Normkonforme Systembeschreibung -SDEA

📄 Normkonforme Systembeschreibung: Selmo-Automat (erweiterter deterministischer Zustandsautomat)

1. Grundmodell

Das Steuerungssystem basiert auf einem erweiterten deterministischen endlichen Automaten (DEA) nach dem Prinzip eines Moore-Automaten. Das bedeutet:

• Die Steuerung ist zustandsbasiert.

• Alle Ausgänge werden ausschließlich durch den aktiven Zustand definiert.

• Zustandsübergänge erfolgen deterministisch, also eindeutig und vollständig nachvollziehbar.

Jeder Zustand beschreibt einen logisch abgeschlossenen Schritt im Maschinenverhalten.

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2. Funktionale Bestandteile des Automaten

Der Automat ist definiert durch das 8-Tupel:

S=(Z,Σ,Γ,δ,λ,z0,B,M)

Symbol	Beschreibung
Z	Endliche Menge modellierter Zustände
Σ	Eingabemenge aus Sensoren, Tastern, Feedback-Signalen
Γ	Ausgabemenge an Aktoren (z. B. Ventile, Motoren)
δ	Zustandsübergangsfunktion unter Berücksichtigung von Eingaben und Speicher
λ	Zustandsausgabefunktion nach Moore
z0	Startzustand
B	Bit-Control-Matrix mit Signalverhalten pro Zustand und Zone
M	Menge der Mem-Zonen (interner Zustandsspeicher)

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3. Bit-Control-Matrix (System-Layer)

Die Bit-Control-Matrix legt das Verhalten jeder Zone im jeweiligen Zustand fest:

• 0: Keine Anforderung („Don’t care“)

• S: Sequence Check → erwartete Aktion oder Reaktion

• I: Interlock → sicherheitsrelevante Überwachungsanforderung mit Stop

• M: Monitoring → sicherheitsrelevante Überwachungsanforderung mit Dokumentation

Ein Übergang in den Folgezustand ist nur zulässig, wenn:

• alle S-Zonen erfüllt sind

• keine I-Zone eine Abweichung meldet

• keine Fehler in übergeordneten Constantly Monitoring Zones (CMZ) bestehen

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4. Zonenstruktur

Jede Zone wird eindeutig typisiert:

• Input-Zone: Überwachung Input Signale

• Output-Zone: Ansteuerung von Outputs = Aktoren ohne Feedback

• In-Out-Zone: Kombination von Steuerung und Rückmeldung

• Mem-Zone: Zustandsinterner Speicher zur Steuerung abhängiger Abläufe

Die Zonen sind über eine systematische Matrix (Bit-Control) mit den Zuständen verbunden. So entsteht ein vollständiges Verhaltensmodell der Maschine.

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5. Speicherfunktion (Mem-Zonen)

Mem-Zonen dienen als interne Gedächtnisfunktion:

• Sie werden explizit in einem Zustand mit S gesetzt oder zurückgesetzt.

• Sie können in Übergangsbedingungen und Logikpfaden verwendet werden.

• Ihr Status ist deterministisch im Ablaufmodell enthalten.

• Dienen für ein synchrone Ablaufsteuerung zu erfolgten Ablauf bzw. Verhindert falschen Zustand

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6. Fehlererkennung und Zustandsüberwachung

Das System erkennt abweichende Signalzustände automatisch:

• I-Zonen überwachen sicherheitsrelevante Signale → führen bei Abweichung zum Automatik-Stop mit Fehlerdiagnose

• S-Zonen zeigen Bedienerführungen im HMI an → Zustand wartet aktiv, bis alle Bedingungen erfüllt sind

• Fehlermeldungen werden automatisch generiert, lokalisiert und im HMI angezeigt

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7. Erweiterte Sicherheitsfunktionen (Standard-Selmo)

Zusätzlich zur Basislogik sind im Modell folgende Standardfunktionen integriert:

• CMZ (Constantly Monitoring Zone): dauerhafte Signalüberwachung, unabhängig vom Zustand

• MXIC (Manual Cross Interlock): sichere Freigabebedingungen für manuelle Bewegungen im Handbetrieb

• Parameter-Layer: modellierte, parametrierbare Werte (z. B. Zeiten, Zählungen, Schwellen)

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8. Normative Einordnung

Die deterministische, formalisierte Struktur des Selmo-Automaten unterstützt eine nachvollziehbare und risikominimierte Maschinensteuerung entsprechend:

• EN ISO 13849-1 (Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen)

  • Funktionsüberwachung (z. B. Interlock, CMZ)

  • Fehlererkennung und definierte Reaktionen

• IEC 61508 / IEC 62061 (Funktionale Sicherheit)

  • Zustandsmodellierung für sichere Steuerungsabläufe

  • Determinismus, Prüfbarkeit und Validierbarkeit

• IEC 61131-3 (Programmiernorm)

  • Trennung von Steuerung (Zustand) und Überwachung (Bit-Control)

• Maschinenverordnung (EU) / CE-Konformität:

  • Nachvollziehbares, prüfbares Steuerungsverhalten

  • Automatisch erzeugbare Dokumentation durch formale Modellierung

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9. Vorteil der Formalisierung

Die vollständige formale Definition ermöglicht:

• Automatische Codegenerierung

• Automatische Validierung und Simulation

• Vollständige technische Dokumentation

• Reduzierung menschlicher Programmierfehler

• Erhöhte Nachvollziehbarkeit im Sinne der Produkthaftung