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Die
Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für ein fluidtechnisches Gerät, insbesondere
einen pneumatischen Zylinder, mit mindestens einem Sensor zur Bildung
mindestens eines Sensorwerts anhand einer Eigenschaft oder eines
Zustands des fluidtechnischen Geräts, und mit einer Sensor-Kommunikationseinrichtung
zum Senden des mindestens einen Sensorwerts sowie ein mit einer
solchen Sensorvorrichtung ausgestattetes fluidtechnisches Gerät.
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Bei
dem fluidtechnischen Gerät
handelt es sich beispielsweise um einen pneumatischen Zylinder,
einen elektro-pneumatischen Hybridanantrieb oder dergleichen. Der
Sensor erfasst Eigenschaften oder Betriebszustände des Geräts, beispielsweise eine Position
des Kolbens, Drücke
in Kammern des Zylinder oder dergleichen. Über die Sensor-Kommunikationseinrichtung,
beispielsweise eine digitale Ausgabeschnittstelle, sendet die Sensorvorrichtung Sensorwerte,
z. B. Druckwerte, Positionswerte oder dergleichen, des fluidtechnischen
Geräts,
beispielsweise an eine Steuerung oder Regelung für das fluidtechnische Gerät. Die Steuerung
oder Regelung steuert oder regelt das Gerät anhand der Sensorwerte. Eine
Positionsregelung stellt anhand der Sensorwerte, die Istwerte darstellen,
beispielsweise eine gewünschte
Soll-Position des Kolbens ein.
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Zur
Realisierung dieser Regelungsaufgaben muss eine Regelung aufwändig parametriert
werden. Dazu müssen
z. B. Sensordaten, beispielsweise Messbereiche der Sensorvorrichtung,
bei der Regelung durch Parameter festgelegt werden. Hinzu kommt
eine aufwändige
Parametrierung physikalischer Eigenschaften des zu steuernden oder
zu regelnden fluidtechnischen Gerätes, beispielsweise Verfahrwege,
Durchmesser eines Kolbens oder dergleichen in der Steuerung oder
Regelung.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vereinfachtes
Bedienkonzept für
eine Sensorvorrichtung bereitzustellen.
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Zur
Lösung
der Aufgabe ist bei einer Sensorvorrichtung der eingangs genannten
Art vorgesehen, dass sie eine Leseeinrichtung zum Lesen von das
fluidtechnische Gerät
kennzeichnenden Geräte-Identifikationsdaten
aufweist, und dass die Sensorvorrichtung zum Senden der Geräte-Identifikationsdaten über die
Sensor-Kommunikationseinrichtung ausgestaltet ist. Ferner eignet
sich ein mit einer solchen Sensorvorrichtung ausgestattetes fluidtechnisches Gerät zur Lösung der
Aufgabe.
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Ein
Grundgedanke der Erfindung ist, dass die Sensorvorrichtung eine
zusätzliche
Funktionalität bereitstellt:
sie übermittelt
zusätzlich
zu Sensorwerten auch Geräte-Identifikationsdaten
des Gerätes, dessen
Betriebszustände,
Eigenschaften oder dergleichen sie sensiert. Die ohnehin vorhandene
Sensor-Kommunikationseinrichtung der Sensorvorrichtung wird für diese
Kommunikationsaufgaben zusätzlich
genutzt. Zur Übermittlung
von gerätetypischen Identifikationsdaten
ist keine separate Schnittstelle oder gar eine Sendeeinrichtung
auf Seiten des fluidtechnischen Gerätes erforderlich. Der Sensor
kann beispielsweise einen Positionssensor, einen Drucksensor, einen
Temperatursensor oder einen Kraftsensor umfassen.
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Bei
den Geräte-Identifikationsdaten
handelt es sich beispielsweise um einen Typ des Gerätes, um eine
Seriennummer des Gerätes,
um physikalische Größen, z.
B. Länge,
Wirkfläche
eines Aktorglieds oder Kolbens, Druckwerte, insbesondere Maximaldrücke und
Nenn-Betriebsdrücke,
Kraftabgabewerte, Kraftabgabewerte im Verhältnis zu eingestellten Drücken, ein
Arbeitshub oder dergleichen. Auch kinematische Daten des fluidtechnischen
Gerätes,
z. B. Geschwindigkeitswerte, z. B. eine Maximalgeschwindigkeit oder
eine Nenn-Betriebsgeschwindigkeit, Bremsweg oder dergleichen können Geräte-Identifikationsdaten
darstellen.
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Die
Geräte-Identifikationsdaten
können
in einem Sensor-Speicher
gespeichert sein. Beispielsweise hat die Sensorvorrichtung einen
Mikrocontroller, der einen Sensor-Speicher umfasst. Auch ein separater
Sensor-Speicher, beispielsweise ein Flash oder ein E(E)PROM, kann
zur Speicherung der Geräte-Identifikationsdaten
vorgesehen sein.
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Vorteilhaft
sind in dem Sensor-Speicher auch Sensor-Identifikationsdaten gespeichert,
die die Sensorvorrichtung kennzeichnen. Die Sensorvorrichtung diese
Sensor-Identifikationsdaten ebenfalls über die Sensor-Kommunikationseinrichtung
aus. Die Sensor-Identifikationsdaten umfassen beispielsweise Sensortyp,
Seriennummer, Messbereiche des Sensors, Auflösung, Nullpunkt oder dergleichen.
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Der
Sensor-Speicher ist mit den jeweiligen Identifikationsdaten (Sensor-Identifikationsdaten) und/oder
Geräte-Identifikationsdaten,
programmierbar. Beispielsweise handelt es sich bei dem Sensor-Speicher
um einen Flash-Speicher.
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Bei
dem vorgenannten Lösungsansatz
sind die Geräte-Identifikationsdaten
sozusagen an Bord der Sensorvorrichtung gespei chert. Auf Seiten
des fluidtechnischen Gerätes
sind dann keine weiteren Einrichtungen erforderlich, beispielsweise
kein Speicherchip zur Speicherung der Geräte-Identifikationsdaten. Aber
auch diese Möglichkeit
ist gegeben:
Die Leseeinrichtung der Sensorvorrichtung umfasst beispielsweise
eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von durch das fluidtechnische
Geräte übermittelten
Geräte-Identifikationsdaten.
Die Leseeinrichtung kann durch die Empfangseinrichtung gebildet
oder in der Empfangseinrichtung enthalten sein. Ferner kann es sich
bei der Leseeinrichtung um eine separate Einrichtung, beispielsweise
um einen optischen Leser oder einen Funk-Empfänger, handeln, der mit der
Empfangseinrichtung verbunden ist. Die Geräte-Identifikationsdaten sind
bei diesem Lösungsansatz
zumindest teilweise in einem Geräte-Speicher des fluidtechnischen
Gerätes
gespeichert und werden an die Sensorvorrichtung weitergeleitet,
die die Geräte-Identifikationsdaten über die Sensor-Schnittstelle
kommuniziert.
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Zwar
wäre es
möglich,
dass die Empfangseinrichtung drahtgebunden mit dem Geräte-Speicher des
fluidtechnischen Gerätes
verbunden ist, beispielsweise über
elektrische Kontakte. Vorteilhaft ist aber auch ein drahtloser Ansatz,
bei dem die Empfangseinrichtung zur einer drahtlosen Kommunikation
mit dem fluidtechnischen Gerät
verbunden ist. Drahtlos heißt
beispielsweise Übertragung
mit Licht, Funk oder dergleichen. An dem fluidtechnischen Gerät beispielsweise
ein sogenannter RFID-Chip angeordnet sein (RFID = Radio Frequency
Identification).
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Ferner
ist eine Misch-Lösung
möglich,
das heißt,
dass ein Teil der Geräte-Identifikationsdaten an
Bord der Sensorvorrichtung in dem Sensor-Speicher gespeichert sind,
während
an dere Daten, beispielsweise eine Typkennung des fluidtechnischen Gerätes, in
dem Geräte-Speicher
abgelegt sind. Das fluidtechnische Gerät übermittelt dann die Typkennung
an die Sensorvorrichtung, die diese Typkennung neben weiteren Geräte-Identifikationsdaten, beispielsweise
physikalische Eigenschaften des Geräts, über die Sensor-Kommunikationseinrichtung weiter
kommuniziert. Dabei ist es auch möglich, dass die Sensorvorrichtung
anhand der von dem fluidtechnischen Gerät übermittelten ersten Geräte-Identifikationsdaten
zweite Geräte-Identifikationsdaten
in ihrem Sensorspeicher ermittelt. So kann das fluidtechnische Gerät beispielsweise
seine Typkennung an die Sensorvorrichtung übermitteln oder die Sensorvorrichtung
diese Typkennung aus dem fluidtechnischen Gerät auslesen und anhand der Typkennung weitere
Geräte-Identifikationsdaten
in dem Sensor-Speicher ermitteln, beispielsweise der Typkennung
zugeordnete physikalische Eigenschaften des fluidtechnischen Geräts.
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Die
Sensor-Kommunikationseinrichtung weist zweckmäßigerweise mindestens eine
Busschnittstelle, beispielsweise eine Feldbus-Schnittstelle auf.
Vorteilhaft ist auch eine zweite Bus-Schnittstelle bei der Sensorvorrichtung
vorhanden, so dass die Sensorvorrichtung mit weiteren Komponenten des
Busses verkettet werden kann. So können beispielsweise weitere
Sensorvorrichtungen verkettet werden, z. B. erfindungsgemäße Sensorvorrichtungen
zur Übermittlung
von Geräte-Identifikationsdaten oder
auch aus dem Stand der Technik bekannte, nicht zur Übermittlung
von Geräte-Identifikationsdaten
geeignete Sensorvorrichtungen.
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Vorteilhaft
senden die Sensorvorrichtung die Geräte-Identifikationsdaten automatisch,
beispielsweise im Rahmen einer Anmelde-Prozedur bei einer Ankopplung
an ein Automatisierungssystem. Die Sensorvorrichtung kann die Geräte-Identifika tionsdaten
aber auch als Antwort auf eine Anfrage beispielsweise einer überlagerten
Steuerung oder Regelung, übermitteln.
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Zweckmäßigerweise
ist der Sensor-Speicher ein nicht-flüchtiger
Speicher. Somit bleiben die Geräte-Identifikationsdaten
auch bei einem Stromausfall erhalten.
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Vorteilhaft
hat die Sensorvorrichtung jedoch einen elektrischen Energiespeicher,
insbesondere einen Langzeitspeicher. Dadurch ist es möglich, die Sensorvorrichtung
autark von einer externen Stromversorgung zu betreiben. Die Batterie,
beispielsweise eine Langzeitbatterie, ist zweckmäßigerweise auswechselbar. Durch
den elektrischen Energiespeicher an Bord der Sensorvorrichtung ist
eine einfache Installation möglich.
Ferner kann die Sensorvorrichtung gut gekapselt werden, so dass
sie eine hohe elektrische Schutzklasse erfüllt und/oder eine gute elektro-magnetische
Verträglichkeit
aufweist. Der Betrieb mit einem Energiespeicher ist insbesondere
bei einer drahtlosen Sensor-Kommunikationsschnittstelle zweckmäßig. Somit
sind keine Leitungsverbindungen erforderlich, um die Sensorvorrichtung
an ein Automatisierungssystem, eine Regelung oder dergleichen, anzukoppeln.
Der elektrische Energiespeicher kann auch dazu dienen, die in dem
Sensor-Speicher gespeicherten Daten, unter anderem die Geräte-Identifikationsdaten,
zu speichern. Zusätzlich
zu dem elektrischen Energiespeicher oder alternativ dazu ist es
auch möglich,
eine lokale Energieerzeugungseinheit, beispielsweise Solarzellen,
einen mit Fluid betriebenen elektrischen Generator, oder dergleichen
bei der Sensorvorrichtung vorzusehen. Die lokale Energieerzeugungseinheit
erzeugt beispielsweise elektrischen Strom, der in einem Pufferspeicher,
beispielsweise einem Kondensator, der Sensorvorrichtung gespeichert
wird.
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Für einen
Langzeitbetrieb der Sensorvorrichtung ist es auch vorteilhaft, wenn
sie eine Energiesparfunktion aufweist. Beispielsweise schaltet die Sensorvorrichtung
nach einer vorbestimmten Zeit von Inaktivität in einen energiesparenden
Ruhemodus um. Bei Erhalt einer Anfragenachricht, bei einem Zustandswechsel
des zu sensierenden fluidtechnischen Geräts oder dergleichen, wacht
die Sensorvorrichtung wieder auf und übermittelt beispielsweise Sensorwerte,
Geräte-Identifikationsdaten
oder dergleichen.
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Die
Sensorvorrichtung kann einen integralen Bestandteil des fluidtechnischen
Gerätes
bilden, beispielsweise in dessen Gehäuse integriert sein. Beispielsweise
kann die Sensorvorrichtung in einem Deckel eines pneumatischen Zylinders
montiert sein.
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Vorteilhaft
ist aber auch modulares Konzept, das heißt, dass die Sensorvorrichtung
ein an dem fluidtechnischen Gerät
anordenbares, insbesondere lösbar
befestigbares Sensormodul ist. Die Sensorvorrichtung kann beispielsweise
an einem Deckel oder in einer Nut eines Zylindergehäuses befestigt werden.
Auch ein Anschrauben, Anklemmen oder Ankleben ist möglich. Das
modulare Konzept hat den Vorteil, dass die Sensorvorrichtung im
Falle einer Störung
oder dann, wenn sie woanders benötigt
wird, leicht umgebaut werden kann.
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Die
Sensorvorrichtung hat vorteilhaft elektrische Kontakte, die beim
Anordnen an dem fluidtechnischen Gerät eine Verbindung mit einem
Geräte-Speicher
des fluidtechnischen Geräts
herstellen. Dort sind, wie oben erläutert, zumindest teilweise
die Geräte-Identifikationsdaten
gespeichert. Es versteht sich, dass auch eine drahtlose Übermittlung
zwischen dem Geräte-Speicher
und der an dem Gerät angeordneten
Sensorvorrichtung möglich
ist.
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Ferner
ist es möglich,
dass das Sensormodul als eine Art Zwischenmodul auszugestalten,
das zwar abgesetzt von dem fluidtechnischen Gerät betreibbar ist, dennoch aber
dessen Zustände
und/oder Eigenschaften erfasst. Insbesondere bei diesem Konzept
ist es vorteilhaft, wenn die Sensorvorrichtung drahtlos mit einem
Geräte-Speicher
des fluidtechnischen Geräts
kommuniziert um von dort Geräte-Identifikationsdaten
auszulesen, wenn diese nicht alternativ an Bord der Sensorvorrichtung
in deren Sensor-Speicher gespeichert sind. Das Zwischenmodul kann
beispielsweise eine Positionsmesssystem sein, das in einer gewissen
Entfernung von dem fluidtechnischen Gerät angeordnet ist. Ferner ist
es möglich,
das Zwischenmodul beispielsweise als einen Drucksensor, der an einer
mit dem fluidtechnischen Gerät
verbundenen Fluidleitung angeordnet ist, auszugestalten.
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Das
fluidtechnische Gerät
kann verschiedenartig ausgestaltet sein. So kann es beispielsweise
ein Arbeitszylinder sein, z. B. ein kolbenstangenloser oder mit
einer Kolbenstange versehener Arbeitszylinder, ein pneumatisches
Wartungsgerät,
eine Vakuumeinrichtung, z. B. ein Sauger, ein pneumatisches Ventil
oder dergleichen sein. Das fluidtechnische Gerät kann aber auch ein sogenannter
Hybridantrieb sein, das heißt
ein Antrieb, der eine fluidtechnische, beispielsweise pneumatische,
Antriebskomponente oder eine wirkgekoppelte elektrische Antriebskomponente
hat.
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Im
Zusammenhang mit dem modularen Konzept, bei dem die Sensorvorrichtung
eine separate Baueinheit bildet, sei betont, dass diese Konfiguration
auch im Zusammenhang mit ausschließlich elektrischen Antrieben
als eine eigenständige
Erfindung angesehen wird. Die Sensorvorrichtung sendet Geräte-Identifikationsdaten
des elektrischen Antriebs über
ihre Sensor-Kommunikationsschnittstelle.
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Vorteilhaft
hat die Sensorvorrichtung Diagnosemittel zum ermitteln von Diagnosedaten über das fluidtechnische
Gerät,
beispielsweise Verschleißdaten,
Anzahl von Arbeitszyklen, auf einen Fehler hindeutende Druckschwankungen
oder dergleichen. Die Sensorvorrichtung übermittelt die Diagnosedaten zweckmäßigerweise über ihre
Sensor-Kommunikationseinrichtung. Auch eine an der Sensorvorrichtung vorgesehene
Anzeige, beispielsweise ein LCD-Display, LEDs oder dergleichen,
ist vorteilhaft.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch
ein Automatisierungssystem mit zwei Ventilbatterien und einer Leitzentrale,
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2 eine
Fluidleitung mit integrierten elektrischen Leitern zur Anbindung
eines Aktors an eine Ventilbatterie gemäß 1,
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3 eine
schematische Seitenansicht eines fluidtechnischen Aktors mit einer
Sensoranordnung, die den Aktor kennzeichnende Geräte-Identifikationsdaten über eine
Sensor-Kommunikationseinrichtung sendet,
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4 einen
Aktor mit einer an den Aktor angebauten, eine separate Baueinheit
bildenden Sensorvorrichtung, die ebenfalls Geräte-Identifikationsdaten des
Aktors über
eine Sensor-Kommunikationsschnittstelle sendet und
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5 einen
Aktor mit einem Speicher, in dem den Aktor kennzeichnende Geräte-Identifikationsdaten
gespeichert sind, die von einer an den Aktor angebauten, eine separate
Baueinheit bildenden Sensorvorrichtung über deren Sensor-Kommunikationsschnittstelle
versendet werden.
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Die
Ausführungsbeispiele
der Erfindung zeigen teilweise ähnliche
oder gleichwirkende Komponenten, die mit denselben Bezugszeichen
versehen und nur je einmal beschrieben sind.
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Bei
einem Automatisierungssystem 10 werden Ventilbatterien 11a, 11b von
einer übergeordneten,
zentralen Steuerungseinrichtung 12, beispielsweise einem
Leitrechner 13, gesteuert. Die Ventilbatterien 11a, 11b sind
mit Ventilbatterie-Kommunikationseinrichtungen 14a, 14b zu
einer externen Kommunikation an einen Systembus 15, beispielsweise einen
Feldbus, über
Extern-Schnittstellen 96 angeschlossen, z. B. Bus-Schnittstellen. Die
Steuerungseinrichtung 12 steuert die Ventilbatterien 11a, 11b über den
Systembus 15, der leitungsgebunden oder drahtlos sein kann.
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Die
Ventilbatterien 11a, 11b enthalten Ventilmodule 16,
die an die Kommunikationseinrichtungen 14a, 14b angereiht
sind. Die Ventilmodule 16 dienen zur fluidtechnischen Ansteuerung
von fluidtechnischen Geräten 17,
beispielsweise pneumatischen Aktoren 18a, 18b.
Die Aktoren 18a, 18b sind pneumatische Arbeitszylinder 66,
wobei beispielhaft solche mit Kolbenstangen dargestellt sind, aber
auch kolbenstangenlose Varianten oder Bauarten mit einem zusätzlichen
elektrischen Antriebsteil möglich sind.
Die Reglermodule 25a, 25b sind auch zur Regelung
elektrischer oder kombinierter fluidtechnischerelektrischer Antriebe
ausgestaltet. So könnte beispielsweise
an Stelle des pneumatischen Aktors 18d ein elektrischer
Antrieb vorgesehen sein.
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Die
Ventilbatterien 11a, 11b werden mit Druckluft
betrieben, beispielsweise aus einer Druckluftquelle 19.
Die Druckluftquelle 19 speist beispielsweise Wartungsgeräte 20,
z. B. Filter und Öler,
die Druckluft für
die Ventilbatterien 11a, 11b aufbereiten. Die
Wartungsgeräte 20 sind
vorliegend von den Ventilbatterien 11a, 11b separate
Einrichtungen, können aber
beispielsweise auch Bestandteile der Ventilbatterie 11b bilden.
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Die
Ventilmodule 16 erhalten von der zentralen Steuerungseinrichtung 12 Steuerbefehle
zur pneumatischen Ansteuerung der Aktoren 18a, 18b über den
Systembus 15. Die Kommunikationseinrichtungen 14a, 14b übertragen
die so erhaltenen Steuerbefehle über
interne Kommunikationsbusse 21 an die Ventilmodule 16.
Die Kommunikationsbusse 21 dienen zur internen Kommunikation
der Ventilbatterien 11a, 11b.
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Während die
Ventilbatterie 11a ausschließlich extern über den
Systembus 15 gesteuert wird, hat die Ventilbatterie 11b eine
lokale Steuerungskompetenz in Gestalt von Steuerungseinrichtungen 22.
Die Steuerungseinrichtungen 22 sind als Steuermodule ausgestaltet,
die zwischen die Ventilmodule 16 sowie die als Kommunikationsmodul
ausgestaltete Kommunikationseinrichtung 14b geschaltet
sind.
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Optional
kann die Ventilbatterie 11b eine lokale Steuerungseinrichtung 94 zur
ihrer Steuerung, z. B. der Ventilmodule 16, enthalten,
z. B. ein separates Steuerungsmodul. Auch die Kommunikationseinrichtung 14b kann
als eine lokale Steuerungseinrichtung 94 für die Ventilbatterie 11b ausgestaltet
sein. Zu diesem Zweck enthält
die Kommunikationseinrichtung 14b beispielsweise einen
Prozessor 95, der über
den Kommunikationsbus 21 Steuerbefehle beispielsweise an
die Ventilmodule 16 sendet.
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Die
Steuerungseinrichtungen 22 steuern Ventileinrichtungen 23 an,
die wiederum Aktoren 18c, 18d ansteuern. Die Aktoren 18c, 18d bilden
z. B. Servoantriebe. Zwar könnten
die Aktoren 18c, 18d voneinander unabhängige Antriebe
sein. Die Aktoren 18c, 18d sind jedoch miteinander
mechanisch gekoppelt. In der Zeichnung ist das schematisch dadurch
veranschaulicht, dass der Aktor 18d am Kraftabgriff des
Aktors 18c, beispielsweise seiner Kolbenstange, angeordnet
ist. Eine mechanische Kopplung kann aber auch indirekt realisiert
sein, beispielsweise wenn die Aktoren 18c und 18d Antriebe eines
Portals oder eines in X- und Y-Richtung verfahrbaren Schlittens
bilden.
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Die
Ventileinrichtungen 23 sind von der Ventilbatterie 11b separate
Ventile, die an ein von der Druckluftquelle 19 mit Druckluft
gespeistes Druckluftnetz 24 angeschlossen sind. Die Ventileinrichtungen 23 steuern
die Druckluftzufuhr zu den Aktoren 18c, 18d, die
beispielsweise pneumatische Arbeitszylinder sind. Die Ventileinrichtungen 23 und
die Aktoren 18c, 18d sind ebenfalls fluidtechnische
Geräte 17.
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Die
Steuerungseinrichtungen 22 regeln die Aktoren 18c, 18d durch
eine Ansteuerung der Ventileinrichtungen 23 im Sinne einer
Regelung. Die Steuerungseinrichtungen 22 sind beispielsweise
Reglermodule 25a, 25b. Die Reglermodule 25a, 25b fügen sich
in das modulare Konzept der Ventilbatterie 11b ein. Sie
sind an die Ventilmodule 16 sowie an die Kommunikationseinrichtung 14b anreihbar.
Die Reglermodule 25a, 25b sind mit Internbus-Schnittstellen 26 an
den internen Kommunikationsbus 21 der Ventilbatterie 11b angekoppelt.
Die Reglermodule 25a, 25b können über den Kommunikationsbus 21 Nachrichten
empfangen, beispielsweise Steuerbefehle der Steuerungseinrichtung 12 sowie
Nachrichten versenden, beispielsweise Meldungen, die die Kommunikationseinrichtung 14b an
die Steuerungseinrichtung weiterleitet.
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Für ihre Regelungsaufgaben
haben die Reglermodule 25a, 25b separate Regler-Kommunikationsschnittstellen 27 zum
Ausgeben von Stellwerten 28 und zum Empfangen von Istwerten 29.
Die Kommunikationsschnittstellen 27 sind Echtzeitschnittstellen.
Die Kommunikationsschnittstellen 27 enthalten digitale
Bus-Schnittstellen 27a.
Die Ventileinrichtungen 23 sind über Busleitungen 30a, 30b an
die Kommunikationsschnittstellen 27 angeschlossen, so dass jeder
zu regelnden fluidtechnischen Baugruppe bestehend aus je einer Ventileinrichtung 23 und
einem der Aktoren 18c, 18d eine separate Regler-Busleitung 30a oder 30b zur
Verfügung
steht. Dadurch ist eine schnelle Kommunikation zwischen den zu regelnden
Baugruppen und dem zugeordneten Reglermodul 25a, 25b möglich. Zwischen
jedem Reglermodul 25a, 25b und seiner zu regelnden
Anordnung 23, 18c oder 23, 18d existiert
eine separate physikalische Verbindung. Auf diesen Verbindungen
werden auch die Istwerte 29 übertragen.
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Alternativ
könnte
das Reglermodul 25a ein Regler für zwei Aktoren sein und über die
Busleitung 30a und eine optionale Busleitung 30c,
die an Stelle der Busleitung 30b zum Reglermodul 25a führt, beide Anordnungen 23, 18c oder 23, 18d regeln.
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Die
Istwerte 29 enthalten z. B. Druck-Sensorwerte 33,
die von Drucksensoren 31 einer Sensoranordnung 32 der
Ventileinrichtungen 23 generiert werden. Die Drucksensoren 31 sind
beispielsweise an Anschlüssen
für Druckluftleitungen
angeordnet, mit denen die Aktoren 18c, 18d an
die Ventileinrichtungen 23 angeschlossen sind. Insofern
bilden die Ventileinrichtungen 23 Sensorvorrichtungen.
Die Ventileinrichtungen 23 übertragen die Druck-Sensorwerte 33 mittels
eines Busankopplers 34, der insoweit eine Sensor-Kommunikationsschnittstelle
bildet, auf der jeweiligen Busleitung 30a oder 30b an
das Reglermodul 25a oder 25b.
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An
den Aktoren 18c, 18d angeordnete Sensorvorrichtungen 35c, 35d erzeugen
weitere Sensorwerte als Istwerte 29, z. B. Druckwerte,
Kraftwerte, Temperaturwerte und/oder Positionswerte 36.
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Die
Sensorvorrichtungen 35c, 35d sind seriell an die
Ventileinrichtungen 23 über
Busleitungen 37a, 37b angekoppelt. Hierfür könnten die
Ventileinrichtungen 23 separate Busankoppler aufweisen.
Es ist aber auch möglich,
dass die Anschlusskontakte für
die Busleitungen 37a, 37b bei den Ventileinrichtungen 23 zu
den entsprechenden Anschlusskontakten der Busankoppler 34 durchgeschleift
sind. Jedenfalls ist der Anschluss der Sensorvorrichtungen 35c, 35d sowie
der Ventileinrichtungen 23 dadurch vereinfacht, dass diese
Einrichtungen seriell miteinander gekoppelt sind, dass nur eine
Verbindungsleitung zu den Regler-Kommunikationsschnittstellen 27 führt.
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Die
Einstellung von Parametern, insbesondere Regelungsparametern und/oder
eine Auswahl einer Regelungsart (Lageregelung, Druckregelung, Lageregelung
mit unterlagerter Druckregelung), und/oder eine Diagnose der Module
der Ventilbatterie 11b, z. B. der Reglermodule 25a, 25b,
können
an zentraler Stelle mit einem Bediengerät 57, beispielsweise
einem Notebook, realisiert werden. Das Bediengerät 57 ist an eine Bediengeräte-Schnittstelle 58 der
Kommunikationseinrichtung 14b anschließbar und auf diesem Wege mit
dem internen Kommunikationsbus 21 verbindbar. Dann können Parameter
von dem Bediengerät 57 in
die Ventilbatterie 11b, beispielsweise die Reglermodule 25a, 25b oder
sonstige Module, geladen werden. Auch eine Diagnose ist mit dem
Bediengerät 57 möglich. So
senden beispielsweise die Reglermodule 25a, 25b Störungsmeldungen,
Meldungen über
eine Anzahl von bereits durchlaufenen Arbeitszyklen oder sonstige
Diagnosedaten an das Bediengerät 57.
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Es
versteht sich, dass auch eine drahtlose Bedienung oder Diagnose
möglich
ist, beispielsweise mit einem Bediengerät 59, das drahtlos
mit der Kommunikationseinrichtung 14b kommuniziert.
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Die
Inbetriebnahme des Automatisierungssystems 10 sowie die
Diagnose und/oder Parametrierung der Reglermodule 25a, 25b,
ist durch ein Auto-Identifikationskonzept vereinfacht. Die fluidtechnischen
Geräte 17 oder
diesen zugeordnete Einrichtungen, beispielsweise den Aktoren 18a–18c zugeordnete
Sensorvorrichtungen 35a, 35b und 35c,
enthalten oder bilden Identdaten-Sendeeinrichtungen 60,
die Geräte-Identifikationsdaten 61a, 61b, 61c, 61d und 62 an
Empfangseinrichtungen 63 für die Identifikationsdaten 61a–61c, 62 der
Ventilbatterien 11a, 11b. Die Identifikationsdaten 61a–61d kennzeichnen
die pneumatischen Aktoren 18a, 18b, 18c und 18d.
Die Identifikationsdaten 62 kennzeichnen die Ventileinrichtungen 23.
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Die
Geräte-Identifikationsdaten 62 der
Ventileinrichtungen 23 sind in einem optional vorhandenen
Speicher 64 gespeichert. Bei der dem Aktor 18d zugeordneten
Ventileinrichtung 23 können
zusätzlich auch
die Geräte-Identifikationsdaten 61d gespeichert sein,
die den Aktor 18d kennzeichnen. Der Aktor 18d hat
z. B. keinen eigenen Speicher zur Speicherung seiner Identifikationsdaten
und ferner keine Schnittstelle, um diese an die Ventilbatterie 11b zu übermitteln.
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Die
den Aktor 18c fluidtechnisch ansteuernde Ventileinrichtung 23 übermittelt
dessen Geräte-Identifikationsdaten 61c,
die sie über
die Leitung 37b empfängt,
auf der Busleitung 30b weiter an die Regler-Kommunikationsschnittstelle 27.
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Die
Regler-Kommunikationsschnittstellen 27 bilden oder enthalten
Empfangseinrichtungen 63 für die Geräte-Identifikationsdaten 62, 61c sowie
Geräte-Identifikationsdaten 61d des
Aktors 18d. Anhand dieser Geräte-Identifikationsdaten die
beispielsweise Arbeitshübe
der Aktoren 18c, 18d enthalten, regeln die Reglermodule 25a, 25b die
Aktoren 18c, 18d. Dabei ist es möglich, dass
die Reglermodule 25a, 25b unmittelbar die Geräte-Identifikationsdaten 61c, 61d und 62 zur
Generierung von Regelungsparametern auswerten. Somit können beispielsweise
Maximaldrücke
dazu dienen, dass eine Druckregelung einen Maximaldruck der Druckluft
begrenzt. Ferner ist es möglich,
dass die Reglermodule 25a, 25b auf der vorhandenen
Kommunikationsinfrastruktur, nämlich dem
internen Kommunikationsbus 21 und der Kommunikationseinrichtung 14b,
die jeweiligen Geräte-Identifikationsdaten 61b, 61d, 62 an
das Bediengerät 57 übermitteln,
das daraus Reglerparameter generiert und an die Reglermodule 25a, 25b auf
dem genannten Kommunikationsweg sendet.
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Die
Sensorvorrichtung 35a überträgt die Geräte-Identifikationsdaten 61a drahtlos
an eine in der Ventilbatterie-Kommunikationseinrichtung 14a enthaltene
Empfangseinrichtung 63.
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Der
Aktor 18b ist mit einer konventionellen Druckluftleitung 86 und
mit einer Fluid-Verbindungsleitung 87, die einen Fluidkanal 88 und
Datenleitungen 89 aufweist, an die Ventilbatterie 11b angeschlossen.
Die Datenleitungen 89 sind beispielsweise in einem den
Fluidkanal 88 begrenzenden Mantel 90 angeordnet.
Beim Stecken der Fluid-Verbindungsleitung 87 werden in
der Zeichnung nicht dargestellte Kontakte der Ventilbatterie 11b und
der Sensorvorrichtung 35b mit den Datenleitungen 89 verbunden, so
dass gleichzeitig eine Fluidverbindung und eine Datenverbindung
zwischen der Ventilbatterie 11b und der Sensorvorrichtung 35b sowie
dem Aktor 18b hergestellt ist.
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Die
Sensorvorrichtung 35b überträgt die Geräte-Identifikationsdaten 61b drahtgebunden,
z. B. über
die Datenleitungen 89, an eine Empfangseinrichtung 63,
die beispielsweise im den Aktor 18b steuernden Ventilmodul 16 enthalten
ist.
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Zur
Speicherung und Übertragung
der Geräte-Identifikationsdaten 61a–61d, 62 sind
verschiedene Übertragungskonzepte
und Speicherkonzepte möglich.
Bei dem Automatisierungssystem 10 übertragen vorzugsweise Sensorvorrichtungen
die Geräte-Identifikationsdaten 61a, 61b, 61c, 61d und 62 an die
Empfangseinrichtungen 63.
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Die
Ventileinrichtung 23 enthält die Drucksensoren 31 und
bildet insofern eine Sensorvorrichtung. Ihr Busankoppler 34 bildet
insoweit eine Sensor-Kommunikationseinrichtung und der Speicher 64 mit
den Geräte-Identifikationsdaten 62 und/oder 61d einen
Sensor-Speicher.
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Die
Geräte-Identifikationsdaten 61c werden nicht
vom Aktor 18c selbst, sondern von der ihm zugeordneten
Sensorvorrichtung 35c gesendet. Die Sensorvorrichtung 35c ist
am Gehäuse
des Aktors 18c angeordnet, beispielsweise in Längsrichtung seitlich,
und enthält
einen Positionssensor 65, der Positionswerte 36 eines
Aktorglieds 67c des Aktors 18c über eine
Sensor-Kommunikationsschnittstelle 68c versendet. Die Sensor-Kommunikationsschnittstelle 68c enthält eine
Busschnittstelle 81, beispielsweise einen Busankoppler,
für eine
Bus-Verbindung über die
Ventileinrichtung 23 hinweg zu der Regler-Kommunikationsschnittstelle 27.
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Die
Geräte-Identifikationsdaten 61c,
die den Aktor 18c kennzeichnen und beispielsweise den Durchmesser
des Aktorglieds 67c, den Verfahrweg des Aktorglieds 67c in
einem Gehäuse 69c des
Aktors 18c oder dergleichen, umfassen, sind in einem Sensor-Speicher 70c gespeichert.
Der Speicher 70c ist zweckmäßigerweise programmierbar,
beispielsweise über
eine Programmierschnittstelle 71, an die das Bediengerät 57 anschließbar ist.
Die Sensor-Kommunikationsschnittstelle 68c enthält als eine Leseeinrichtung 76c zum
Auslesen des Sensor-Speichers 70c beispielsweise elektrische
Lesekontakte.
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Bei
dem Aktor 18c ist keine eigene Intelligenz zur Speicherung
der Geräte-Identifikationsdaten 61c erforderlich.
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Die
Sensorvorrichtung 35c kann beispielsweise über ihre
Sensor-Kommunikationsschnittstelle 68c, das heißt einen
Busankoppler mit elektrischer Versorgungsspannung versorgt werden.
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Die
Sensorvorrichtung 35a hingegen, die ebenfalls einen Positionssensor 65 enthält, hat
einen elektrischen Langzeitenergiespeicher 72, beispielsweise
eine Lithiumbatterie, für
einen langzeitig von einer externen Stromversorgung unabhängigen Betrieb.
Auch zur Datenübertragung,
beispielsweise zum Senden von durch einen Positionssensor 65 erzeugten
Positionswerten 36, sind keine Leitungsverbindungen erforderlich.
Die Sensorvorrichtung 35a hat eine drahtlos arbeitende
Kommunikationseinrichtung 68a, die beispielsweise dem Wifi-Standard arbeitet
(Wireless Fidelidy).
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In
einem Sensorspeicher 70a der Sensorvorrichtung 35a sind
Sensor-Identifikationsdaten 73 gespeichert, beispielsweise
die Auflösung
des Positionssensors 65, eine Anfangsposition und eine
Endposition des Messbereichs des Positionssensors 65. Geräte-Identifikationsdaten 61a des
fluidtechnischen Ge räts 17,
beispielsweise Durchmesser des Aktorglieds 67a, maximal
an einem Kraftabgriff des Aktos 67a, beispielsweise dessen
Kolbenstange, bereitstehende Kraft oder dergleichen, sind lokal
in einem Geräte-Speicher 74 des
fluidtechnischen Geräts
gespeichert. Der Geräte-Speicher 74 ist
z. B. in einem Gehäusedeckel 75a des
Gehäuses 69a angeordnet
und enthält
vorteilhaft einen wiederbeschreibbaren Speicher, z. B. ein EEPROM.
Der Geräte-Speicher 74 wird
bei der Produktion des fluidtechnischen Geräts 17 programmiert,
so dass dessen Geräte-Identifikationsdaten 61a am
Einsatzort des Aktors 18a zur Verfügung stehen und beispielsweise
durch ein Lesegerät
ausgelesen werden, beispielsweise von dem Bediengerät 59.
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Vorteilhaft
wird eine Sensor-Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung
der beim fluidtechnischen Gerät,
beispielsweise dem Aktor 18a, gespeicherten Geräte-Identifikationsdaten
genutzt. Eine Leseeinrichtung 76a, beispielsweise eine
Datenschnittstelle mit elektrischen Kontakten der Sensor-Kommunikationseinrichtung 68a,
liest über
elektrische Verbindungen 77 den Geräte-Speicher 74 aus.
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Die
elektrischen Verbindungen 77 werden bei der Anordnung oder
Montage der als Sensormodul 78 ausgestalteten Sensorvorrichtung 35a automatisch
geschlossen. Ein Gehäuse 79 der
Sensorvorrichtung 35a erstreckt sich bis zum Gehäusedeckel 75a,
so dass Kontakte 80 am Gehäusedeckel 75a, sodass
sich Kontakte 80 der Sensorvorrichtung 35a und
des Aktors 18a berühren
und die elektrischen Verbindungen 77 herstellen.
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Alternativ
ist ein drahtloses Konzept möglich, bei
dem die Geräte-Identifikationsdaten 61a beispielsweise
in einem drahtlos auslesbaren Geräte-Speicher 75' gespeichert
sind, beispielsweise in einem RFID-Modul (RFID = Radio Frequency
Identification). Die Leseeinrichtung 76 ist in diesem Fall eine
drahtlose Lese-Schnittstelle, beispielsweise ein RFID-Lesegerät. Eine
Sendeeinrichtung des Geräte-Speichers 74' erhält die zum
Senden der Geräte-Identifikationsdaten 61a erforderliche
Sendeenergie durch die Sensorvorrichtung 35a, beispielsweise durch
eine nicht dargestellte elektrische Verbindung oder durch das Senden
einer Abfragenachricht seitens der Leseeinrichtung 76 übertragene
Sendeenergie.
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Die
aus den Geräte-Speichern 74 oder 74' ausgelesenen
Geräte-Identifikationsdaten 61a können auch
erste Geräte-Identifikationsdaten
sein, anhand derer die Sensorvorrichtung 35a zweite Geräte-Identifikationsdaten 61a' in ihrem Sensorspeicher 60a ermittelt.
Die Identifikationsdaten 61a' sind
beispielsweise Daten, die die Identifikationsdaten 61a ergänzen. So
können
beispielsweise die Geräte-Identifikationsdaten 61a eine
Typkennung des Aktors 18a enthalten, anhand deren die Sensorvorrichtung 35a weitere
Kenndaten es Aktors 18a ermittelt, beispielsweise dessen
mechanisch Eigenschaften. Weiterhin ist es bei jeder erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung,
so beispielsweise bei der Sensorvorrichtung 35a, möglich, dass
die Sensorvorrichtung anhand der Geräte-Identifikationsdaten Sensorwerte konvertiert
oder ergänzt.
So kann beispielsweise die Sensorvorrichtung 35a die Positionswerte 36 mit
Angaben in metrischen Einheiten versehen, wenn sie anhand der Geräte-Identifikationsdaten 61a den
konkreten Verfahrweg des Aktorglieds 67a ermittelt hat. Die
Sensorvorrichtung 35b kann anhand der Druck-Sensorwerte 85 beispielsweise
eine Kraftabgabe des Aktors 82b konkret ermitteln und als
Kraftwerte, beispielsweise in Newton, ausgeben.
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Während die
Sensorvorrichtungen 35a, 35c lösbar an den Aktoren 18a, 18c anordenbare
Sensormodule 78 bilden und so bei Bedarf gegen andersartige,
vorzugsweise erfindungsgemäße Sensorvorrichtungen
austauschbar sind, die beispielsweise Druck sensoren oder dergleichen
enthalten, ist eine Sensorvorrichtung 35b ein integraler
Bestandteil des Aktors 18b.
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Die
Sensorvorrichtung 35b hat einen Positionssensor 65 sowie
Drucksensoren 84, die beispielsweise an Druckluft-Anschlüssen 83a, 83b angeordnet
sind. Eine Sensor-Kommunikationseinrichtung 68b sendet
Positionswerte 36 sowie Druck-Sensorwerte 85 der
Drucksensoren 84 drahtgebunden. Prinzipiell könnten dafür separate
Datenleitungen vorgesehen sein. Die Sensor-Kommunikationseinrichtung 68b ist
jedoch mit den Datenleitungen 89 der Fluid-Verbindungsleitung 87 verbunden.
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Über die
Datenleitungen 89 überträgt die Sensorvorrichtung 35b die
Positions-Sensorwerte 36 und die Druck-Sensorwerte 85 sowie
beispielsweise beim Anmelden an die Ventilbatterie 11b oder
auf Abfrage von der Ventilbatterie 11b die den Aktor 18b kennzeichnenden
Geräte-Identifikationsdaten 61b. Die
Geräte-Identifikationsdaten 61b sind
in einem Sensor-Speicher 70b der Sensorvorrichtung 35b gespeichert.
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Die
Sensorvorrichtung 35b hat ferner einen Prozessor 91,
der beispielsweise Arbeitszyklen des Aktors 18b zählt und/oder
der anhand der Druck-Sensorwerte 85 Störungen erkennt oder dergleichen.
Der Prozessor bildet einen Bestandteil von Diagnosemitteln 93 und
versendet diese Informationen als Diagnosedaten 92 über die
Sensor-Kommunikationseinrichtung 68b.