedeutet, dass die so gewonnenen Positionsdaten aller Personen und Gefahrenstellen als Grundlage für ein umfassendes, vorausschauendes und produktivitätsoptimierendes Absicherungskonzept verwendet werden können.
  • Die Positionsverfolgung erfolgt mittels Funkortung. Die Objekte erhalten Funktransponder, über die regelmäßig ein Ortungssignal an die ortsfesten Funkstationen gesendet wird und in der Steuer- und Auswerteeinheit bzw. in einer zentralen Steuerung eine Position bzw. Echtzeitposition des jeweiligen Objekts erzeugt bzw. gebildet wird.
  • Es sind somit die Positionsinformationen vieler oder aller mobilen Objekte oder mobilen Teilnehmer in einem industriellen Arbeitsumfeld in Echtzeit verfügbar.
  • Da jeweils mindestens zwei Funktransponder an dem jeweiligen Objekt angeordnet sind, können Fehler in der Ortungsinformation vermieden werden, da nämlich immer die Ortungsinformation von mindestens zwei unabhängigen Funktranspondern zur Verfügung steht. Damit ist die Ortung und das gebildete Positionssignal im Sinne einer funktionalen Sicherheit verwendbar. Damit ist es möglich, fehlerhafte Ortungen aufzudecken und zu vermeiden und die Qualität der Ortsinformation zu verbessern.
  • Auf der Basis von mehreren bzw. vielen geprüften Positionsdaten bzw. Positionsinformationen kann eine Sicherheitssituation von der Steuer- und Auswerteeinheit bewertet werden. Dadurch bietet diese bereichsorientierte bzw. raumorientierte Absicherung die Möglichkeit weiterer Risikominderungsmaßnahmen.
  • Die vorliegende Weiterbildung ermöglicht es somit, auch bei fehleranfälligen Funkortungsinformationen im Betriebsumfeld zu überprüfen, dass diese sicherheitstechnisch im Sinne von Maschinensicherheit verwendbar sind. Dabei wird aufgedeckt, wenn es zu Ortungsfehlern außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches kommt, beispielsweise aufgrund von zu schwachen Funksignalen. Eine fehlerhafte Ortungsinformation wird dabei möglichst korrigiert und für die weitere Verwendung nutzbar gemacht. Falls das nicht möglich ist, wird eine Fehlerbeherrschungsmaßnahme eingeleitet, beispielsweise wird der Positionswert als fehlerhaft gekennzeichnet.
  • Damit werden die vorliegenden Ortungsinformationen, Positionsinformationen bzw. Positionsdaten auf ihre Zuverlässigkeit hin überprüft. Weiter kann den Positionsdaten ein für die Weiterverwendung erforderliches Zuverlässigkeitsmaß zugeordnet werden.
  • Die bisher übliche Strategie nach dem Stand der Technik, wonach bei Anwesenheit einer Person in einen Gefahrenbereich eine Maschine abgeschaltet oder verlangsamt wird, kann zwar auch gemäß der Weiterbildung vorgesehen sein, jedoch ist es auch möglich eine Abschaltung oder eine unmittelbare Verlangsamung zu vermeiden, da mehr Informationen zur Gesamtsituation und Positionen der Objekte vorliegt.
  • Die Ortung der Funktransponder erfolgt durch Laufzeitmessungen von Funksignalen, die zyklisch zwischen den Funktranspondern und mehreren festen Funkstationen ausgetauscht werden. Diese Triangulation funktioniert sehr gut, wenn die Signale mit ausreichender Signalstärke und auf geradem bzw. direktem Ausbreitungswege übermittelt werden. Da das nicht immer gegeben sein muss, wird nun ein Quervergleich zwischen den so ermittelten Positionsinformationen der Funktransponder durchgeführt.
  • Aus sicherheitstechnischen Gründen kann eine redundante Positionsbestimmung mit mindestens zwei Funktranspondern vorgesehen sein. Da die Funktransponder klein und relativ günstig sind, ist diese Fehlerbeherrschungsmaßnahme leicht umzusetzen und im Hinblick auf die Fehlerbeherrschung sehr wirksam.
  • Grundsätzlich wird fortlaufend die Position beider Funktransponder eines Objekts ermittelt und miteinander verglichen. Durch den Vergleich der Positionen der Funktransponder und insbesondere den Vergleich mit einer bekannten Erwartungshaltung, nämlich dem Abstand der Funktransponder in einem Erwartungsbereich, lassen sich eine Reihe von kritischen Fehlerfällen beherrschen:
    • Ein Fehler, wonach ein Funktransponder keine Positionsinformationen mehr liefert, wird aufgedeckt und beherrscht. Ein Fehler, wonach die Signale der Funktransponder schlecht sind und mit einem großen systematischen Fehler behaftet sind, wird aufgedeckt und beherrscht. Ein Fehler, wonach eine Synchronisierung der Funktransponder nicht mehr möglich ist, wird aufgedeckt und beherrscht.
  • Im Sinne der Weiterbildung wird also für mindestens zwei Funktransponder in einer beabstandeten Anordnung die Positionen mittels Funkortung ermittelt und diese mit der Erwartungshaltung einer bekannten beabstandeten Anordnung verglichen.
  • In Weiterbildung der Erfindung werden Abfolgeschritte und/oder Prozessschritte der Maschine oder Anlage von der Steuer- und Auswerteeinheit eingelesen.
  • Dadurch sind der Steuer- und Auswerteeinheit zukünftig geplante Abfolgeschritte und/oder Prozessschritte bekannt und können für eine vorausschauende Reaktion und damit für eine vorausschauende Beeinflussung der Maschine und/oder der mobilen Objekte herangezogen werden.
  • Die Abfolgeschritte und/oder Prozessschritte liegen dabei beispielsweise in Form von Programmen oder Skripten vor, die von der Steuer- und Auswerteeinheit eingelesen werden können. Beispielsweise handelt es sich bei den Programmen um Programme einer speicherprogrammierbaren Steuerung.
  • Beispielsweise kann der Schutzbereich umgestellt werden anhand von Abfolgeschritten oder Prozessschritten einer Prozess-Steuerung. Wenn das mobile Objekt bzw. die Person ein Transportgut abgeholt hat, dann bekommt das mobile Objekt einen größeren Schutzbereich, wenn das Transportgut über das mobile Objekt, beispielsweise ein autonomes Fahrzeug, hinausragt. Die Information über die Abholung kann z.B. per NFC, induktivem Näherungssensor, Barcode an dem Transportgut über das mobile Objekt an die Steuer- und Auswerteeinheit erfolgen. Der Vorteil ist, das Transportgut als solches braucht keinen eigenen Funktransponder mit größerem Schutzbereich, um transportiert werden zu können und das mobile Objekt bzw. das autonome Fahrzeug benötigt nicht immer einen maximalen Schutzbereich, nur weil es manchmal ein großes Werkstück bzw. Transportgut transportiert.
  • In Weiterbildung der Erfindung werden mindestens eine Auftragsplanung für die Anlage und Zielkoordinaten der mobilen Fahrzeuge von der Steuer- und Auswerteeinheit eingelesen.
  • Dadurch sind der Steuer- und Auswerteeinheit zukünftig geplante Abfolgeschritte und/oder Prozessschritte aufgrund der Auftragsplanung und der Zielkoordinaten der mobilen Objekte bzw. mobilen Fahrzeuge bekannt und können für eine vorausschauende Reaktion und damit für eine vorausschauende Beeinflussung der Maschine und/oder der mobilen Objekte herangezogen werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung weist das Sicherheitssystem eine Datenbank auf, wobei die Datenbank Daten zur Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Objekte und zeitlicher und/oder räumlicher Häufigkeitsverteilung der Objekte aufweist.
  • Gemäß der Weiterbildung der Erfindung können statistische Informationen, die aus der Beobachtung vergangener Abläufe abgeleitet wurden, erzeugt und ausgewertet werden.
  • Beispielsweise sind der Steuer- und Auswerteeinheit häufig gefahrene Routen und weniger häufige gefahrene Routen der mobilen Objekte bekannt, wodurch eine mögliche Gefährdung für Personen besser und mit einer höheren Wahrscheinlichkeit abgeschätzt werden kann. Durch die bekannten Aufenthaltswahrscheinlichkeiten kann eine mögliche Gefährdung für Personen besser und mit einer höheren Wahrscheinlichkeit abgeschätzt werden, da beispielsweise an Punkten mit einer geringen Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Personen mobile Objekte bzw. mobile Fahrzeuge mit höheren Geschwindigkeiten fahren können als in Bereichen, in denen sich Personen mit hoher Wahrscheinlichkeit aufhalten werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird mittels der Steuer- und Auswerteeinheit ein Produktivitätsmaß der Anlage, der Maschine und/oder der Objekte erfasst.
  • Zusätzlich zu den bereits genannten Risikokennzahlen wird ein Produktivitätsmaß als Optimierungsparameter definiert. Im einfachsten Fall wird dabei eine akkumulierte Abschaltzeit der produktiven Abläufe oder eine Prozessdurchlaufzeit verwendet. Möglich ist jedoch auch die Verwendung von Durchsatzraten von Fahrstrecken, Energie und/oder Ressourcenverbrauch.
  • Unter Berücksichtigung einer Randbedingung, dass eine Norm der Risikokennzahl für jede Person immer unter einem Grenzwert liegen muss, welches ein tolerierbares Risiko darstellt, wird das Produktivitätsmaß mit Hilfe der Variation der Trajektorien bzw. Bahnen oder anderer Prozessparameter optimiert. Das kann zum Beispiel mit Variationsansätzen durchgeführt werden oder mit einfachem Testen der verfügbaren Trajektorien und Prozessparameter. Primäre Optimierungsgröße ist die Produktivität.
  • Zusätzlich kann auch die Risikokennzahl selbst in eine Optimierung mit einfließen, um das Gesamtrisiko zu mindern. Interessant ist dies zum Beispiel, wenn es mehrere alternative Trajektorien gibt, die in einer vergleichbaren Produktivität resultieren, etwa wenn ein mobiles Objekt zwei Möglichkeiten hat einen Zielpunkt zu erreichen, wobei beispielsweise bei einer ersten Route das mobile Objekt in die Nähe einer einzigen Person kommt und bei der zweiten alternativen Route das mobile Objekt in die Nähe mehrerer Personen kommt. Hier ist auf der ersten Route das Gesamtrisiko niedriger als auf der zweiten Route mit mehr Personen, die gefährdet werden können.
  • Entscheidend ist dabei, dass die Trajektorien der einzelnen Teilnehmer nicht rückwirkungsfrei sind, d.h. Einfluss auf die Risikokennzahl anderer Personen haben können. Die Optimierung erfolgt daher sinnvoll im Gesamtsystem.
  • In Weiterbildung der Erfindung werden mittels mindestens einer Anzeigeeinheit Warnhinweise an die Personen ausgegeben.
  • Ein verbesserter Systemzustand wird durch Hinweise bzw. Weisungen mittels der Anzeigeeinheit erreicht.
  • So kann mittels einer Anzeigeeinheit für einen Bereich beispielsweise dynamisch angezeigt werden, ob in diesem Bereich ein Aufenthalt von Personen erlaubt ist oder nicht. Weiter kann mittels der Anzeigeeinheit beispielsweise für Personen empfohlene Routen angezeigt werden, bzw. vor nicht empfohlenen Routen gewarnt werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist die Steuer- und Auswerteinheit ausgebildet, die Maschine und/oder das mobiles Fahrzeug zu steuern und damit zu beeinflussen.
  • Der optimale Systemzustand wird durch eine Steuerung von Maschinen und Prozessabläufen erreicht.
  • Die Wirksamkeit der verschiedenen Einwirkungen und ihr Einfluss auf die Produktivität sind dabei unterschiedlich und werden für eine Priorisierung der Maßnahmen verwendet. Zum Beispiel muss damit gerechnet werden, dass eine Warnung an eine Person oder die Anweisung einen alternativen Weg einzuschlagen, von Personen ignoriert wird. Bei unmittelbar drohender Gefährdung wird daher auf die sehr viel zuverlässigeren Steuerungen der Maschinen zurückgegriffen, z.B. ein Verlangsamen der Maschine oder ein Notstopp der Maschine.
  • Zu jedem Zeitpunkt wird dabei aus der Beobachtung der zeitlichen Entwicklung des Sicherheitssystems bewertet, ob das Sicherheitssystem optimiert wird und ob die Zwangsbedingungen, wonach ein Risiko tolerierbar ist, eingehalten werden. Diese Bewertung fließt als Feedback in die Auswahl der Steuerungsmaßnahmen ein.
  • Folgende Möglichkeiten sind beispielsweise zur Einwirkung vorgesehen.
    • - ein Notstopp einer Maschine oder eines mobilen Objekts bzw. Fahrzeugs,
    • - eine Verlangsamung einer Maschine oder eines mobilen Objekts bzw. Fahrzeugs,
    • - eine Änderung einer Pfadplanung einer Person oder eines mobilen Objekts bzw. Fahrzeugs
    • - Änderung einer Reihenfolge einzelner Prozessschritte eines Automatisierungsablaufs
    • - Warnungen an eine Person
    • - Anweisungen an eine Person, z. B. Hinweise auf einen alternativen Laufweg
  • In Weiterbildung der Erfindung werden aufgrund der detektierten Signalstärken der Funksignale der Funktransponder und aus dem Vergleich der Positionsdaten der Funktransponder Plausibilitätswerte gebildet.
  • Die Weiterbildung stellt sicherheitstechnisch verwendbare Positionsdaten zur Verfügung. Das bedeutet, dass die so gewonnenen Positionsdaten aller Personen und Gefahrenstellen als Grundlage für ein umfassendes, vorausschauendes und produktivitätsoptimierendes Absicherungskonzept verwendet werden können.
  • Die Positionsverfolgung erfolgt mittels Funkortung. Die Objekte erhalten Funktransponder, über die regelmäßig ein Ortungssignal an die ortsfesten Funkstationen gesendet wird und in der Steuer- und Auswerteeinheit bzw. in einer zentralen Steuerung eine Position bzw. Echtzeitposition des jeweiligen Objekts erzeugt bzw. gebildet wird.
  • Gemäß der Weiterbildung sind somit die Positionsinformationen vieler oder aller mobilen Objekte oder mobilen Teilnehmer in einem industriellen Arbeitsumfeld in Echtzeit verfügbar.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind die Abstände zwischen den Funktranspondern der Steuer- und Auswerteeinheit bekannt und in einem Speicher der Steuer und Auswerteeinheit abgespeichert.
  • Dadurch ist es möglich, verschiedene Objekte mit individuellen Abständen der Funktransponder einzulernen und diese abzuspeichern, so dass das Sicherheitssystem abgespeicherte Objekte identifizieren kann und von nicht abgespeicherten Objekten unterscheiden kann.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind mindestens drei Funktransponder angeordnet, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, aus den Positionsdaten der Funktransponder Orientierungsdaten des Objektes zu bilden.
  • Beispielsweise sind zwei Funktransponder an den Schultern einer Weste einer Person angeordnet. Beispielsweise ist ein weiterer Transponder an einem Helm der Person angeordnet.
  • Dadurch liegt sicherheitstechnisch vorteilhaft ein überbestimmtes System vor. Selbst wenn ein Funktransponder ausfallen sollte bzw. dessen Funksignale nicht erfassbar wären, verbleiben immer noch zwei Funktransponder, die redundant ausgewertet werden können. Dadurch liegt ein hoch verfügbares Sicherheitssystem vor
  • In Weiterbildung der Erfindung weisen die Funktransponder jeweils mindestens eine Zeitmesseinheit auf, wobei die Funkstationen ebenfalls jeweils mindestens eine Zeitmesseinheit aufweisen, wobei die Funkstationen ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder auszulesen und/oder zu beschreiben und die Funkstationen ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder zu synchronisieren und/oder die Funkstationen ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder mit den Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funkstationen zu vergleichen.
  • Dadurch ist eine präzisiere Positionsbestimmung möglich, welche durch die Synchronisation auch dauerhaft präzise durchgeführt werden kann, insbesondere bei sich bewegenden Objekten.
  • In Weiterbildung der Erfindung weist das Sicherheitssystem optische Sensoren, Radarsensoren, RFID-Sensoren und/oder Ultraschallsensoren auf zur Ortung und Detektion der Objekte.
  • Die Positionsdaten bzw. Positionsinformationen können mit sicheren oder nicht-sicheren Positionsdaten bzw. Positionsinformationen, die punktuell an bestimmten Orten im Betriebsumfeld mit Hilfe optischer Sensoren Radarsensoren, RFID-Sensoren und/oder Ultraschallsensoren erfasst wurden, verglichen werden.
  • Ein Beispiel ist der Abgleich mit den Positionsdaten, die im Sichtbereich eines optischen Sensors, beispielsweise einer 3D-Kamera ermittelt wurden. Das kann zum Beispiel in einem Kreuzungsbereich sein. Hierbei wird bei Erfassung eines Objekts im Sichtbereich die Position relativ zur 3D-Kamera ermittelt und mit der bekannten Position der 3D-Kamera die globale Position des Objekts abgeleitet. Dabei sind sowohl statisch angebrachte optische Sensoren als auch mobile optische Sensoren, deren Position und Orientierung durch andere Quellen bekannt ist, vorgesehen. Anschließend wird geprüft, ob sich in einer Liste der mittels Funkortung verfolgten Objekte ein Objekt befindet, dass zu diesem Positionswert passt. Bei hinreichender Übereinstimmung gilt der Positionswert der Funkortung als geprüft. In diesem Fall hat ein diversitär redundanter Ansatz die Messung bestätigt.
  • Die optischen Positionsdaten haben üblicherweise eine bessere Genauigkeit und können zusätzlich dazu benutzt werden, die Positionsgenauigkeit der Person oder der mobilen Maschine zu verbessern.
  • Die Plausibilität eines Positionswertes ist also umso größer, je besser die Übereinstimmung zwischen optischer Positionsbestimmung und Funkortung ist und je eindeutiger auch die Zuordnung zwischen optischer Positionsbestimmung und Funkortung möglich ist. Im oben dargestellten Fall kann die zusätzliche Schwierigkeit beispielsweise darin bestehen, dass nicht sicher festgestellt werden kann, ob eine erste Funkortung nicht möglicherweise auch zur einer zweiten optischen Ortung gehört und umgekehrt. Solche Mehrdeutigkeiten werden in der Plausibilität berücksichtigt. Diese Berücksichtigung kann dadurch erfolgen, dass die Zuordnung sicherheitsgerichtet so vorgenommen wird, dass eine minimale Abweichung zwischen Funkortung und optischer Position resultiert. Sie kann alternativ auch dadurch erfolgen, dass vorangegangene Positionswerte getrackt werden und die Zuordnung so gemacht wird, dass der Abstand zur vorangegangenen Messung minimiert wird.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist das Funkortungssystem ein Ultrabreitband-Funkortungssystem, wobei die verwendete Frequenz im Bereich von 3,1 GHz bis 10,6 GHz ist, wobei die Sendeenergie pro Funkstation maximal 0,5 mW beträgt.
  • Eine absolute Bandbreite beträgt bei einem Ultrabreitband-Funkortungssystem wenigstens 500 MHz oder eine relative Bandbreite beträgt mindestens 20% der zentralen Frequenz.
  • Die Reichweite eines derartigen Funkortungssystems beträgt beispielsweise 0 bis 50 m. Dabei wird die kurze zeitliche Dauer der Funkpulse für die Ortung benutzt.
  • Das Funkortungssystem sendet damit nur Funkwellen mit einer niedrigen Energie aus. Das System ist sehr flexibel einsetzbar und weist keine Interferenzen auf.
  • Vorzugsweise ist eine Vielzahl, beispielsweise mehr als drei Funkstationen angeordnet, welche mindestens einen Teil des Bewegungsbereichs der Person oder des Objektes überwachen.
  • In Weiterbildung der Erfindung erfolgt aufgrund der geprüften Positionsdaten mittels der Steuer- und Auswerteeinheit eine Veränderung der Sicherheitsfunktion des Sicherheitssystems.
  • Basierend auf Positionsdaten mittels der Steuer- und Auswerteeinheit erfolgt eine Veränderung der Sicherheitsfunktion des Sicherheitssystems.
  • Wenn eine vorbestimmte Position erkannt ist, welche beispielsweise abgespeichert ist, kann die Steuer- und Auswerteeinheit auf eine andere Schutzmaßnahme bzw. Sicherheitsfunktion umschalten. Das Umschalten der Schutzmaßnahme kann beispielsweise ein Umschalten von Messdatenkonturen, ein Umschalten von Schutzbereichen, eine Größen- oder Formanpassung von Messdatenkonturen oder Schutzbereichen und/oder eine Umschaltung der Eigenschaften eines Schutzbereiches umfassen. Zu den Eigenschaften eines Schutzbereiches gehören beispielsweise die Auflösung und/oder die Reaktionszeit des Schutzbereiches. Ein Umschalten der Schutzmaßnahme kann auch eine Sicherheitsfunktion, wie beispielsweise eine Kraftbegrenzung des Antriebs sein, auf die umgeschaltet wird.
  • In Weiterbildung der Erfindung werden mittels der Steuer- und Auswerteeinheit geprüften Positionsdaten mit gespeicherten Positionsdaten eines Sicherheitspunktes auf Übereinstimmung geprüft.
  • An bestimmten Überwachungsstellen, die sowohl beispielsweise optisch ermittelte Positionsinformationen als auch durch Funkortung ermittelte Positionsinformationen liefern, kann zudem optional eine Überprüfung der Funkortung in dem Sinne durchgeführt werden, dass geprüft wird, ob für ein detektiertes Objekt überhaupt eine Funkortung erfolgt ist. So eine Bestätigung kann die sicherheitskritischen Fehlerfälle eines fehlenden oder nicht funktionierenden Tags aufdecken und die Anforderungen an eine zyklische Prüfung im Sinne der Norm ISO 13849-1 erfüllen.
  • Der Vergleich mit unabhängigen Positionsdaten kann auch an bekannten Interaktionspunkten erfolgen. Zum Beispiel bei Betätigung eines Schalters oder beim überwachten Durchtritt durch eine Tür. In diesem Moment ist die Position des Bedieners sehr genau bekannt und kann für eine Validierung der Positionsdaten bzw. der Positionsinformation genutzt werden. Entsprechendes ist auch bei autonomen Fahrzeugen möglich. Beim Andocken in einer Ladestation oder bei der Ankunft an Übergabestationen ist die Position sehr genau bekannt und kann zur Überprüfung der Funkortung und sicherheitstechnischen Fehlerbeherrschung verwendet werden.
  • Weiter ist ein Vergleich von Funkortungen, die mit Hilfe unabhängiger oder unterschiedlicher Teilmengen der verfügbaren Funkstationen bzw. Ankerpunkte ermittelt wurden, möglich.
  • Das Verfahren macht sich zu Nutze, dass für die Bestimmung der Position in der Regel nicht alle Funkstationen bzw. Ankerpunkte benötigt werden und damit eine Plausibilisierung aus den Messdaten selbst möglich ist, indem dieselbe Ortungsaufgabe von zwei unterschiedlichen Untergruppen der stationären Funkstationen durchgeführt wird. Hier wird wie beim Vergleich unabhängiger Messungen verschiedener Funktransponder ein Quervergleich mit der Erwartungshaltung der Übereinstimmung geprüft.
  • Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen in:
    • 1 bis 3 und 7 und 8 jeweils ein Sicherheitssystem zur Lokalisierung von mindestens zwei Objekten;
    • 4 bis 6 jeweils mehrere Funktransponder an einem Objekt.
  • In den nachfolgenden Figuren sind identische Teile mit identischen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt ein Sicherheitssystem 1 zur Lokalisierung von mindestens einem Objekt 2, mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit 3, mit mindestens einem Funkortungssystem 4, wobei das Funkortungssystem 4 mindestens drei angeordnete Funkstationen 5 aufweist, wobei an dem Objekt 2 mindestens ein mobiles Gerät 19 mit mindestens einem Funktransponder 6 angeordnet ist, wobei mittels dem Funkortungssystem 4 Positionsdaten des Funktransponders 6 und damit Positionsdaten der Objekte 2 ermittelbar sind, wobei die Positionsdaten von der Funkstation 5 des Funkortungssystems 4 an die Steuer- und Auswerteeinheit 3 übermittelbar sind, und/oder die Positionsdaten von dem Funktransponder 6 an die Steuer- und Auswerteeinheit 3 übermittelbar sind, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgebildet ist, die Positionsdaten des Funktransponders 6 zyklisch zu erfassen, wobei die Objekte 2 Personen 9 oder mobile Objekte 7 sind, wobei der Funktransponder 6 eine Identifikation aufweist, wobei jeweils ein Funktransponder 6 mindestens entweder einer Person 9 oder einem mobilen Objekt 7 zugeordnet ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgebildet ist, die Personen 9 und mobilen Objekte 7 zu unterscheiden, wobei um den Funktransponder 6 herum ein räumlich ausgedehntes Schutzvolumen 20 gebildet ist.
  • Die Begriffe Schutzvolumen 20 und Schutzbereich 20 werden im Folgenden als synonyme Begriffe verwendet.
  • Über das räumlich ausgedehnte Schutzvolumen 20 sind die Objekte 2 geschützt. Kommt das Objekt 2 zu nahe an eine Gefahrenstelle, so wird das dem Objekt 2 gemeldet, beispielsweise visuell, und das Objekt 2 kann sich wieder von der Gefahrenstelle entfernen.
  • Im Falle von Personen 9 als Objekte 2 kann die Person 9 sich beispielsweise zu Fuß der Gefahrenstelle bis auf einen erlaubten Mindestabstand nähern. Sobald sich die Person 9 dem Mindestabstand nähert, wird die Person 9 beispielsweise visuell gewarnt. Gleichzeitig kann es auch vorgesehen sein, dass die Gefahrstelle auf die Annäherung der Person 9 reagiert und das Maß einer möglichen Gefährdung reduziert.
  • Im Falle von mobilen Objekten 7, welche beispielsweise autonom fahrende Fahrzeuge sind, kann sich das mobile Objekt 7 beispielsweise fahrend der Gefahrenstelle bis auf einen erlaubten Mindestabstand nähern. Sobald sich das mobile Objekt 7 dem Mindestabstand nähert, wird das mobile Objekt 7 beispielsweise mittels Kommandos von der Steuer- und Auswerteeinheit 3 gewarnt. Gleichzeitig kann es auch vorgesehen sein, dass die Gefahrstelle auf die Annäherung des mobilen Objektes 7 reagiert und das Maß einer möglichen Gefährdung reduziert. Auch können mehrere mobile Objekte 7 gegenseitig reagieren, beispielsweise durch Ausweichmanöver und/oder Bremsmanöver.
  • Durch das Sicherheitssystem 1 ist eine Absicherung über größere Bereiche, also beispielsweise von vielen Arbeitsstationen, von vielen Robotern oder beispielsweise gar von ganzen Produktionshallen möglich, da nicht nur eine lokale Anwesenheit oder Annäherung von Personen 9 detektiert wird, sondern eine Position vieler in einem Umfeld oder Bereich aktiven Personen 9 und mobilen Objekten 7 bzw. mobilen Maschinen detektierbar ist und fortlaufend verfolgt werden kann.
  • Die Ortung der Funktransponder 6 erfolgt durch Laufzeitmessungen von Funksignalen, die zyklisch zwischen den Funktranspondern 6 und mehreren ortsfesten Funkstationen 5 ausgetauscht werden. Diese Triangulation funktioniert sehr gut, wenn die Signale mit ausreichender Signalstärke und auf geradem bzw. direktem Ausbreitungswege übermittelt werden.
  • Bei dem beweglichen oder mobilen Objekt 7, kann es sich beispielsweise um ein mobiles Fahrzeug 8, ein führerloses Fahrzeug, fahrerloses Fahrzeug bzw. autonomes Fahrzeug, um ein automatisch geführtes Fahrzeug, um einen mobilen Roboter, um einen industriemobilen Roboter oder um einen Roboter mit bewegbaren Roboterarmen handeln. Das mobile Objekt 7 weist somit einen Antrieb auf und kann in verschiedenen Richtungen bewegt werden.
  • Bei der Person 9 kann es sich beispielsweise um eine Bedienperson oder Wartungsperson handeln. Die Funktransponder 6 sind beispielsweise an der Kleidung oder einer Ausrüstung der Person 9 angeordnet. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Weste handeln, an der die Funktransponder 6 fest fixiert sind. Die Funktransponder 6 sind beispielsweise an den Schultern und im Brust- oder Rückenbereich angeordnet. Jedoch können die Funktransponder 6 auch an anderen Stellen der Person 9 angeordnet sein. Beispielsweise sind zwei Funktransponder 6 an den Schultern einer Weste einer Person 9 angeordnet.
  • 2 zeigt zwei Bereiche A und B, die über einen Durchgang miteinander verbunden sind und mittels Begrenzungen oder Wänden 11 miteinander verbunden sind.
  • Gemäß 2 ist eine Absicherung über größere Bereiche A und B, also beispielsweise von vielen Arbeitsstationen, von vielen Robotern oder beispielsweise von ganzen Produktionshallen möglich, da nicht nur eine lokale Anwesenheit oder Annäherung von Personen 9 detektiert wird, sondern eine Position vieler in einem Umfeld oder Bereich A, B aktiven Personen 9 und mobilen Maschinen 8 detektierbar ist und fortlaufend verfolgt werden kann. Hierzu ist beispielsweise eine Vielzahl von Funkstationen 5 vorgesehen.
  • Gemäß 2 ist die Größe und Form des Schutzvolumens 20 über ein Konfigurationsgerät konfigurierbar, wobei zwischen dem Konfigurationsgerät und dem mobilen Gerät bzw. dem Funktransponder 6 eine drahtlose Kommunikationsverbindung vorhanden ist.
  • Damit kann die Größe und Form des Schutzvolumens 20 individuell angepasst werden. Hierbei sind selbstverständlich die notwendigen Sicherheitsnormen zu beachten. Bei dem Konfigurationsgerät kann es sich um einen PC, ein tragbares Gerät, ein Tablet-Rechner, ein Smartphone oder Ähnliches handeln.
  • Bei der drahtlosen Kommunikationsverbindung kann es sich um eine Near-field-Communication, kurz NFC, also um eine Nahfeldkommunikation handeln.
  • Jedoch kann es sich bei der drahtlosen Kommunikationsverbindung auch um eine Funkverbindung gemäß dem Bluetooth Standard oder gemäß dem Bluetooth Low Energie Standard, kurz BLE handeln.
  • Gemäß 2 ist die Form des Schutzvolumens 20 etwa rechteckförmig, quaderförmig oder eiförmig ausgebildet. Jedoch können auch andere Formen für das Schutzvolumen 20 vorgesehen sein.
  • Gemäß 2 sind mindestens zwei Funktransponder 6 vorgesehen, wobei die Funktransponder 6 unterschiedlich große Schutzvolumen 20 aufweisen.
  • Dadurch werden mehrere Funktransponder 6 vorgesehen, aus denen ein Anwender nur den passenden auswählen muss.
  • Dadurch ist keine zeitaufwändige Neuprogrammierung und sicherheitstechnische Abnahme von Schutzbereichen durch einen ausgebildeten Sicherheits-Ingenieur notwendig.
  • Durch einen größeren Schutzbereich 20 kann die Person 9 für kritische Arbeiten einfach die Sicherheit erhöhen.
  • Gemäß 2 weist das mobile Gerät mit dem Funktransponder 6 mindestens einen Beschleunigungssensor auf und die Größe des Schutzvolumens 20 ist abhängig von Sensordaten des Beschleunigungssensors einstellbar. Der Beschleunigungssensorwird beispielsweise direkt auf dem mobilen Gerät mit dem Funktransponder 6 ausgewertet oder von der Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgewertet.
  • Beispielsweise ist es dadurch möglich, dass der Funktransponder 6 durch einfaches Schütteln mit der Hand konfigurierbar bzw. einstellbar wird. So kann beispielsweise durch einfaches Schütteln die Größe und/oder Form des Schutzvolumens 20 eingestellt werden. Beispielsweise kann eine solche Konfiguration auch zeitlich begrenzt sein. So dass nach einer bestimmten Zeit automatisch wieder das ursprüngliche Schutzvolumen 20 aktiviert wird.
  • Weiter ist es auch möglich, über eine Beschleunigungsbewegung des mobilen Geräts bzw. des Funktransponders 6 auf eine Gefahrstelle einer Maschine 14 einzuwirken. Beispielsweise ist es aufgrund der Bewegung des Funktransponders 6 möglich, eine gefahrbringende Bewegung einer Maschine 14 beispielsweise zu verlangsamen oder zu stoppen. Beispielsweise kann eine Maschine 14 über die Bewegung des Funktransponders 6 auch in einen Einrichtbetrieb versetzt werden.
  • Um ein Mindestmaß an Sicherheit zu gewährleisten, kann beispielsweise das Schutzvolumen 20 durch die Gestensteuerung nicht komplett abgeschaltet bzw. auf einen Radius von NULL heruntergekürzt werden. Aber es ist beispielsweise immer möglich, das Schutzvolumen 20 zu vergrößern.
  • Gemäß 2 sind die Funktransponder 6 optisch unterscheidbar. Beispielsweise weisen unterschiedliche Funktransponder 6 mit unterschiedlich voreingestellten Schutzvolumen 20 unterschiedliche Farben, unterschiedliche Markierungen und/oder unterschiedliche Symbole auf. Dadurch kann eine Person 9, welche die Funktransponder 6 für sich selbst, für ein andere Person 9 oder für die Anwendung an einem mobilen Objekt 7 feststellen, welcher Funktransponder 6 über welches Schutzvolumen 20 bzw. welchen Schutzbereich 20 verfügt.
  • Beispielsweise haben rote Funktransponder große Schutzvolumen 20, gelbe Funktransponder mittelgroße Schutzvolumen 20 und blau Funktransponder 6 oder grüne Funktransponder 6 ein kleineres bzw. übliches normalgroßes Schutzvolumen 20. Über eine solche Farbmarkierung sind die Funktransponder 6 intuitiv unterscheidbar.
  • Beispielsweise ist die Form des Schutzvolumens 20 in dem Symbol auf dem Funktransponder erkennbar, so dass anhand des Symboles der geeignete Funktransponder 6 und damit das geeignete Schutzvolumen 20 ausgewählt wird.
  • Gemäß 2 ist die Größe des Schutzvolumens 20 des Funktransponders 6 abhängig von den Positionsdaten desselben Funktransponders 6.
  • Beispielsweise ist der Schutzbereich 20 abhängig von der Höhenlage des Funktransponders 6. Beispielsweise wird eine Höhe über einem Boden direkt über die Funkortung bestimmt. Beispielsweise kann die Höhe auch über einen im Funktransponder 6 integrierten Luftdrucksensor überprüft werden bzw. die Genauigkeit der Höhenangabe verbessert werden.
  • Die Steuer- und Auswerteeinheit 3 vergleicht beispielsweise eine gemessene Position bzw. Höhe der Person 9 mit einem Umgebungsplan der Werkhalle. Aufgrund von beispielsweise vorhandenen 3D-Daten des Umgebungsplans kann die Steuer- und Auswerteeinheit 3 bestimmen, auf welcher Höhe sich die Person 9 befindet. Das gleiche gilt für ein Objekt 2 bzw. ein mobiles Objekt 7, beispielsweise ein autonomes Fahrzeug, welches sich durch eine Werkshalle, insbesondere eine mehrstöckige Werkshalle, bewegt.
  • Beispielsweise kann der Schutzbereich 20 vergrößert bzw. verkleinert werden, wenn die Person 9 außerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereiches ist. Z.B. wenn die Person 9, welche den Funktransponder trägt, auf einer Leiter oder einem Hubwagen steht oder in einem anderen Fall am Boden arbeitet oder gar flach auf dem Boden liegt.
  • Somit kann beispielsweise eine Änderung der Schutzbereiche 20 abhängig von einer detektierten Höhenlage vorgenommen werden.
  • Gemäß 2 ist die Größe des Schutzvolumens des Funktransponders 6 abhängig von den Positionsdaten eines anderen benachbarten Funktransponders 6.
  • Beispielsweise wird der Schutzbereich 20 geändert, wenn zwei Funktransponder6 einen bestimmten Mindestabstand für einen bestimmten Zeitraum unterschreiten. Beispielsweise, wenn sich eine Person 9 einem mobilen Objekt 7 nähert oder wenn beispielsweise sich zwei mobile Objekte 7 aufeinander zubewegen.
  • Die Steuer- und Auswerteeinheit 3 kann beispielsweise eine Bahnberechnung für mobile Fahrzeuge 8 steuern, wobei beispielsweise gefahrene unabhängige Einzelrouten zu Kolonnenrouten zusammengefasst werden, um Platz für Personen 9 bereitzustellen.
  • Gemäß 2 wird die Größe und/oder Form des Schutzvolumens 20 für eine begrenzte Zeit geändert und nach Ablauf der Zeit die vorher aktivierte Größe und/oder Form wiederhergestellt.
  • Gemäß 2 weist das Sicherheitssystem 1 mindestens eine ortsfest angeordnete Maschine 14 mit einer Gefahrenstelle der Maschine 14 auf, wobei die Position der ortsfest angeordneten Gefahrenstelle der Steuer- und Auswerteeinheit 3 bekannt ist, wobei die Maschine 14 abhängig von den Positionsdaten des Funktransponders 6 beeinflussbar ist.
  • Beispielsweise kann der Schutzbereich 20 geändert werden, wenn sich eine Person einer Maschine 14 nähert oder beispielsweise an einer Maschine 14 arbeitet.
  • Gemäß 2 weist das mobile Gerät eine visuelle Anzeigeeinheit und/oder eine akustische Meldeeinheit und/oder eine haptische Meldeeinheit auf oder ist mit einer solchen mindestens drahtlos verbunden.
  • An dem mobilen Gerät mit dem Funktransponder 6 kann beispielsweise über ein Display angezeigt werden, wie groß das eingestellte Schutzvolumen 20 ist und auch beispielsweise weitere Eigenschaften, beispielsweise die eingestellte Dauer des Schutzbereiches 20. Im einfachsten Fall sind an dem mobilen Gerät bzw. Funktransponder 6 Anzeige-LEDs angeordnet, die ihre Farbe ändern, wenn der Schutzbereich 20 geändert wird, um den geänderten Schutzbereich 20 anzuzeigen.
  • Beispielsweise können die Daten zum Schutzbereich 20 auch grafisch auf einem externen Display einer Maschinensteuerung oder einem mobilen Gerät wie einem Smartphone angezeigt werden, das die Daten über die Steuer- und Auswerteeinheit 3 von dem Funktransponder 6 erhält.
  • Gemäß 7 ist die Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgebildet, jeweils eine Position der Funktransponder 6 zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu ermitteln und daraus eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine Bewegungsrichtung und/oder mindestens eine Bahn 12 oder eine Trajektorie 12 der Funktransponder 6 zu bestimmen.
  • Es werden vorzugsweise die Geschwindigkeiten und Bewegungsrichtungen aller Personen 9 und mobilen Objekte 7 berücksichtigt.
  • Die Positionsinformationen dienen zur Berechnung wahrscheinlicher Bewegungsverläufe bzw. Trajektorien 12 aller Objekte 2, also den Personen 9 oder mobilen Objekten 7.
  • Zu jeder Person 9 und jedem mobilen Objekt 7 wird mit Hilfe der Positionsinformationen eine Schar von Bewegungsverläufen ermittelt und beispielsweise mit einem Wahrscheinlichkeitsmaß versehen. Das Wahrscheinlichkeitsmaß wird dabei beispielsweise auf Grundlage der Weglänge und/oder Bewegungsrichtung abgeschätzt. So sind beispielsweise kurze direkte Wege wahrscheinlicher als lange nicht direkte Wege. Weiter kann das Wahrscheinlichkeitsmaß auf Grundlage einer bekannten Historie von Wegstrecken der Objekte 2 abgeschätzt werden. So sind beispielsweise Wege, die in der Vergangenheit häufig genutzt wurden wahrscheinlicher als neue Wegrouten. Weiter kann das Wahrscheinlichkeitsmaß auf der Grundlage von bekannten Störungen abgeschätzt werden. So wird eine gestörte mögliche Route wahrscheinlicher vermieden als eine ungestörte Route.
  • Aus einer Schar möglicher Trajektorien 12 und der ihnen zugeordneten Wahrscheinlichkeiten wird für jede Person 9 und jedes mobile Objekt 7 bzw. jedes Fahrzeug die wahrscheinlichste Bahn 12, Route bzw. Trajektorie 12 ausgewählt.
  • Gemäß 7 weist das Sicherheitssystem eine Karte oder ein Kartenmodel auf und eine Navigation der mobilen Objekte erfolgt in der Karte oder dem Kartenmodel.
  • Dabei kann das Kartenmodel auch Informationen zu Störeinflüssen wie Sperrungen oder Stauinformationen aufweisen.
  • Dabei kann auch der Vergleich mit zugänglichen Wegen in einem Grundrissplan zur Überprüfung dienen. Im Rahmen der Konfiguration des Ortungssystems wird dazu der Bereich markiert, in dem sich überhaupt mobile Objekte 7 und Personen 9 aufhalten können, insbesondere begehbare oder befahrbare Wege. Eine Ortung, die außerhalb dieser Bereiche liegt, wird damit einen systematischen Messfehler signalisieren. Das Plausibilitätsmaß ist durch die festgestellte Inkonsistenz reduziert.
  • Auch hier kann durch Berücksichtigung vorangegangener Werte zusätzliche Information nutzbar gemacht werden. Die Korrektur inkonsistenter Positionswerte kann also in Richtung der letzten validen Messung oder gemäß einer Trajektorienschätzung erfolgen.
  • Weiter ist ein Vergleich von Funkortungen, die mit Hilfe unabhängiger oder unterschiedlicher Teilmengen der verfügbaren Funkstationen 5 bzw. Ankerpunkte ermittelt wurden, möglich.
  • Gemäß 2 weist das mobile Gerät mindestens zwei Funktransponder 6 auf, wobei die zwei Funktransponder 6 beabstandet zueinander angeordnet sind und die Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgebildet ist, die Positionsdaten der Funktransponder 6 zyklisch zu vergleichen und zyklisch geprüfte Positionsdaten der Objekte 2 zu bilden.
  • Gemäß 2 werden sicherheitstechnisch verwendbare Positionsdaten zur Verfügung gestellt. Das bedeutet, dass die so gewonnenen Positionsdaten aller Personen 9 und mobilen Objekte 7 als Grundlage für ein umfassendes, vorausschauendes und produktivitätsoptimierendes Absicherungskonzept verwendet werden können.
  • Durch das Sicherheitssystem 1 sind somit die Positionsinformationen vieler oder aller mobilen Objekte 7 oder mobilen Teilnehmer in einem industriellen Arbeitsumfeld in Echtzeit verfügbar.
  • Da jeweils mindestens zwei Funktransponder 6 an dem jeweiligen Objekt 2 angeordnet sind, können Fehler in der Ortungsinformation vermieden werden, da nämlich immer die Ortungsinformation von mindestens zwei unabhängigen Funktranspondern 6 zur Verfügung steht. Damit ist die Ortung und das gebildete Positionssignal im Sinne einer funktionalen Sicherheit verwendbar. Damit ist es möglich, fehlerhafte Ortungen aufzudecken und zu vermeiden und die Qualität der Ortsinformation zu verbessern.
  • Damit werden die vorliegenden Ortungsinformationen, Positionsinformationen bzw. Positionsdaten auf ihre Zuverlässigkeit hin überprüft. Weiter kann den Positionsdaten ein für die Weiterverwendung erforderliches Zuverlässigkeitsmaß zugeordnet werden.
  • Die bisher übliche Strategie nach dem Stand der Technik, wonach bei Anwesenheit einer Person 9 in einen Gefahrenbereich eine Maschine 14 abgeschaltet wird oder verlangsamt wird, kann zwar auch hier vorgesehen sein, jedoch ist es auch möglich eine Abschaltung oder eine unmittelbare Verlangsamung zu vermeiden, da mehr Informationen zur Gesamtsituation und der Positionen der Objekte 2 vorliegt.
  • Es wird also für mindestens zwei Funktransponder 6 in einer beabstandeten Anordnung die Positionen mittels Funkortung ermittelt und diese mit der Erwartungshaltung einer bekannten beabstandeten Anordnung verglichen.
  • Gemäß 2 werden Abfolgeschritte und/oder Prozessschritte der Maschine 14 oder Anlage von der Steuer- und Auswerteeinheit 3 eingelesen.
  • Dadurch sind der Steuer- und Auswerteeinheit 3 zukünftig geplante Abfolgeschritte und/oder Prozessschritte bekannt und können für eine vorausschauende Reaktion und damit für eine vorausschauende Beeinflussung der Maschine 14 und/oder der mobilen Objekte 7 herangezogen werden.
  • Beispielsweise kann der Schutzbereich 20 umgestellt werden, anhand von Abfolgeschritten oder Prozessschritten einer Prozess-Steuerung. Wenn das mobile Objekt 7 bzw. die Person 9 ein Transportgut abgeholt hat, dann bekommt das mobile Objekt 7 einen größeren Schutzbereich 20, wenn das Transportgut über das mobile Objekt 7, beispielsweise ein autonomes Fahrzeug, hinausragt. Die Information über die Abholung kann z.B. per NFC, induktiven Näherungssensor, Barcode an dem Transportgut über das mobile Objekt 7 an die Steuer- und Auswerteeinheit 3 erfolgen.
  • Gemäß 2 wird mindestens eine Auftragsplanung für die Anlage und Zielkoordinaten der mobilen Fahrzeuge 8 von der Steuer- und Auswerteeinheit 3 eingelesen.
  • Dadurch sind der Steuer- und Auswerteeinheit 3 zukünftig geplante Abfolgeschritte und/oder Prozessschritte aufgrund der Auftragsplanung und der Zielkoordinaten der mobilen Objekte 7 bzw. mobilen Fahrzeuge 8 bekannt und können für eine vorausschauende Reaktion und damit für eine vorausschauende Beeinflussung der Maschine 14 und/oder der mobilen Objekte 7 herangezogen werden.
  • Gemäß 7 weist das Sicherheitssystem 1 eine Datenbank auf, wobei die Datenbank Daten zur Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Objekte 2 und zeitlicher und/oder räumlicher Häufigkeitsverteilung der Objekte 2 aufweist.
  • Somit können statistische Informationen, die aus der Beobachtung vergangener Abläufe abgeleitet wurden, erzeugt und ausgewertet werden.
  • Beispielsweise sind der Steuer- und Auswerteeinheit 3 häufig gefahrene Routen und weniger häufige gefahrene Routen der mobilen Objekte 7 bekannt, wodurch eine mögliche Gefährdung für Personen 9 besser und mit einer höheren Wahrscheinlichkeit abgeschätzt werden kann. Durch die bekannten Aufenthaltswahrscheinlichkeiten kann eine mögliche Gefährdung für Personen 9 besser und mit einer höheren Wahrscheinlichkeit abgeschätzt werden, da beispielsweise an Punkten mit einer geringen Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Personen 9 mobile Objekte 7 bzw. mobile Fahrzeuge 8 mit höheren Geschwindigkeiten fahren können als in Bereichen, an denen sich Personen 9 mit hoher Wahrscheinlichkeit aufhalten werden.
  • Gemäß 7 wird mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 3 ein Produktivitätsmaß der Anlage, der Maschine 14 und/oder der Objekte 2 erfasst.
  • Gemäß 3 werden mittels mindestens einer Anzeigeeinheit 18 Warnhinweise an die Personen ausgegeben.
  • Ein verbesserter Systemzustand wird durch Hinweise bzw. Weisungen mittels der Anzeigeeinheit 18 erreicht.
  • So kann mittels einer Anzeigeeinheit 18 für einen Bereich A, B beispielsweise dynamisch angezeigt werden, ob in diesem Bereich A, B ein Aufenthalt von Personen 9 erlaubt ist oder nicht. Weiter kann mittels der Anzeigeeinheit 18 beispielsweise für Personen 9 empfohlene Routen angezeigt werden, bzw. vor nicht empfohlenen Routen gewarnt werden.
  • Gemäß 3 ist die Steuer- und Auswerteinheit 3 ausgebildet, die Maschine 14 und/oder das mobiles Fahrzeug 8 zu steuern und damit zu beeinflussen.
  • Die Wirksamkeit der verschiedenen Einwirkungen und ihr Einfluss auf die Produktivität sind dabei unterschiedlich und werden für eine Priorisierung der Maßnahmen verwendet. Zum Beispiel muss damit gerechnet werden, dass eine Warnung an eine Person 9 oder die Anweisung einen alternativen Weg einzuschlagen, von Personen 9 ignoriert werden. Bei unmittelbar drohender Gefährdung wird daher auf die sehr viel zuverlässigeren Steuerungen der Maschinen 14 zurückgegriffen, z. B. ein Verlangsamen der Maschine 14 oder ein Notstopp der Maschine 14.
  • Zu jedem Zeitpunkt wird dabei aus der Beobachtung der zeitlichen Entwicklung des Sicherheitssystems 1 bewertet, ob das Sicherheitssystem 1 optimiert wird und ob die Zwangsbedingungen, wonach ein Risiko tolerierbar ist, eingehalten werden. Diese Bewertung fließt als Feedback in die Auswahl der Steuerungsmaßnahmen ein.
  • Folgende Möglichkeiten sind beispielsweise zur Einwirkung vorgesehen.
    • - ein Notstopp einer Maschine 14 oder eines mobilen Objekts 7 bzw. Fahrzeugs,
    • - eine Verlangsamung einer Maschine 14 oder eines mobilen Objekts 7 bzw. Fahrzeugs,
    • - eine Änderung einer Pfadplanung einer Person 9 oder eines mobilen Objekts 7 bzw. Fahrzeugs
    • - Änderung einer Reihenfolge einzelner Prozessschritte eines Automatisierungsablaufs
    • - Warnungen an eine Person 9
    • - Anweisungen an eine Person 9, z. B. Hinweise auf einen alternativen Laufweg
  • Gemäß 3 werden aufgrund der detektierten Signalstärken der Funksignale der Funktransponder 6 und aus dem Vergleich der Positionsdaten der Funktransponder 6 Plausibilitätswerte gebildet.
  • Es sind somit die Positionsinformationen vieler oder aller mobilen Objekte 7 oder mobilen Teilnehmer in einem industriellen Arbeitsumfeld in Echtzeit verfügbar.
  • Gemäß 3 sind die Abstände zwischen den Funktranspondern 6 der Steuer- und Auswerteeinheit 3 bekannt und in einem Speicher 10 der Steuer und Auswerteeinheit 3 abgespeichert.
  • Gemäß 3 sind mindestens drei Funktransponder 6 angeordnet, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgebildet ist, aus den Positionsdaten der Funktransponder 6 Orientierungsdaten des Objektes 2 zu bilden.
  • Beispielsweise sind zwei Funktransponder 6 an den Schultern einer Weste einer Person 9 angeordnet. Beispielsweise ist ein weiterer Funktransponder 6 an einem Helm der Person 9 angeordnet.
  • Gemäß 4 sind mindestens vier, gemäß 5 mindestens sechs oder gemäß 6 mindestens acht Funktransponder 6 an dem Objekt angeordnet, wobei jeweils zwei Funktransponder 6 auf jeweils einer Geraden liegen, wobei die Geraden jeweils senkrecht zueinander sind.
  • Dadurch sind Funktransponder 6 jeweils paarweise angeordnet, wobei die jeweiligen Paare jeweils eine unterschiedliche Orientierung aufweisen. Dadurch ist eine Orientierungsbestimmung aus jeder Richtung eindeutig. Weiter kann auch im Kreuzungspunkt der Geraden ein Funktransponder 6 angeordnet sein, so dass ein einzelner Funktransponder 6 einen Mittelpunkt bzw. einen zentralen Positionspunkt bildet, welcher als Referenzposition herangezogen werden kann.
  • Gemäß 3 weisen die Funktransponder 6 jeweils mindestens eine Zeitmesseinheit auf, wobei die Funkstationen 5 ebenfalls jeweils mindestens eine Zeitmesseinheit aufweisen, wobei die Funkstationen 5 ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder 6 auszulesen und zu beschreiben und die Funkstationen 5 ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder 6 zu synchronisieren und die Funkstationen 5 ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder 6 mit den Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funkstationen 5 zu vergleichen.
  • Gemäß 8 weist das Sicherheitssystem 1 optische Sensoren 13, Radarsensoren, RFID-Sensoren und/oder Ultraschallsensoren auf zur Ortung und Detektion der Objekte 2.
  • Die Positionsdaten bzw. Positionsinformationen können mit sicheren oder nicht-sicheren Positionsdaten bzw. Positionsinformationen, die punktuell an bestimmten Orten im Betriebsumfeld mit Hilfe optischer Sensoren 13, Radarsensoren, RFID-Sensoren und/oder Ultraschallsensoren erfasst wurden, verglichen werden.
  • Die Plausibilität eines Positionswertes ist also umso größer, je besser die Übereinstimmung zwischen optischer Positionsbestimmung und Funkortung ist und je eindeutiger auch die Zuordnung zwischen optischer Positionsbestimmung und Funkortung möglich ist.
  • Gemäß 2 ist das Funkortungssystem 4 ein Ultrabreitband-Funkortungssystem, wobei die verwendete Frequenz im Bereich von 3,1 GHz bis 10,6 GHz ist, wobei die Sendeenergie pro Funkstation maximal 0,5 mW beträgt.
  • Vorzugsweise isteine Vielzahl, beispielsweise mehr als drei Funkstationen 5 angeordnet, welche mindestens einen Teil des Bewegungsbereichs der Person 9 oder des Objektes 2 überwachen.
  • Gemäß 2 erfolgt aufgrund der geprüften Positionsdaten mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 3 eine Veränderung der Sicherheitsfunktion des Sicherheitssystems 1.
  • Basierend auf Positionsdaten mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 3 erfolgt eine Veränderung der Sicherheitsfunktion des Sicherheitssystems 1.
  • Wenn eine vorbestimmte Position erkannt ist, welche beispielsweise abgespeichert ist, kann die Steuer- und Auswerteeinheit 3 auf eine andere Schutzmaßnahme bzw. Sicherheitsfunktion umschalten. Das Umschalten der Schutzmaßnahme kann beispielsweise ein Umschalten von Messdatenkonturen, ein Umschalten von Schutzbereichen 20, eine Größen- oder Formanpassung von Messdatenkonturen oder Schutzbereichen 20 und/oder eine Umschaltung der Eigenschaften eines Schutzbereiches 20 umfassen.
  • Gemäß 2 werden mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 3 geprüften Positionsdaten mit gespeicherten Positionsdaten eines Sicherheitspunktes auf Übereinstimmung geprüft.
  • An bestimmten Überwachungsstellen, die sowohl beispielsweise optisch ermittelte Positionsinformationen als auch durch Funkortung ermittelte Positionsinformationen liefern, kann zudem optional eine Überprüfung der Funkortung in dem Sinne durchgeführt werden, dass geprüft wird, ob für ein detektiertes Objekt 2 überhaupt eine Funkortung erfolgt ist. So eine Bestätigung kann die sicherheitskritischen Fehlerfälle eines fehlenden oder nicht funktionierenden Tags aufdecken und die Anforderungen an eine zyklische Prüfung im Sinne der Norm ISO 13849-1 erfüllen.
  • Der Vergleich mit unabhängigen Positionsdaten kann auch an bekannten Interaktionspunkten erfolgen. Zum Beispiel bei Betätigung eines Schalters oder beim überwachten Durchtritt durch eine Tür. In diesem Moment ist die Position der Person 9 sehr genau bekannt und kann für eine Validierung der Positionsdaten bzw. der Positionsinformation genutzt werden. Entsprechendes ist auch bei autonomen Fahrzeugen möglich. Beim Andocken in einer Ladestation oder bei der Ankunft an Übergabestationen ist die Position sehr genau bekannt und kann zur Überprüfung der Funkortung und sicherheitstechnischen Fehlerbeherrschung verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Sicherheitssystem
    2
    Objekt
    3
    Steuer- und Auswerteeinheit
    4
    Funkortungssystem
    5
    Funkstationen
    6
    Funktransponder
    7
    mobile Objekte
    8
    mobile Fahrzeuge
    9
    Person
    10
    Speicher
    11
    Wand/Begrenzung
    12
    Bahn/Trajektorie
    13
    optische Sensoren
    14
    Maschine
    18
    Anzeigeeinheit
    19
    mobiles Gerät
    20
    Schutzvolumen/Schutzbereich
    A
    Bereich
    B
    Bereich

Claims (27)

  1. Sicherheitssystem (1) zur Lokalisierung von mindestens einem Objekt (2), mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit (3), mit mindestens einem Funkortungssystem (4), wobei das Funkortungssystem (4) mindestens drei angeordnete Funkstationen (5) aufweist, wobei an dem Objekt (2) mindestens ein mobiles Gerät (19) mit mindestens einem Funktransponder (6) angeordnet ist, wobei mittels dem Funkortungssystem (4) Positionsdaten des Funktransponders und damit Positionsdaten der Objekte (2) ermittelbar sind, wobei die Positionsdaten von der Funkstation (5) des Funkortungssystems (4) an die Steuer- und Auswerteeinheit (3) übermittelbar sind, und/oder die Positionsdaten von dem Funktransponder (6) an die Steuer- und Auswerteeinheit (3) übermittelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, die Positionsdaten des Funktransponders zyklisch zu erfassen, wobei die Objekte (2) Personen (9) oder mobile Objekte (7) sind, wobei der Funktransponder (6) eine Identifikation aufweist, wobei jeweils ein Funktransponder (6) mindestens entweder einer Person (9) oder einem mobilen Objekt (7) zugeordnet ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, die Personen (9) und mobilen Objekte (7) zu unterscheiden, wobei um den Funktransponder herum ein räumlich ausgedehntes Schutzvolumen (20) gebildet ist, wobei der Funktransponder (6) mindestens einen Beschleunigungssensor aufweist und die Größe des Schutzvolumens (20) abhängig von Sensordaten des Beschleunigungssensors einstellbar sind und/oder die Größe und/oder Form des Schutzvolumens (20) des Funktransponders (6) abhängig von den Positionsdaten eines anderen benachbarten Funktransponders (6) ist.
  2. Sicherheitssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe und/oder eine Form des Schutzvolumens (20) über ein Konfigurationsgerät konfigurierbar ist, wobei zwischen dem Konfigurationsgerät und dem Funktransponder (6) und/oder einer der Funkstationen (5) eine drahtlose Kommunikationsverbindung vorhanden ist.
  3. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Form des Schutzvolumens (20) rechteckförmig, quaderförmig, zylinderförmig, kugelförmig oder eiförmig oder kreuzförmig ausgebildet ist.
  4. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Funktransponder (6) vorgesehen sind, wobei die Funktransponder (6) jeweils unterschiedlich große Schutzvolumen aufweisen.
  5. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktransponder (6) optisch unterscheidbar sind.
  6. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe und/oder Form des Schutzvolumens (20) des Funktransponders (6) abhängig von den Positionsdaten desselben Funktransponders (6) ist.
  7. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe und/oder Form des Schutzvolumens (20) für eine begrenzte Zeit geändert wird und nach Ablauf der Zeit die vorher aktivierte Größe und/oder Form wiederhergestellt wird.
  8. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitssystem (1) mindestens eine ortsfest angeordnete Maschine (14) mit einer Gefahrenstelle der Maschine (14) aufweist, wobei die Position der ortsfest angeordneten Gefahrenstelle der Steuer- und Auswerteeinheit (3) bekannt ist, wobei die Maschine (14) abhängig von den Positionsdaten des Funktransponders (6) beeinflussbar ist.
  9. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Gerät (19) eine visuelle Anzeigeeinheit und/oder eine akustische Meldeeinheit und/oder eine haptische Meldeeinheit aufweist oder mit einer solchen mindestens drahtlos verbunden ist.
  10. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, jeweils eine Position der Funktransponder (6) zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu ermitteln und daraus eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine Bewegungsrichtung und/oder mindestens eine Bahn (12) oder eine Trajektorie der Funktransponder (6) zu bestimmen.
  11. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitssystem (1) eine Karte oder ein Kartenmodel aufweist und eine Navigation der bewegbaren Maschine in der Karte oder dem Kartenmodel erfolgt.
  12. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Gerät mindestens zwei Funktransponder (6) aufweist, wobei die zwei Funktransponder (6) beabstandet zueinander angeordnet sind und die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, die Positionsdaten der Funktransponder (6) zyklisch zu vergleichen und zyklisch geprüfte Positionsdaten der Objekte (2) zu bilden.
  13. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abfolgeschritte und/oder Prozessschritte der Maschine (14) oder Anlage von der Steuer- und Auswerteeinheit (3) eingelesen werden.
  14. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Auftragsplanung für die Anlage und Zielkoordinaten der mobilen Objekte (7) von der Steuer- und Auswerteeinheit (3) eingelesen werden.
  15. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitssystem (1) eine Datenbank aufweist, wobei die Datenbank Daten zur Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Objekte (2) und zeitlicher und/oder räumlicher Häufigkeitsverteilung der Objekte (2) aufweist.
  16. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuer- und Auswerteeinheit (3) ein Produktivitätsmaß der Anlage, der Maschine (14) und/oder der Objekte (2) erfasst wird.
  17. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens einer Anzeigeeinheit (18) Warnhinweise an die Personen (9) ausgegeben werden.
  18. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteinheit (3) ausgebildet ist, die Maschine (14) und/oder das mobiles Fahrzeug (8) zu steuern und damit zu beeinflussen.
  19. Sicherheitssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der detektierten Signalstärken der Funksignale der Funktransponder (6) und aus dem Vergleich der Positionsdaten der Funktransponder (6) Plausibilitätswerte gebildet werden.
  20. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände zwischen den Funktranspondern (6) der Steuer- und Auswerteeinheit (3) bekannt sind und in einem Speicher der Steuer und Auswerteeinheit (3) abgespeichert sind.
  21. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Funktransponder angeordnet sind, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, aus den Positionsdaten der Funktransponder (6) Orientierungsdaten des Objektes (2) zu bilden.
  22. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktransponder (6) jeweils mindestens eine Zeitmesseinheit aufweisen, wobei die Funkstationen (5) ebenfalls jeweils mindestens eine Zeitmesseinheit aufweisen, wobei die Funkstationen (5) ausgebildet sind,die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder (6) auszulesen und/oder zu beschreiben und die Funkstationen (5) ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder (6) zu synchronisieren und/oder die Funkstationen (5) ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder (6) mit den Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funkstationen (5) zu vergleichen.
  23. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitssystem (1) optische Sensoren (13), Radarsensoren, RFID-Sensoren und/oder Ultraschallsensoren aufweist zur Ortung und Detektion der Objekte (2).
  24. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funkortungssystem (4) ein Ultrabreitband-Funkortungssystem ist, wobei die verwendete Frequenz im Bereich von 3,1 GHz bis 10,6 GHz ist, wobei die Sendeenergie pro Funkstation (5) maximal 0,5 mW beträgt.
  25. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der geprüften Positionsdaten mittels der Steuer- und Auswerteeinheit (3) eine Veränderung der Sicherheitsfunktion des Sicherheitssystems (1) erfolgt.
  26. Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuer- und Auswerteeinheit (3) geprüften Positionsdaten mit gespeicherten Positionsdaten eines Sicherheitspunktes auf Übereinstimmung geprüft werden.
  27. Verfahren mit einem Sicherheitssystem (1) zur Lokalisierung von mindestens einem Objekt (2), mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit (3), mit mindestens einem Funkortungssystem (4), wobei das Funkortungssystem (4) mindestens drei angeordnete Funkstationen (5) aufweist, wobei an dem Objekt (2) mindestens ein mobiles Gerät mit mindestens einem Funktransponder (6) angeordnet wird, wobei mittels dem Funkortungssystem (4) Positionsdaten des Funktransponders und damit Positionsdaten der Objekte (2) ermittelt werden, wobei die Positionsdaten von der Funkstation (5) des Funkortungssystems (4) an die Steuer- und Auswerteeinheit (3) übermittelt werden, und/oder die Positionsdaten von dem Funktransponder (6) an die Steuer- und Auswerteeinheit (3) übermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, die Positionsdaten des Funktransponders zyklisch zu erfassen, wobei die Objekte (2) Personen (9) oder mobile Objekte (7) sind, wobei der Funktransponder (6) eine Identifikation aufweist, wobei jeweils ein Funktransponder (6) mindestens entweder einer Person (9) oder einem mobilen Objekt (7) zugeordnet ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, die Personen (9) und mobilen Objekte (7) zu unterscheiden, wobei um den Funktransponder herum ein räumlich ausgedehntes Schutzvolumen (20) gebildet ist, wobei der Funktransponder (6) mindestens einen Beschleunigungssensor aufweist und die Größe des Schutzvolumens (20) abhängig von Sensordaten des Beschleunigungssensors einstellbar sind und/oder die Größe und/oder Form des Schutzvolumens (20) des Funktransponders (6) abhängig von den Positionsdaten eines anderen benachbarten Funktransponders (6) ist.
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