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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergeben von Adressen innerhalb eines Bussystems und ein Bussystem.
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(Feld-)Bussysteme finden in der Automatisierungstechnik eine immer stärkere Verbreitung.
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Neben der Vergabe von physikalischen Adressen, die beispielsweise eine Adressierung in Schicht 3 des OSI-Referenzmodells ermöglichen, existiert in vielen Bussystem die Möglichkeit auch logische Adressen zu vergeben, die in bestimmten Anwendungen Verwendung finden.
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So existieren beispielsweise im Kontext der Funktionalen Sicherheit Sicherheitsprotokolle, beispielsweise das Fail Safe over EtherCAT(FSoE)-Protokoll, die eine Realisierung bestimmter Sicherheitsanforderungsstufen ermöglichen. Busteilnehmer, die ein derartiges Sicherheitsprotokoll implementieren, weisen in der Regel eine eindeutige logische Adresse auf, die im Kontext des Sicherheitsprotokolls Verwendung findet. Diese logische Adresse ist in der Regel unabhängig von einer physikalischen Adresse des Busteilnehmers.
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Eine Möglichkeit zur Vergabe dieser logischen Adressen ist die Verwendung von DIP-Schaltern.
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Eine weitere Möglichkeit zur Vergabe dieser logischen Adressen zeigt die
DE 102 59 391 A1 . Dort ist an einem Applikationsort, der einem Busteilnehmer fest zugeordnet ist, eine Konfigurationseinrichtung vorgesehen, in der unter anderem eine logische Adresse für den zugehörigen Busteilnehmer gespeichert ist. Der Busteilnehmer an dem definierten Applikationsort wird mit der Konfigurationseinrichtung verbunden und bezieht von dieser in Folge seine logische Adresse. Auf diese Weise kann einem Applikationsort eine spezifische Adresse zugeordnet werden.
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Die
DE 100 40 438 A1 zeigt ein Adressvergabeverfahren für mindestens einen neu an ein Bussystem angeschlossenen Busteilnehmer.
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Die
DE 199 34 514 C1 zeigt ein Verfahren zum Konfigurieren eines an einen Feldbus angeschlossenen Busteilnehmers.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Vergeben von, insbesondere logischen, Adressen innerhalb eines Bussystems und ein Bussystem zur Verfügung zu stellen, die eine flexible, einfach durchzuführende und zuverlässige Vergabe von Adressen ermöglichen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Bussystem nach Anspruch 10.
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Das Verfahren dient zum Vergeben von, insbesondere logischen, Adressen innerhalb eines Bussystems bzw. an Busteilnehmer, die Teil des Bussystem sind.
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Das Bussystem umfasst einen herkömmlichen Datenübertragungsbus, beispielsweise in Form eines Leitungspaars, einer Daisy-Chain-Leitungstopologie, usw. Der Datenübertragungsbus bildet hierbei beispielsweise die Schicht 1 im OSI-Referenzmodell.
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Das Bussystem umfasst weiter einen mit dem Datenübertragungsbus verbundenen Busteilnehmer in Form eines Bus-Masters, beispielsweise einen EtherCAT Master, mindestens einen weiteren mit dem Datenübertragungsbus verbundenen Busteilnehmer in Form eines Bus-Slaves, beispielsweise mindestens einen EtherCAT Slave, und eine mit dem Datenübertragungsbus verbundene Adressenverifizierungsvorrichtung, beispielsweise in Form eines herkömmlichen Personal Computers auf dem eine Adressenverifizierungssoftware abläuft.
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Der Begriff Master bezeichnet hierbei den initiierenden Teil bei der Adressvergabe. Die Begriffe Master und Slave können hierbei die in Bussystemen übliche Bedeutung aufweisen.
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Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
Der Bus-Master überträgt zunächst über den Datenübertragungsbus eine zu vergebende Adresse, insbesondere eine zu vergebende logische Adresse, an den oder die Bus-Slaves. Eine logische Adresse kann beispielsweise in den Schichten 4 bis 7 des OSI-Referenzmodells Verwendung finden.
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Der Bus-Master kann den Bus-Slave anhand seiner physikalischen Adresse adressieren und die zu vergebende (logische) Adresse zu dem Bus-Slave mit der entsprechenden physikalischen Adresse übertragen. Wenn die Bus-Slaves in Form einer Daisy-Chain miteinander verbunden sind, kann die physikalische Adresse beispielsweise durch eine Position innerhalb der Daisy-Chain vorgegeben sein. Im Übrigen sei auch auf die einschlägige Fachliteratur zum Thema physikalische Adressen/Adressierung/Adressvergabe verwiesen.
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Nach dem Empfangen der Adresse durch den Bus-Slave liest der Bus-Slave eine beispielsweise in einem nicht-flüchtigen Speicher des Bus-Slaves gespeicherte Adresse.
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Anschließend kann der Bus-Slave optional überprüfen, ob die gespeicherte Adresse eine Initial-Adresse ist. Die Initial-Adresse ist bevorzugt eine solche Adresse, die zur Adressierung nicht verwendet wird. Die Initial-Adresse wird beispielsweise bei der Produktion des Geräts in einen nicht-flüchtigen Gerätespeicher programmiert. Die Initial-Adresse kann einen bestimmten Wert aufweisen, beispielsweise 0 (Null).
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Wenn die gespeicherte Adresse die Initial-Adresse ist, d. h. es handelt sich um eine erstmalige Adressvergabe, übernimmt der Bus-Slave die von dem Bus-Master übertragene Adresse als aktive Adresse, speichert die von dem Bus-Master übertragene Adresse in dem nicht-flüchtigen Speicher ab, d. h. speichert die von dem Bus-Master übertragene Adresse persistent, so dass bei einem nächsten Lesen der Adresse die von dem Bus-Master übertragene Adresse gelesen wird, und wechselt in einen Normalbetriebszustand. Diese optionalen Verfahrensschritte ermöglichen beispielsweise einen Austausch eines defekten Bus-Slaves durch einen fabrikneuen Bus-Slave ohne anschließende Adressverifikation.
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Wenn die gespeicherte Adresse nicht die Initial-Adresse ist, d. h. es hat bereits mindestens einmal eine Adressvergabe stattgefunden, vergleicht der Bus-Slave seine gespeicherte Adresse mit der von dem Bus-Master übertragenen Adresse.
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Wenn die gespeicherte Adresse mit der von dem Bus-Master übertragenen Adresse übereinstimmt, übernimmt der Bus-Slave die von dem Bus-Master übertragene Adresse als aktive Adresse und wechselt in den Normalbetriebszustand, da keine Adressänderung notwendig ist und daher eine Adressverifikation entfallen kann.
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Wenn jedoch die gespeicherte Adresse nicht mit der von dem Bus-Master übertragenen Adresse übereinstimmt, wird in einen Adressenverifizierungszustand gewechselt, der dazu dient, die vom Bus-Master übertragene Adresse nur dann zu speichern und als aktive Adresse zu übernehmen, wenn eine vorgegebene Verifizierungsprozedur basierend auf vorgegebenen Verifizierungskriterien erfolgreich durchgeführt worden ist, so dass eine nicht autorisierte Adressenänderung bzw. Adressenmanipulation erschwert bzw. verhindert wird.
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In dem Adressenverifizierungszustand werden in einer Adressenverifizierungsprozedur nacheinander folgende Schritte durchgeführt:
Mittels der Adressenverifizierungsvorrichtung wird ein Bus-Slave anhand bestimmter Kriterien automatisch oder von einem Benutzer ausgewählt. Beispielsweise kann die Adressenverifizierungsvorrichtung sämtliche Bus-Slaves strukturiert, beispielsweise in einem Projektbaum, auswählbar anzeigen und ein Benutzer wählt einen Bus-Slave aus dem Projektbaum aus.
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Nach dem Auswählen sendet die Adressenverifizierungsvorrichtung einen Verifizierungsinitiierungsbefehl an den ausgewählten Bus-Slave, der die Verifizierungsprozedur Bus-Slave-seitig einleitet. Die Adressierung des Bus-Slaves kann beispielsweise mittels dessen physikalischer Adresse erfolgen.
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Nach dem Empfangen des Verifizierungsinitiierungsbefehls durch den Bus-Slave überträgt der Bus-Slave die zuvor von dem Bus-Master an den Bus-Slave übertragene Adresse zusammen mit einer Bus-Slave-Identifizierungsinformation an die Adressenverifizierungsvorrichtung. Die Adressierung der Adressenverifizierungsvorrichtung kann beispielsweise anhand der physikalischen Adresse der Adressenverifizierungsvorrichtung erfolgen. Die Bus-Slave-Identifizierungsinformation ist bevorzugt für jeden Bus-Slave eindeutig vergeben, d. h. die Bus-Slaves weisen ein spezifische bzw. eindeutige Bus-Slave-Identifizierungsinformation auf.
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Die Adressenverifizierungsvorrichtung empfängt die Adresse und die Bus-Slave-Identifizierungsinformation und überprüft, gegebenenfalls unter Verwendung der Bus-Slave-Identifizierungsinformation, ob die von dem Bus-Slave an die Adressenverifizierungsvorrichtung übertragene Adresse einer gewünschten Adresse entspricht.
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Die Überprüfung, automatisiert und/oder durch einen Benutzer, kann beispielsweise anhand der Bus-Slave-Identifizierungsinformation und/oder eines Optical-Trackings erfolgen, falls der Bus-Slave im Adressenverifizierungszustand eine den Adressenverifizierungszustand indizierende optische Anzeige generiert. Das Ergebnis der Überprüfung kann durch den Benutzer festgelegt werden.
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Wenn die übertragene Adresse der gewünschten Adresse entspricht, erzeugt die Adressenverifizierungsvorrichtung eine verschlüsselte Adresseninformation durch Verschlüsseln der gewünschten Adresse in Abhängigkeit von bzw. in Verbindung mit der Bus-Slave-Identifizierungsinformation, und überträgt die verschlüsselte Adresseninformation an den Bus-Slave.
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Der Bus-Slave empfängt die verschlüsselte Adresseninformation und entschlüsselt diese zur Bestimmung der gewünschten Adresse. Die Adressenverifizierungsvorrichtung und der Bus-Slave sind derart ausgebildet, dass der Bus-Slave eine ordnungsgemäß verschlüsselte Adresseninformation entschlüsseln kann. Die Verschlüsselung/Entschlüsselung kann beispielsweise mittels herkömmlicher Verfahren erfolgen, wobei sich die Adressenverifizierungsvorrichtung und der Bus-Slave ein ”Geheimnis teilen” (shared secret) können. Im Übrigen sei auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. Die Verschlüsselung/Entschlüsselung verhindert, dass ein Benutzer unautorisiert eine Adresse verifizieren kann, da er die Adressinformation nicht gültig verschlüsseln kann.
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Wenn die gewünschte Adresse mit der von dem Bus-Master zuvor übertragenen Adresse übereinstimmt, übernimmt der Bus-Slave die von dem Bus-Master übertragene Adresse als aktive Adresse und wechselt in den Normalbetriebszustand.
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Das Übertragen der von dem Bus-Master an den Bus-Slave übertragenen Adresse zusammen mit der Bus-Slave-Identifizierungsinformation an die Adressenverifizierungsvorrichtung wird hierbei durch die Adressenverifizierungsvorrichtung angestoßen, d. h. diese liest die Adresse zusammen mit der Bus-Slave-Identifizierungsinformation aus dem Bus-Slave aus. Alternativ kann der Bus-Slave von sich aus eine Übertragung initiieren.
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Der Bus-Slave kann nach dem Eintreten in den Adressenverifizierungszustand eine erste optische und/oder akustische Anzeige erzeugen, wodurch ein Optical-Tracking bzw. ein optisches Erkennen und/oder ein akustisches Erkennen eines Bus-Slaves möglich ist/sind, dessen Adresse zu verifizieren ist.
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Der Bus-Slave kann nach dem Empfangen des Verifizierungsinitiierungsbefehls eine zweite optische und/oder akustische Anzeige erzeugen, die von der ersten optischen und/oder akustischen Anzeige verschieden ist, wodurch es beispielsweise einem Benutzer möglich ist, den entsprechenden Bus-Slave zu identifizieren.
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Die Bus-Slave-Identifizierungsinformation kann eine eindeutige Seriennummer des Bus-Slaves sein/enthalten, wobei die Seriennummer pro Bus-Slave einmalig vergeben wird.
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Die Adresse kann eine logische oder funktionale Adresse sein, d. h. eine Adresse, die von einer physikalischen Adresse verschieden ist.
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Der Datenübertragungsbus kann ein beliebiger Feldbus sein.
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Der Datenübertragungsbus kann ein EtherCAT-Datenübertragungsbus und die Adresse kann eine Safety over EtherCAT(FSoE)-Slave-Adresse sein. Hinsichtlich EtherCAT und FSoE sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
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Der Datenübertragungsbus kann ein PPROFIBUS-Datenübertragungsbus sein und die Adresse kann eine F-Adresse einer PROFIsafe-Anwendung sein. Hinsichtlich PROFIBUS und F-Adresse sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
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Das Bussystem umfasst einen Datenübertragungsbus, einen mit dem Datenübertragungsbus verbundenen Bus-Master, mindestens einen mit dem Datenübertragungsbus verbundenen Bus-Slave und eine mit dem Datenübertragungsbus verbundene Adressenverifizierungsvorrichtung, wobei der Bus-Master, der mindestens eine Bus-Slave und die Adressenverifizierungsvorrichtung dazu ausgebildet sind, das oben genannte Verfahren auszuführen.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detaillierter beschrieben. Hierbei zeigt schematisch:
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1 ein Bussystem und
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2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Vergeben von logischen Adressen innerhalb des in 1 gezeigten Bussystems.
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1 zeigt ein Bussystem 1 mit einem EtherCAT-Datenübertragungsbus 2, einem mit dem Datenübertragungsbus 2 verbundenen EtherCAT-Bus-Master 3, mehreren mit dem Datenübertragungsbus 2 verbundenen EtherCAT-Bus-Slaves 4_1 bis 4_3 (exemplarisch sind drei Bus-Slaves 4_1 bis 4_3 gezeigt), einem mit dem Datenübertragungsbus 2 verbundenen Engineering-Tool als Adressenverifizierungsvorrichtung 5 und einem mit dem Datenübertragungsbus 2 verbundenen Safety over EtherCAT(FSoE)-Master 6.
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Die Adressenverifizierungsvorrichtung 5 kann ein herkömmlicher Personal Computer sein, auf dem eine Adressenverifizierungssoftware abläuft.
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Die Busteilnehmer 3 bis 6 sind in Form einer Daisy-Chain miteinander verbunden und anhand ihrer Position in der Daisy-Chain physikalisch adressierbar.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Vergeben von logischen Adressen innerhalb des in 1 gezeigten Bussystems 1 aus Sicht des in 1 gezeigten Bus-Slaves 4_1, wobei der Bus-Slave 4_1 exemplarisch ausgewählt ist. Das dargestellte Verfahren kann beispielsweise nach einem Einschalten des Bus-Systems 1 für alle Bus-Slaves 4_1 bis 4_3 ablaufen.
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In einem Schritt S1 wartet der Bus-Slave 4_1 auf eine von dem Bus-Master 3 übertragene zu vergebende logische Adresse.
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Sobald der Bus-Slave 4_1 die zu vergebende logische Adresse empfängt, liest er in einem Schritt S2 eine in einem nicht-flüchtigen Speicher des Bus-Slaves 4_1 gespeicherte logische Adresse.
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In einem Schritt S3 überprüft der Bus-Slave 4_1, ob die gespeicherte logische Adresse eine Initial-Adresse mit dem Wert Null ist.
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Wenn die gespeicherte logische Adresse die Initial-Adresse ist, speichert der Bus-Slave 4_1 in einem Schritt S4 die übertragene logische Adresse in dem nicht-flüchtigen Speicher, übernimmt die übertragene logische Adresse als aktive Adresse und wechselt in einen Normalbetriebszustand NB, in dem weitere Schritte erfolgen können, die auf der vergebenen logischen Adresse basieren. Beispielsweise kann in dem Normalbetriebszustand NB eine Safety over EtherCAT(FSoE)-Applikation in Verbindung mit dem FSoE-Master 6 gestartet werden, wobei für diesen Fall die gespeicherte logische Adresse eine FSoE-Adresse ist.
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Wenn die gespeicherte Adresse nicht die Initial-Adresse ist, vergleicht der Bus-Slave 4_1 in einem Schritt S5 die gespeicherte logische Adresse mit der von dem Bus-Master 3 übertragenen logischen Adresse.
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Wenn die gespeicherte logische Adresse mit der von dem Bus-Master 3 übertragenen logischen Adresse übereinstimmt, übernimmt der Bus-Slave 4_1 in einem Schritt S6 die von dem Bus-Master 3 übertragene logische Adresse als aktive Adresse und Wechselt in den Normalbetriebszustand NB.
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Wenn die gespeicherte logische Adresse nicht mit der von dem Bus-Master 3 übertragenen logischen Adresse übereinstimmt, wechselt der Bus-Slave 4_1 in einen Adressenverifizierungszustand und erzeugt in einem Schritt S7 eine optische Anzeige, beispielsweise durch geeignetes Ansteuern einer roten Zustands-LED, die den Zustand entsprechend optisch kodiert.
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In einem Schritt S8 überprüft der Bus-Slave 4_1, ob von der Adressenverifizierungsvorrichtung 5 ein Verifizierungsinitiierungsbefehl eingeht.
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Sobald der Verifizierungsinitiierungsbefehl eingeht bzw. durch den Bus-Slave 4_1 empfangen wird, überträgt der Bus-Slave 4_1 in einem Schritt S9 die von dem Bus-Master 3 empfangene logische Adresse zusammen mit seiner Seriennummer an die Adressenverifizierungsvorrichtung 5 und verzweigt dann zu einem Schritt S10, während dem auf eine Reaktion von der Adressenverifizierungsvorrichtung 5 in Form von Adresseninformation gewartet wird.
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Die Adressenverifizierungsvorrichtung 5 prüft nun, möglicherweise in Interaktion mit einem Benutzer, beispielsweise durch optische Kontrolle, Vergleichen mit Seriennummernlisten, etc., ob die von dem Bus-Slave 4_1 empfangene Adresse einer gewünschten Adresse entspricht.
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Wenn die übertragene Adresse der gewünschten Adresse nicht entspricht, werden von der Adressenverifizierungsvorrichtung 5 keine weiteren Verifizierungsschritte mehr vorgenommen.
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Wenn die empfangene Adresse der gewünschten Adresse entspricht, erzeugt die Adressenverifizierungsvorrichtung 5 die verschlüsselte Adresseninformation durch Verschlüsseln der gewünschten Adresse in Abhängigkeit von der Seriennummer und überträgt die verschlüsselte Adresseninformation an den Bus-Slave 4_1.
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Nach dem Empfangen der verschlüsselten Adresseninformation im Schritt S10 verzweigt der Bus-Slave 4_1 zu einem Schritt S11, in dem die empfangene verschlüsselte Adresseninformation zur Bestimmung der gewünschten Adresse entschlüsselt wird.
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In einem Schritt S12 überprüft der Bus-Slave 4_1, ob die gewünschte Adresse mit der von dem Bus-Master 3 übertragenen Adresse übereinstimmt.
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Wenn die gewünschte Adresse mit der von dem Bus-Master 3 übertragenen Adresse übereinstimmt, übernimmt der Bus-Slave 4_1 in einem Schritt S13 die von dem Bus-Master 3 übertragene Adresse als aktive Adresse, deaktiviert die optische Anzeige und wechselt in den Normalbetriebszustand NB.
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Wenn die gewünschte Adresse nicht mit der von dem Bus-Master 3 übertragenen Adresse übereinstimmt, deaktiviert der Bus-Slave 4_1 in einem Schritt S14 die optische Anzeige und verzweigt zum Schritt S1.
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Das oben beschriebene Verfahren kann bei Bedarf für alle Bus-Slaves 4_1 bis 4_3 durchgeführt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die einfache und sichere Vergabe von logischen Adressen, ohne dass hierfür dedizierte Hardware, beispielsweise in Form von Dip-Schaltern, vorzusehen ist.
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Die Adressen werden beispielsweise als Standardparameter mit einem zugehörigen Standardparametersatz vom Bus-Master 3 auf die Bus-Slaves 4_1 bis 4_3 geladen.
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Die Verifikation und persistente Speicherung der Adressen erfolgt über die Adressenverifizierungsvorrichtung bzw. das Engineering-Tool 5.
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Stimmen die aktuell geladene Adresse und die persistent gespeicherte Adresse aus der Sicht der Bus-Slaves 4_1 bis 4_3 nicht überein, erwartet der jeweilige Bus-Slave 4_1 bis 4_3 einen Verifikationsprozess, der durch die Adressenverifizierungsvorrichtung 5 ausgelöst wird.
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Ein Anwender wählt hierzu beispielsweise über einen Projektbaum einen der Bus-Slaves 4_1 bis 4_3 aus. Dann können Upload und Anzeige der Adresse des aktuell geladenen Parametersatzes inklusive der logischen Adresse, der Seriennummer und der Typbezeichnung erfolgen.
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Gleichzeitig wird für den angesprochenen Bus-Slave 4_1 bis 4_3 eine Funktion „Optical Tracking” aktiviert.
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Die Bestätigung der Adresse kann durch eine Aktion des Anwenders in der Adressenverifizierungsvorrichtung 5 erfolgen.
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Aus der hochgeladenen Seriennummer und der Adresse kann unter Verwendung eines festzulegenden Algorithmus' ein Bestätigungscode bzw. eine Adressinformation generiert werden, der bzw. die an den Bus-Slave 4_1 bis 4_3 gesendet wird.
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Der Bus-Slave 4_1 bis 4_3 prüft unter Verwendung des vereinbarten Algorithmus die Korrektheit des empfangenen Bestätigungscodes bzw. der empfangenen Adressinformation, indem er das Berechnungsergebnis mit der vorgesehenen Adresse und der eigenen Seriennummer vergleicht.
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Bei erfolgreicher Verifikation des Bestätigungscodes erfolgt die persistente Speicherung der Adresse.
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Der Anwender kann anhand der Seriennummer und/oder des Optical-Trackings die korrekte Zuordnung der Adresse erkennen.
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Es versteht sich, dass anstelle des EtherCAT-Datenübertragungsbusses 2 beliebige Arten von Datenübertragungsbussen Verwendung finden können.
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Anstelle der logischen Adressen in Form der FSoE-Adresse können beliebige (logische) Adressen vergeben werden.
