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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Verbindung in einer Automatisierungsanlage sowie eine Automatisierungsanlage, welche eine solche Vorrichtung umfasst.
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In der Automatisierungstechnik sind herkömmlicherweise Übertragungsverfahren im Einsatz, die auf drahtgebundener Technik basieren. Bei dieser Technik verbindet beispielsweise ein Feldbus in einer Automatisierungsanlage Feldgeräte, wie Messfühler bzw. Sensoren und Stellglieder bzw. Aktoren zur Kommunikation mit einem Steuerungsgerät.
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Derzeit werden von einigen Herstellern auch zunehmend drahtlose Übertragungssysteme angeboten, um die Flexibilität bzw. Praktikabilität von Automatisierungssystemen zu erhöhen und/oder die Kosten zu senken. Hierbei wird neben einer Unterstützung einer großen Anzahl von Knoten der Gewährleistung einer Störungsunempfindlichkeit bei einer akzeptablen Reichweite, der Bereitstellung von hohen Datenraten, geringen Kosten, einer Hotplug-Fähigkeit und einem geringen Antennenaufwand auch die Eigenschaft der Echtzeitfähigkeit (Synchronität/Gleichzeitigkeit, Verzögerung, Jitter) gefordert. Bisher gibt es für Netzwerke mit einer großen Anzahl von Knoten keine drahtlose Übertragungstechnik, welche eine Echtzeitfähigkeit mit garantierten Antwortzeiten unter 1 ms realisieren kann.
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In der letzten Zeit wurde bei der Anmelderin überlegt, existierende drahtlose Techniken von anderen Anwendungen, wie beispielsweise WiFi (IEEE 802.11), als Basis für ein drahtloses Zusatzgerät (add-on) für drahtgebundene Feldbusse zu verwenden. Hierbei werden ein oder mehrere Element(e) eines Netzwerks nicht direkt sondern über eine drahtlose Verbindung verbunden bzw. aneinander angeschlossen.
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Derzeit sind bereits eine Vielzahl von drahtlosen Feldbus Zusätzen auf dem Markt, wie beispielsweise in der
WO-2007/082773-A1 beschrieben, die ein Kommunikationssystem zum Austausch von Daten in einem Automatisierungssystem offenbart.
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Zudem zeigen Bugge, J; Kjesbu, S; Fuchs J; Garrels K; aus Jahr 2000 ein System, insbesondere ein Automatisierungssystem, mit drahtloser Kommunikation zwischen Basisstation und Sensoren, wobei die Basisstation mit zumindest einem Stellglied kombiniert ist, um eine Stellglied-Basisstation zu bilden.
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Bei den genannten Techniken des Standes der Technik dominieren drahtlose Sensornetzwerke, die oft in eine Feldbusumgebung integriert werden können.
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CN-201284648-Y erwähnt eine echtzeitfähige drahtlose Beobachtungsvorrichtung für eine Ölerzeugungsfabrik, welche ein GPRS-Kommunikationsmodul aufweist, dessen Signalausgabeende an einem Signaleingabeende einer Sendeantenne befestigt ist.
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CN 201035720-Y offenbart ein drahtloses bidirektionales echtzeitfähiges Fern-Messgerätlesesystem, welches einen mit einem Steuerzentrum verbundenen Konzentrator, einen drahtlosen Übertragungssammelanschluss, und einen Repeater hat, der zwischen dem Konzentrator und dem drahtlosen Übertragungssammelanschluss angeordnet ist.
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Sowohl in der
CN-201284648-Y als auch der
CN 201035720-Y ist für übliche Anordnungen mit drahtlosen Feldbuszusätzen bisher ein Echtzeitverhalten für viel größere Antwortzeiten als 1 ms beschrieben. Jedoch ist bis heute noch kein drahtloser Feldbuszusatz bekannt, welcher in üblichen Anordnungen von Automatisierungsanlagen mit Feldbussen eine garantierte Antwortzeit von kleiner als oder gleich 1 ms ermöglicht.
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Zudem gibt es bisher keine drahtlose Technik für Industrieanwendungen bzw. Automatisierungsanlagen, welche eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung darauf spezialisiert, um ein Echtzeitverhalten zu garantieren.
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Darüber hinaus ist aus dem Stand der Technik keine Automatisierungsanlage bekannt, bei welcher zwei drahtgebundene Feldbusse oder Feldbusabschnitte über eine drahtlose Verbindung verbunden bzw. aneinander angeschlossen sind.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Verbindung in einer Automatisierungsanlage sowie eine Automatisierungsanlage zur Verfügung zu stellen, bei welchen die drahtlose Übertragung eine garantierte Antwortzeit/Zykluszeit von kleiner als oder gleich 1 ms ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst, welche zur drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Verbindung in einer Automatisierungsanlage dient. Die Vorrichtung umfasst eine Feldbusübergangseinrichtung zum Anschluss an einen drahtgebundenen Feldbus und zur drahtlosen Übertragung von Signalen, und eine Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Signalen. Hierbei bilden die Feldbusübergangseinrichtung und die Einrichtung die drahtlose Punkt-zu-Punkt-Verbindung.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Es ist möglich, dass die Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Signalen eine weitere Feldbusübergangseinrichtung ist, welche zum Anschluss an einen weiteren drahtgebundenen Feldbus und zur drahtlosen Übertragung von Signalen dient. Hierbei kann der weitere drahtgebundene Feldbus dem drahtgebundenen Feldbus als Nebenfeldbus untergeordnet sein und der drahtgebundene Feldbus der Hauptfeldbus sein, und hierbei kann sich die weitere Feldbusübergangseinrichtung als Master für den Nebenfeldbus verhalten und sich die Feldbusübergangseinrichtung als Slave für den Hauptfeldbus verhalten. In diesem Fall kann an den weiteren drahtgebundenen Feldbus eine Vielzahl von Slaves angeschlossen sein.
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Es ist jedoch auch möglich, dass die Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Signalen ein einzelner drahtloser Slave ist.
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Vorzugsweise sind bei der Vorrichtung Signale mit der drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit einer Antwortzeit kleiner als 1 ms übertragbar.
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Die drahtlose Punkt-zu-Punkt-Verbindung kann als drahtlose Halbduplexverbindung realisiert sein. Dies ist im Allgemeinen vorteilhaft, da das Übertragungssystem einfacher aufgebaut werden kann und weniger Frequenzressourcen belegt werden. Alternativ kann aber auch eine Vollduplexverbindung zum Einsatz kommen.
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Die Aufgabe wird zudem durch eine Automatisierungsanlage nach Patentanspruch 8 gelöst, welche zur Automatisierung eines technischen Prozesses dient. Die Automatisierungsanlage hat eine Vielzahl von Elementen zum Einsatz bei der Automatisierung des technischen Prozesses, welche über einen Feldbus Signale übertragen, und eine zuvor beschriebene Vorrichtung zur drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Verbindung.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren nach Patentanspruch 9 gelöst. Das Übertragungsverfahren dient zur drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Verbindung in einer Automatisierungsanlage, wobei die drahtlose Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen einer Feldbusübergangseinrichtung und einer Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Signalen gebildet wird. Das Verfahren umfasst die Schritte: Anschließen einer Feldbusübergangseinrichtung zur drahtlosen Übertragung von Signalen an einen drahtgebundenen Feldbus, und drahtloses Übertragen von Signalen zwischen der Feldbusübergangseinrichtung und der Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Signalen.
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Bei einem bevorzugten Verfahren werden die Signale in Form von Datentelegrammen übertragen und die Datentelegramme enthalten zumindest teilweise nur Anteile einer Information. Besonders bevorzugt werden lediglich diejenigen Anteile der Information übertragen, welche von dem Empfänger der Information benötigt werden. Bei diesem Empfänger kann es sich beispielsweise um das jeweilige andere Netzwerk handeln.
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Vorteilhaft werden die Anteile der Informationen (bzw. die Teilinformationen) von einem Gateway aus den Telegrammen aus und/oder in die Telegramme eingekoppelt.
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Vorteilhaft wird bei der Übertragung der Datentelegramme von einem Hauptnetzwerk (bzw. Hauptfeldbus) zu einem Nebennetzwerk (bzw. Nebenfeldbus) ein Anteil der Information ausgekoppelt und bei der Übertragung von dem Nebennetzwerk zu dem Hauptnetzwerk mehr und bevorzugt alle Anteile der Informationen in das Hauptnetzwerk zurückgekoppelt.
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Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren erfolgt die Kommunikation zwischen wenigstens einem Hauptnetzwerk und wenigstens einem Nebennetzwerk. Besonders bevorzugt ist dabei ein Mechanismus vorgesehen, der eine Querkommunikation zwischen Nebennetzwerken bzw. Nebenfeldbussen erlaubt. Dabei ist es möglich, dass ausschließlich diejenigen Nebenteilnehmer (bzw. Nebenfeldbusse), welche aufgrund einer Störung unmittelbar untereinander nicht mehr kommunizieren können, mittels des Hauptteilnehmers (bzw. Hauptfeldbusses) kommunizieren, wobei vorteilhaft die Störung insbesondere mittels der Nebenteilnehmer erkannt und/oder lokalisiert wird.
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Dabei kann die Störung mittels einer Datenübertragungseinrichtung an den Hauptteilnehmer kommuniziert werden und der Hauptteilnehmer kann anhand der lokalisierten Störung die Kommunikation koordinieren.
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Daneben können die mittels des Hauptteilnehmers (bzw. Hauptfeldbusses) weitergeleiteten Daten mittels der Nebenteilnehmer (bzw. Nebenfeldbusse) und/oder des Hauptteilnehmers einer zusätzlichen Datenbearbeitung unterzogen werden.
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Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren ist es auch denkbar, dass Daten extrapoliert werden bzw. weitere Daten aus vorhandenen Daten ermittelt werden, wie beispielsweise Positionsdaten (etwa aus Geschwindigkeitsdaten). Dieses Extrapolieren kann dabei durch eines der Gateways oder auch durch einen Endteilnehmer selbst erfolgen.
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In diesem Zusammenhang wird auf die
Deutsche Patentanmeldung 10 2006 004 339 A1 hingewiesen, deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme vollständig auch zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
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Es ist vorzuziehen, dass Signale mit der drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit einer Antwortzeit kleiner als 1 ms übertragen werden.
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Mit dem zuvor beschriebenen Vorrichtung und dem Verfahren zur drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Verbindung in einer Automatisierungsanlage sowie der Automatisierungsanlage, welche eine solche Vorrichtung umfasst, kann eine deutliche Verbesserung der Antwortzeiten/Zykluszeiten bei der Übertragung der Signale und damit der Echtzeitfähigkeit gegenüber bisherigen drahtlosen Übertragungsverfahren in der Automatisierungstechnik erzielt werden.
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Vorteilhaft wird die drahtlose Verbindung durch drahtlose Gateways erreicht, die mit dem drahtlosen Feldbus verbunden sind.
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Zudem ist die Vorrichtung aus wenigen Standardelementen aufgebaut, so dass sie vergleichsweise einfach konstruiert ist und, durch Verzicht auf kostspielige Sonderkonstruktionen, zudem sehr kostengünstig ist.
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Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung bzw. des oben beschriebenen Verfahrens gerichtet, um solche Vorrichtungen miteinander zu verbinden, welche Echtzeitverhalten benötigen, beispielsweise elektrische Antriebe oder Eingabe/Ausgabegeräte. Daneben kann die Vorrichtung auch für Automationsanwendungen verwendet werden, für Maschinenwerkzeuge und dergleichen. Daneben ist auch ein Einsatz in Drehtischmaschinen denkbar, etwa als Alternative zu Schleifringen, die meist wartungsintensiv und teuer sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Verbindung in einer Automatisierungsanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2(a) bis (c) ein Zeit- und Datenflussdiagramm, welches die Signalübertragung bei der Punkt-zu-Punkt-Verbindung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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3 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Verbindung in einer Automatisierungsanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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4(a) bis (c) ein Zeit- und Datenflussdiagramm, welches die Signalübertragung bei der Punkt-zu-Punkt-Verbindung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Automatisierungsanlage 1 mit einer Vielzahl von Elementen und einer Vorrichtung 5 zur drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Verbindung, die zwischen einem ersten drahtgebundenen Feldbus 10 und einem zweiten drahtgebundenen Feldbus 20 errichtet ist. Der erste und zweite drahtgebundene Feldbus 10, 20 sind im Folgenden der Einfachheit halber nur als erster und zweiter Feldbus 10, 20 bezeichnet. An den ersten Feldbus 10 sind eine erste Feldbusübergangseinrichtung 11, die eine Antenne 11a aufweist, ein Feldbusmaster 12 und zwei Feldbusslaves 13, 14 angeschlossen. An den zweiten Feldbus 20 sind eine zweite Feldbusübergangseinrichtung 21, die eine Antenne 21a aufweist, und ein Feldbusslave 22 angeschlossen.
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Eine Automatisierungsanlage 1 ist eine Anlage, in welcher technische Prozesse, beispielsweise die Fertigung eines Produkts, automatisiert ablaufen. Die Automatisierungsanlage 1 kann beispielsweise eine CNC-Drehmaschine, eine Fahrzeugfertigungsstraße, eine Anlage zur Erzeugung chemischer Stoffe usw. sein.
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Der Feldbusmaster 12 kann beispielsweise an eine nicht dargestellte Steuereinrichtung, ein Element 2 der Automatisierungsanlage 1, angeschlossen sein, welche die an die Feldbusslaves 13, 14, 22 angeschlossenen Elemente 2 steuert. Die Elemente 2 können beispielsweise Antriebseinrichtungen, insbesondere ein Elektromotor, Sensoren zum Erfassen von Messsignalen, wie beispielsweise der Stellung von Teilen der Antriebseinrichtung oder der Temperatur von Teilen der Automatisierungsanlage usw., oder Stellglieder zum Einstellen von bestimmten Stellungen der Antriebseinrichtungen usw. sein.
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Die erste und zweite Feldbusübergangseinrichtung 11, 21 in 1 können miteinander drahtlos kommunizieren, genauer gesagt, einander Signale drahtlos übertragen. Hierzu hat die erste Feldbusübergangseinrichtung 11 eine Antenne 11a und die zweite Feldbusübergangseinrichtung 21 hat eine Antenne 21a. Das heißt, eine drahtlose Kommunikation in der Automatisierungsanlage 1 bzw. zwischen ihren beiden Feldbussen 10, 20 ist zwischen genau zwei Elementen, nämlich der ersten und zweiten Feldbusübergangseinrichtung 11, 21 durchführbar. Somit bilden die erste und zweite Feldbusübergangseinrichtung 11, 21 die drahtlose Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Zudem sind die erste und zweite Feldbusübergangseinrichtung 11, 21 sowohl Einrichtungen zur drahtlosen Übertragung von Signalen als auch sind sie jeweils an einen drahtgebundenen Feldbus 10, 20 angeschlossen.
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Die erste und zweite Feldbusübergangseinrichtung 11, 21 können jeweils ein drahtloses Gateway sein. Die erste und zweite Feldbusübergangseinrichtung 11, 21 müssen die drahtlose Schnittstelle nicht selbst integrieren.
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In dem aus ersten und zweiten Feldbus 10, 20 gebildeten System ist der erste Feldbus 10 der Hauptfeldbus wohingegen der zweite Feldbus 20 ein Nebenfeldbus ist. Die erste Feldbusübergangseinrichtung 11 auf der Seite des Hauptfeldbusses 10 verhält sich wie ein Feldbusslave. Die zweite Feldbusübergangseinrichtung 21 auf der Seite des Nebenfeldbusses 20 verhält sich wie ein Feldbusmaster. Auf diese Weise kann mehr als ein Feldbusslave 22 durch die drahtlose Verbindung angeschlossen sein, auch wenn dies in 1 nicht dargestellt ist. Es ist jedoch zu festzuhalten, dass die drahtlose Kommunikation nur zwischen der ersten und zweiten Feldbusübergangseinrichtung 11, 21, also von Punkt zu Punkt, durchgeführt wird. Hierbei können für den (die) Feldbusslave(s) 22 Standardfeldbusslaves zum Einsatz kommen. Dadurch ist die Ausführung der Anbindung der zwei drahtgebundenen Feldbusse 10, 20 über eine drahtlose Punkt-zu-Punkt-Verbindung sehr kostengünstig und einfach zu realisieren.
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2(a) bis (c) zeigen ein Zeit- und Datenflussdiagramm, welches die Signalübertragung bei der Punkt-zu-Punkt-Verbindung von 1 am Beispiel eines SERCOS Feldbusses erläutert. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist jedoch nicht auf SERCOS Feldbusse beschränkt und kann analog auf andere Feldbusse angewandt werden.
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2(a) zeigt noch einmal die Anordnung des ersten und zweiten Feldbusses 10, 20 mit der dazwischen vorhandenen drahtlosen Punkt-zu-Punkt Verbindung. 2(b) zeigt ein Puffermodell, welches zur Erzeugung des in 2(c) gezeigten Zeitverlaufs Verwendung findet. Genauer gesagt, in der Anordnung des ersten und zweiten Feldbusses 10, 20 mit der dazwischen vorhandenen drahtlosen Punkt-zu-Punkt Verbindung von 2(a) werden die übertragenen Signale als Datenpakete übertragen, die jeweils in in 2(b) dargestellten Puffern 31 bis 34 gepuffert bzw. zwischengespeichert werden.
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Wie in 2(b) durch Pfeile verdeutlicht, die den hier als Beispiel dargestellten Signalfluss andeuten, entspricht in 2(b) der mit (L1) bezeichnete Abschnitt einer Übertragung eines Signals von dem Feldbusmaster 12 des ersten Feldbusses 10 an die erste Feldbusübergangseinrichtung 11 in der Anordnung von 2(a); der mit (L2) bezeichnete Abschnitt entspricht einer Übertragung eines Signals von der ersten Feldbusübergangseinrichtung 11 an die zweite Feldbusübergangseinrichtung 21 in der Anordnung von 2(a); der mit (L3) bezeichnete Abschnitt entspricht einer Übertragung eines Signals von der zweiten Feldbusübergangseinrichtung 11 an den Feldbusslave 22 des zweiten Feldbusses 20 in der Anordnung von 2(a) und umgekehrt; der mit (L4) bezeichnete Abschnitt entspricht einer Übertragung eines Signals von der zweiten Feldbusübergangseinrichtung 21 an die erste Feldbusübergangseinrichtung 21 in der Anordnung von 2(a); und der mit (L5) bezeichnete Abschnitt entspricht einer Übertragung eines Signals von der ersten Feldbusübergangseinrichtung 11 an den Feldbusmaster 12 des ersten Feldbusses 10 in der Anordnung von 2(a).
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2(c) veranschaulicht, wie das SERCOS Masterdatentelegramm (MDT = Master Data Telegram) und das Antworttelegramm (AT = Answer Telegram) zeitlich zueinander liegen, vergleiche auch die internationale Norm IEC 61158 (”Digital data communication for measurement and control – Fieldbus for use in industrial control systems”). Zur Vereinfachung der Erläuterung sind nur ein MDT und ein AT pro Zyklus dargestellt. Zudem sind nur zyklische Datentelegramme und keine nicht-zyklischen Datentelegramme dargestellt. Der Zeitverlauf bei allen Leitungsabschnitten der Kommunikation ist mit dem Zeitverlauf auf dem Haupt-SERCOS-Feldbus 10, das heißt dem Abschnitt (L1) und (L5), synchronisiert.
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In dem Abschnitt (2) wird das MDT von dem Haupt-SERCOS-Feldbus 10 gemäß den auf dem Neben-SERCOS-Feldbus 20 benötigten Daten gefiltert. Diese Daten können optional komprimiert sein. Danach wird das MDT als drahtloses MDT übertragen. Das AT wird nicht übertragen, da es im Grunde genommen ein leerer Rahmen ist. Dieser leere Rahmen kann durch die erste Feldbusübergangseinrichtung 11 zur drahtlosen Übertragung von Signalen erneut erzeugt werden.
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In dem Abschnitt (L3) wird die „übliche” SERCOS Telegrammstruktur durch die zweite Feldbusübergangseinrichtung 21 (SERCOS Feldbusübergangseinrichtung) bereitgestellt, welche die Rolle eines SERCOS-Masters spielt. Der Zeitverlauf des emulierten SERCOS-Protokolls ist mit dem Zeitverlauf des Haupt-SERCOS-Feldbusses 10 synchronisiert. Das (leere) Antworttelegramm (AT) wird durch die zweite Feldbusübergangseinrichtung 21 erzeugt. Danach wird es, auf die gleiche Weise wie bei einer üblichen SERCOS-Anordnung, mit Zustandsdaten von dem SERCOS-Slave bzw. dem Feldbusslave 22 des zweiten Feldbusses 20 gefüllt. Wie bereits erwähnt, kann an dem Feldbus 20 mehr als ein Feldbusslave 22 angeschlossen sein.
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In dem Abschnitt (L4) werden die Zustandsdaten des Feldbusslaves oder von Feldbusslaves von dem Feldbus 20, dem Neben-SERCOS-Feldbus, extrahiert und an die erste Feldbusübergangseinrichtung 11 als AT* übertragen.
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In dem Abschnitt (L5) werden die von der ersten Feldbusübergangseinrichtung 11 empfangenen Daten AT* in ein Antworttelegramm des ersten SERCOS-Feldbusses 10, das heißt AT, umgewandelt. Die Zeitverschiebung zwischen dem AT in dem Abschnitt (L1) und dem Abschnitt (L5) beträgt zwei SERCOS-Zykluszeiten, da beide Feldbusse 10, 20 synchronisiert sind, wie zuvor beschrieben.
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Es sei erwähnt, dass bei der zuvor beschriebenen Übertragung von Signalen in der Feldbusanordnung von 1 bzw. 2(a) zur eine Halbduplexverbindung erforderlich ist, da sich die Telegramme im Abschnitt (L2) von der ersten Feldbusübergangseinrichtung 11 und die Telegramme im Abschnitt (L4) von der zweiten Feldbusübergangseinrichtung 21 nicht überlappen. Es ist eine Zeitverschiebung zwischen der Übertragung bzw. Sendung eines MDT und der Übertragung bzw. Sendung eines entsprechenden AT auf dem Haupt-SERCOS-Feldbus 10 vorhanden, die zwei SERCOS-Zykluszeiten 2 T entspricht, wie in 2(c) angegeben. Das heißt die garantierte Antwortzeit beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 2 T und kann bei geeigneter Konfiguration der bedrahteten Feldbusse kleiner als oder gleich 1 ms gestaltet werden.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Die Anordnung der Automatisierungsanlage 1 und des Übertragungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Anordnung von 1 des vorangehenden Ausführungsbeispiels dahingehend, dass der erste Feldbus 10 nicht mit einem zweiten Feldbus 20 drahtlos verbunden ist sondern nur mit einem einzelnen Slave 40 verbunden ist, welcher Signale drahtlos übertragen kann. Der Slave 40 ist eine Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Signalen. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Automatisierungsanlage 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von Elementen und einer Vorrichtung 5 zur drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Verbindung, die zwischen dem (ersten) drahtgebundenen Feldbus 10 und dem einzelnen Slave 40, der eine Antenne 40a aufweist, errichtet ist. Wie in 1 sind an den (ersten) Feldbus 10 die (erste) Feldbusübergangseinrichtung 11, welche die Antenne 11a aufweist, ein Feldbusmaster 12 und zwei Feldbusslaves 13, 14 angeschlossen. Die Funktion und Bedeutung der in 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen gezeigten Elemente ist die Gleiche und wird daher hier nicht erneut beschrieben.
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Die in 3 dargestellte drahtlose Punkt-zu-Punkt-Verbindung ist einfacher zu realisieren als diejenige des vorangehenden Ausführungsbeispiels. Jedoch kann nur ein Slave 40 verwendet werden, welcher an die Nebenseite angeschlossen ist. Darüber hinaus sollte der Slave 40 die drahtlose Schnittstelle selbst integrieren. Dies ist bei der in 1 verwendeten zweiten Feldbusübergangseinrichtung 21 des ersten Ausführungsbeispiels nicht notwendig.
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4(a) bis (c) zeigen ein Zeit- und Datenflussdiagramm, welches die Signalübertragung bei der Punkt-zu-Punkt-Verbindung von 3 ebenfalls am Beispiel eines SERCOS Feldbusses erläutert. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist jedoch nicht auf SERCOS Feldbusse beschränkt und kann analog auf andere Feldbusse angewandt werden.
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4(a) zeigt noch einmal die Anordnung des Feldbusses 10 und des Slaves 40 mit der dazwischen vorhandenen drahtlosen Punkt-zu-Punkt Verbindung. 4(b) zeigt ein Puffermodell, welches zur Erzeugung des in 4(c) gezeigten Zeitverlaufs Verwendung findet. Genauer gesagt, in der Anordnung des Feldbusses 10 und des Slaves 40 mit der dazwischen vorhandenen drahtlosen Punkt-zu-Punkt Verbindung von 4(a) werden die übertragenen Signale als Datenpakete übertragen, die jeweils in in 4(b) dargestellten Puffern 51 und 52 gepuffert bzw. zwischengespeichert werden.
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Wie in 4(b) durch Pfeile verdeutlicht, die den hier als Beispiel dargestellten Signalfluss andeuten, entspricht in 4(b) der mit (L1) bezeichnete Abschnitt einer Übertragung eines Signals von dem Feldbusmaster 12 des Feldbusses 10 an die Feldbusübergangseinrichtung 11 in der Anordnung von 4(a); der mit (L2) bezeichnete Abschnitt entspricht einer Übertragung eines Signals von der Feldbusübergangseinrichtung 11 an den Slave 40 in der Anordnung von 4(a); der mit (L3) bezeichnete Abschnitt entspricht einer Übertragung eines Signals von dem Slave 40 an die Feldbusübergangseinrichtung 11 in der Anordnung von 4(a); und der mit (L4) bezeichnete Abschnitt entspricht einer Übertragung eines Signals von der Feldbusübergangseinrichtung 11 an den Feldbusmaster 12 des Feldbusses 10 in der Anordnung von 4(a).
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4(c) veranschaulicht, wie das SERCOS Masterdatentelegramm (MDT) und das Antworttelegramm (AT) in diesem Ausführungsbeispiel zeitlich zueinander liegen. Zur Vereinfachung der Erläuterung sind wieder nur ein MDT und ein AT pro Zyklus dargestellt. Zudem sind auch in diesem Ausführungsbeispiel nur zyklische Datentelegramme und keine nicht-zyklischen Datentelegramme dargestellt. Der Zeitverlauf bei allen Leitungsabschnitten der Kommunikation ist mit dem Zeitverlauf auf dem SERCOS-Feldbus 10, das heißt dem Abschnitt (L1) und (L4), synchronisiert.
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Wie aus einem Vergleich von 2 und 4 ersichtlich, ähnelt der Zeitverlauf einer Signalübertragung bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß 4 dem Zeitverlauf einer Signalübertragung bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2. Die Signalübertragung in den Abschnitten (L1) und (L2) von 2 und 4 ist jeweils gleich. Zudem ist die Signalübertragung in dem Abschnitt (L4) von 4 gleich der Übertragung in dem Abschnitt (L5) von 2. Demzufolge ist die Signalübertragung hier nicht erneut beschrieben.
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Im Gegensatz zu dem Zeitverlauf des ersten Ausführungsbeispiels in 2 ist bei dem Zeitverlauf von 4 der Abschnitt (L3) und (L4) von 2 zu dem Abschnitt (L3) von 4 quasi zusammengefasst, da bei diesem Ausführungsbeispiel die Signalübertragung zu einem Slave 40 stattfindet und nicht, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, zu einem Neben-SERCOS-Feldbus. Aufgrund dessen werden die Zustandsdaten in dem Abschnitt (L3) von 4 sofort in einem AT* zurückgesendet.
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In 4 beträgt die Zeitverschiebung zwischen dem AT in dem Abschnitt (L1) und dem Abschnitt (L4) eine SERCOS-Zykluszeit des SERCOS-Feldbusses 10.
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Es sei erneut erwähnt, dass bei der zuvor beschriebenen Übertragung von Signalen in der Feldbusanordnung von 3 bzw. 4(a) nur eine Halbduplexverbindung erforderlich ist, die zwischen dem Abschnitt (L2) und (L3) besteht. Es ist erneut eine Zeitverschiebung zwischen der Übertragung bzw. Sendung eines MDT und der Übertragung bzw. Sendung eines entsprechenden AT auf dem Haupt-SERCOS-Feldbus 10 vorhanden, jedoch beträgt diese bei diesem Ausführungsbeispiel nur eine SERCOS-Zykluszeit T, wie in 4(c) angegeben. Das heißt die garantierte Antwortzeit beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 1 T und kann bei geeigneter Konfiguration der bedrahteten Feldbusse somit kleiner als oder gleich 1 ms gestaltet werden.
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(Allgemeines)
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Vorrichtung 5, des Verfahrens und der Automatisierungsanlage 1 können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Hierbei sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Die Anzahl der Feldbusslaves 13, 14, 22 bzw. durch sie gebildete Netzknoten des Feldbusses 10 bzw. der Feldbusse 10, 20 der Automatisierungsanlage 1 ist beliebig. Insbesondere kann die Anzahl auch weniger oder mehr als 100 sein.
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Bei der drahtlosen Übertragung können Frequenzen im Frequenzspektrum von UHF bis SHF, das heißt im Bereich von ca. 100 MHz bis 10 GHz verwendet werden. Bei diesen Frequenzen besteht ein vorteilhaftes Verhältnis von Antennengröße der Antennen 11a, 21a, 40a zu Übertragungsverhalten.
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Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Automatisierungsanlage
- 5
- Vorrichtung zur drahtlosen Punkt-zu Punktverbindung
- 10
- erster Feldbus
- 11
- erste Feldbusübergangseinrichtung
- 11a
- Antenne
- 20
- zweiter Feldbus
- 21
- zweite Feldbusübergangseinrichtung
- 21a
- Antenne
- 31–34
- Puffer
- 40
- Slave
- 51–52
- Puffer
- L1–L5
- Abschnitt
- T
- Zykluszeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/082773 A1 [0005]
- CN 201284648 Y [0008, 0010]
- CN 201035720 Y [0009, 0010]
- DE 102006004339 A1 [0029]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEEE 802.11 [0004]
- Bugge, J; Kjesbu, S; Fuchs J; Garrels K; aus Jahr 2000 [0006]
- internationale Norm IEC 61158 [0049]
