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Die Erfindung betrifft ein Endgerät für ein Automatisierungssystem, mit wenigstens einem Sensor zur Bereitstellung eines von einer physikalischen Größe abhängigen Sensorsignals und/oder mit wenigstens einem Aktor zur Bereitstellung einer Bewegung in Abhängigkeit von einem Bewegungssignal, sowie mit einer Verarbeitungseinrichtung, die zur Verarbeitung von Sensorsignalen des Sensors in Sensordaten und/oder zur Verarbeitung von Bewegungsbefehlen in Bewegungssignale für den Aktor ausgebildet ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung einen Parameterspeicher umfasst, in dem Parameter zur Verarbeitung der Sensorsignale und/oder Parameter zur Verarbeitung der Bewegungsbefehle gespeichert sind, und wobei die Verarbeitungseinrichtung für eine Ausgabe von Sensordaten und/oder Parametern und/oder für einen Empfang von Bewegungsbefehlen und/oder Parametern, insbesondere ausschließlich, gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll mit einer Kommunikationsschnittstelle verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Endgeräteanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Endgeräts für ein Automatisierungssystem.
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Automatisierungssysteme werden üblicherweise für einen automatischen Betrieb von Maschinen wie Werkzeugmaschinen oder Montagevorrichtungen oder von Anlagen wie chemischen Reaktoren oder Bioreaktoren eingesetzt. Dabei wird in der Regel eine übergeordnete Steuerungseinrichtung, insbesondere eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), dazu eingesetzt, unterschiedliche Prozesse in der Maschine oder Anlage zu steuern oder zu regeln. Bei diesen Prozessen kann es sich beispielsweise um Bewegungen von Maschinenteilen der Maschine oder um Dosiervorgänge oder Mischvorgänge in der Anlage handeln. Je nach Komplexitätsgrad der Maschine oder Anlage umfasst das Automatisierungssystem eine oder mehrere Systemebenen, auf denen Daten wie Bewegungsbefehle von der Steuerungseinrichtung ausgegeben und Sensormesswerte von der Steuerungseinrichtung empfangen werden, um eine ordnungsgemäße Steuerung der Maschine oder Anlage gemäß einem vorgebbaren Ablauf zu ermöglichen.
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Beispielsweise ist bei Automatisierungssystemen eine Kommunikation in einer ersten Systemebene über einen Feldbus vorgesehen, über der komplexe Handlungsanweisungen wie Bewegungsbefehle und komplexe Datensätze wie Sensordaten in digitaler Form als Feldbustelegramme zwischen der übergeordneten Steuerungseinrichtung und am Feldbus angeschlossenen Feldgeräten übertragen werden können. Die Feldgeräte ihrerseits dienen zur Umsetzung der in den Feldbustelegrammen enthaltenen Informationen, insbesondere Bewegungsbefehlen und sonstigen Steueranweisungen, in vereinfachte Signalformen einer zweiten Signalebene, insbesondere in Schalt- oder Steuersignale, um eine Ansteuerung von Endgeräten wie beispielsweise Aktoren oder Sensoren zu ermöglichen.
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Üblicherweise ist eine Kommunikation zwischen dem Feldgerät und den angeschlossenen Aktoren und Sensoren mittels einfacher Schaltsignale vorgesehen, wobei das Schaltsignal je nach zu übertragendem Informationsgehalt wahlweise einen „Low“-Pegel oder einen „High“-Pegel, insbesondere in einem Spannungsbereich von 0 bis 24 Volt, aufweist. Eine Ansteuerung von Aktoren durch das Feldgerät und eine Kommunikation von Sensoren mit dem Feldgerät ist hierbei in Form von elektrischen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen vorgesehen. Dementsprechend ist jedem Sensor oder Aktor eine individuelle Kabelverbindung mit dem Feldgerät zugeordnet.
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Seit einiger Zeit wird als vollständig kompatibler Ersatz für die Übertragung von 1-Bit-Schaltsignalen zwischen Feldgerät und Aktoren beziehungsweise Sensoren das sogenannte IO-Link-Kommunikationsprotokoll eingesetzt. Beim IO-Link-Kommunikationsprotokoll wird anstelle des einfachen Schaltsignals über die gleiche einfach gehaltene Kabelverbindung ein digitales Kommunikationssignal übertragen, sodass zusätzliche Informationen zwischen dem Feldgerät und dem angeschlossenen Endgerät ausgetauscht werden können. Bei diesen Informationen handelt es sich beispielsweise um Parameter für die Parametrierung des im Feldgerät integrierten Sensors und/oder Aktors. Für einen Aktor können auch Bewegungsbefehle zur Ansteuerung des Aktors übertragen werden, die über einen reinen Schaltvorgang hinausgehen und beispielweise eine proportionale Ansteuerung des Aktors ermöglichen.
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Für die Durchführung der Kommunikation gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll muss das Endgerät mit einer geeigneten Kommunikationsschnittstelle ausgerüstet sein, die ihrerseits mit einer im Endgerät ausgebildeten Verarbeitungseinrichtung, insbesondere einem Mikroprozessor verbunden ist. Dabei sind die Verarbeitungseinrichtung und die Kommunikationsschnittstelle derart ausgebildet, dass ein entsprechend ausgerüstetes Endgerät wahlweise als sogenanntes „Device“ unter Verwendung des IO-Link-Kommunikationsprotokolls an einem sogenannten „Master“ angekoppelt werden kann, um durch Übertragung von digitalisierten Datensätzen eine erweiterte Funktionalität des Endgeräts ausnutzen zu können.
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Alternativ kann das IO-Link-fähige Endgerät in klassischer Weise an einem nicht für die Nutzung des IO-Link-Kommunikationsprotokolls ausgerüsteten Feldgerät betrieben werden, wobei in diesem Fall lediglich die Übertragung von Schaltsignalen als Bewegungsbefehl oder Sensordatum ermöglicht ist. Die Stärke des IO-Link-Kommunikationsprotokolls liegt somit darin, dass entsprechend ausgerüstete Endgeräte sowohl in bestehende Maschinen oder Anlagen zur Ausgabe und/oder Verarbeitung von Schaltsignalen integriert werden können und alternativ unter Nutzung des IO-Link-Kommunikationsprotokolls mit erweitertem Funktionsumfang an geeignet ausgerüsteten Feldgeräten angeschlossen werden können.
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Das IO-Link-Kommunikationsprotokoll ist unter der Bezeichnung „Single-drop digital communication interface for small sensors and actuators“ (SDCI) in der Norm IEC61131-9 normiert, wobei hier sowohl elektrische Anschlussdaten als auch das digitale Kommunikationsprotokoll, über das die Endgeräte mit dem Feldgerät in Datenaustausch treten können, festgelegt sind. Ein auch als IO-Link-Sensor und/oder IO-Link-Aktor ausgebildetes Endgerät kann exemplarisch den Device Transceiver MAX14821 von Maxim enthalten. Ein entsprechender IO-Link-Master kann beispielsweise mit dem IO-Link Master Transceiver MAX14824 ausgerüstet werden.
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Bei Anwendung der aus dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll bekannten Randbedingungen ist eine Parametrierung von IO-Link-fähigen Endgeräten beispielsweise über das als IO-Link-Master ausgebildete Feldgerät vorgesehen, das hierzu mit einem entsprechenden Masterkommunikationsbaustein ausgerüstet ist und jedes mit einer Punkt-zu-Punktverbindung angeschlossene Endgerät individuell parametrieren kann. Sofern eine Nutzung von Endgeräten in einem Automatisierungssystem vorgesehen ist, bei dem die Feldgeräte nicht nach dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll arbeiten, ist eine Parametrierung von Endgeräten mittels eines separaten Programmiergeräts vorgesehen, mit dem die zum Betrieb des Endgeräts notwendigen Parameter über die Kommunikationsschnittstelle des jeweiligen Endgeräts bereitgestellt werden können.
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Aus der
DE 20 2008 017 894 U1 ist ein Verfahren zum Programmieren und/oder Konfigurieren einer Sicherheitssteuerung mit einer Steuerung und mindestens einem Anschlussmodul bekannt, wobei das Anschlussmodul zumindest einen Eingang für einen Sensor und/oder zumindest einen Ausgang für einen Aktor aufweist, wobei über eine grafische Benutzeroberfläche an die Sicherheitssteuerung anzuschließende Sensoren und/oder Aktoren repräsentierende Elemente ausgewählt werden. Dabei werden neue Elemente für weitere anschließbare Sensoren und/oder Aktoren erzeugt und für die neuen Elemente wird festgelegt, welche Eigenschaften ihnen zugewiesen werden können, wobei die neuen Elemente nach ihrer Erzeugung in der grafischen Benutzeroberfläche für das Programmieren und/oder Konfigurieren der von ihnen repräsentierten Sensoren und/oder Aktoren zur Auswahl stehen.
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Die
DE 10 2010 002 402 A1 offenbart eine Vorrichtung mit einer Anzeigeeinheit und einer Bedieneinheit, wobei die Bedieneinheit wenigstens zwei Bedienelemente aufweist, welche Bedienelemente in einem Editiermodus dazu dienen, auf der Anzeigeeinheit dargestellte Texte und/oder Zahlen zu editieren, wobei zum Editieren Zeichenobjekte zur Verfügung stehen, wobei die Anzahl der zur Verfügung stehenden Zeichenobjekte die Anzahl der vorhandenen Bedienelemente übersteigt, wobei in dem Editiermodus mehrere Containerobjekte auf einer ersten Einblendung auf der Anzeigeeinheit darstellbar sind, wobei in jedem Containerobjekt mehrere Zeichenobjekte zusammengefasst sind, wobei anhand der ersten Einblendung auf der Anzeigeeinheit nicht einzelne Zeichenobjekte sondern nur Containerobjekte vermittels der Bedienelemente auswählbar sind, wobei die Anzeigeeinheit nach dem Auswählen eines Containerobjekts vermittels wenigstens eines der Bedienelemente ferner dazu dient, die in dem Containerobjekt enthaltenen Zeichenobjekte auf einer zweiten Einblendung auf der Anzeigeeinheit darzustellen, und wobei die Bedienelemente nach dem Auswählen eines Containerobjekts dazu dienen, wenigstens eines der in dem Containerobjekt enthaltenen Zeichenobjekte auszuwählen.
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Die
DE 10 2006 052 291 A1 offenbart ein Feldgerät mit zumindest einem Sensor zum Erfassen wenigstens eines chemischen und/oder physikalischen Prozessparameters und/oder mit zumindest einem Aktor, wobei im Feldgerät eine Geräteelektronik zum Erfassen der Messwerte des Sensors und/oder zum Regeln bzw. Einstellen des Aktors vorgesehen ist, wobei die Versorgung des Feldgeräts und dessen Geräteelektronik mit Energie zumindest teilweise oder ausschließlich über einen Schleifenstrom einer Zweidrahtleitung erfolgt, wobei die Geräteelektronik die Betriebszustände und Mess- oder Regelzustände des Feldgeräts zumindest partiell und/oder zeitweise über die Zweidrahtleitung signalisiert und kommuniziert und wobei vorgesehen ist, dass ein potentialfreier Schaltausgang als ein Schaltelement im Feldgerät zur Signalisierung von Betriebszuständen und/oder Mess- oder Regelzuständen genutzt wird.
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Aus der
DE 102 06 657 A1 ist ein Aktuator-Sensor-Interface für die Automation bekannt, welches zwischen mindestens einem Master und/oder mindestens einem Slave über mindestens einen Bus zwischengeschaltet ist, wobei sowohl der mindestens eine Master und der mindestens eine Slave mindestens je ein Aktuator-Sensor-Interface besitzen, die untereinander über den mindestens einen Bus gekoppelt sind und wobei das mindestens eine Aktuator-Sensor-Interface für den mindestens einen Slave in einen Leerlauf-, einen Empfangs- und/oder Sendezustand (special function state) ereignisgesteuert umschaltbar ist. Hierdurch ist ein verbesserter und schnellerer Transfer beispielsweise von Analogdaten oder Parameterdaten zwischen dem Master und den über das Buskabel angeschlossenen Slave-Einheiten möglich, wobei auch mehr als 32 Slave-Einheiten auch über eine zusätzliche Modulschaltung betrieben werden können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Endgerät, eine Endgeräteanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Endgeräts bereitzustellen, bei denen eine vereinfachte Parametrierung ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinrichtung ein Umschaltmittel für eine Umschaltung der Verarbeitungseinrichtung zwischen einem ersten Funktionszustand und einem zweiten Funktionszustand umfasst, wobei die Verarbeitungseinrichtung im ersten Funktionszustand bei Eintreffen eines externen Abfragesignals für eine Ausgabe der Sensordaten und/oder Parameter an die Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist und im zweiten Funktionszustand für eine Bereitstellung eines Initialisierungssignals und eine Ausgabe der im Parameterspeicher gespeicherten Parameter an die Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist.
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Dabei entspricht der erste Funktionszustand der üblichen Betriebsweise für die Verarbeitungseinrichtung und die Kommunikationsschnittstelle des Endgeräts. Sofern das Endgerät mit einem konventionellen, nicht IO-Link-fähigen Feldgerät verbunden ist, finden im ersten Funktionszustand eine Übertragung und/oder ein Empfang von Schaltsignalen zwischen Endgerät und Feldgerät statt. Ist das Endgerät hingegen mit einem IO-Link-fähigen Feldgerät verbunden, so findet im ersten Funktionszustand ein Datenaustausch zwischen dem Feldgerät und dem Endgerät gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll statt. Hierbei verhält sich das Endgerät als „Device“ gegenüber dem als „Master“ arbeitenden Feldgerät. Die dabei übertragenen Sensordaten können neben gemessenen Werten von physikalischen Größen ergänzend oder alternativ auch Informationen über Zustände angeschlossener Aktoren und/oder Diagnoseinformationen umfassen. Die dabei aus dem Parameterspeicher übertragenen Parameter können Parameter für die Verarbeitung von Sensorsignalen und/oder Parameter für die Verarbeitung von Bewegungsbefehlen umfassen.
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Im zweiten Funktionszustand kann das erfindungsgemäße Endgerät eine Masterfunktion einnehmen, da es im zweiten Funktionszustand ein dem „Master“ vorbehaltenes Initialisierungssignal an ein weiteres Endgerät ausgeben kann und anschließend auch einige oder sämtliche im Parameterspeicher enthaltene Parameter an das weitere Endgerät ausgeben kann. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Endgerät mit einem weiteren IO-Link-fähigen Endgerät über ein Verbindungskabel gekoppelt ist und die im Parameterspeicher gespeicherten Parameter an dieses weitere Endgerät übertragen werden sollen. Somit kann das erfindungsgemäße Endgerät im zweiten Funktionszustand in der Art eines Programmiergeräts für weitere Endgeräte betrieben werden, ohne dass hierzu weitere technische Vorkehrungen notwendig wären. Die der Verarbeitungseinrichtung zugeordneten Umschaltmittel können beispielsweise in Form eines schaltungstechnisch realisierten Umschalters und/oder in Form eines Programmmoduls, das auf der Verarbeitungseinrichtung ablauffähig ist, ausgebildet sein. Bei der Umschaltung der Verarbeitungseinrichtung in den zweiten Funktionszustand erfolgt dementsprechend eine Nutzung des Endgeräts abseits seiner Spezifikation als „Device“ im Sinne des IO-Link-Kommunikationsprotokolls. Die im zweiten Funktionszustand aus dem Parameterspeicher übertragenen Parameter können Parameter für die Verarbeitung von Sensorsignalen und/oder Parameter für die Verarbeitung von Bewegungsbefehlen umfassen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Zweckmäßig ist es, wenn der Verarbeitungseinrichtung eine Bedieneinrichtung und eine Anzeigeeinrichtung zugeordnet sind, wobei die Bedieneinrichtung für eine Bereitstellung eines Umschaltsignals an die Umschaltmittel und die Anzeigeeinrichtung für eine Anzeige des jeweiligen Funktionszustands der Verarbeitungseinrichtung ausgebildet sind. Beispielsweise ist die Bedieneinrichtung als Tastschalter, Drehknopf oder Bedienfläche ausgebildet und ermöglicht eine Benutzereingabe durch einen Bediener. Diese Benutzereingabe kann beispielsweise darauf gerichtet sein, die Verarbeitungseinrichtung des Endgeräts zwischen dem ersten Funktionszustand und dem zweiten Funktionszustand umzuschalten. Bei einer entsprechenden Bedienereingabe ist die Bedieneinrichtung dazu vorgesehen, das Umschaltsignal an die Umschaltmittel bereitzustellen, wodurch die gewünschte Umschaltung zwischen den beiden Funktionszuständen der Verarbeitungseinrichtung vollzogen wird. Die Anzeigeeinrichtung kann als einzelne Leuchte oder als Leuchtenanordnung, insbesondere als Mehrsegmentanzeige oder Display, und/oder für eine akustische oder in sonstiger Weise durch den Bediener wahrnehmbare Anzeige des jeweiligen Funktionszustands der Verarbeitungseinrichtung ausgebildet sein. Vorteilhaft ist es, wenn die Anzeigeeinrichtung während des zweiten Funktionszustands dauerhaft anzeigt, dass der zweite Funktionszustand eingenommen ist, um einem Benutzer anzuzeigen, dass eine möglicherweise stattfindende Parameterübertragung zwischen dem erfindungsgemäßen Endgerät und einem weiteren Endgerät nicht unterbrochen werden sollte.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bedieneinrichtung für eine Parametereingabe in den Parameterspeicher ausgebildet ist und/oder dass die Anzeigeeinrichtung für eine Anzeige eines eingegebenen Parameters ausgebildet ist. Die Nutzung der Bedieneinrichtung für eine Parametereingabe ist insbesondere dann von Interesse, wenn das Endgerät mit einem Automatisierungssystem betrieben werden soll, das nicht für eine Datenübertragung gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll ausgebildet ist. Somit steht für die Parametrierung des Endgeräts kein Master gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll zur Verfügung, der eine einfache Parametrierung des jeweiligen Endgeräts zulassen würde. In diesem Fall kann mit Hilfe der Bedieneinrichtung beispielsweise bei einem als Sensor ausgebildeten Endgerät eine Festlegung von Schaltpunkten vorgenommen werden, die bei Vorliegen entsprechender Messwerte des Sensors zur Ausgabe eines Schaltsignals durch das Endgerät führen. Um die mit Hilfe der Bedieneinrichtung vorgenommene Parametrierung des Endgeräts in einfacher Weise auf weitere IO-Link-fähige Endgeräte übertragen zu können, ohne hierfür einen IO-Link-Master oder ein separates Programmiergerät einsetzen zu müssen, kann dann die Parametrierung dieser weiteren Endgeräte mit Hilfe des erfindungsgemäßen Endgeräts vorgenommen werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Anzeigeeinrichtung den oder die eingegebenen Parameter anzeigt, um dem Benutzer eine Überprüfung der gewünschten Einstellungen zu ermöglichen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kommunikationsschnittstelle, insbesondere ausschließlich, für einen Anschluss eines, insbesondere genau eines Verbindungskabels ausgebildet ist. Die Kommunikationsschnittstelle entspricht somit exakt den Vorgaben, wie sie gemäß dem 10-Link-Kommunikationsprotokoll für den Anschluss eines Verbindungskabels vorgesehen sind, das zur Kommunikation gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll geeignet ist. Bevorzugt weist die Kommunikationsschnittstelle 3 oder 5 Anschlüsse auf, an denen die jeweiligen Leitungen eines standardmäßigen Verbindungskabels angeschlossen werden können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Endgerät über die zum Anschluss Verbindungskabels vorgesehene Kommunikationsschnittstelle hinaus keine weiteren elektrischen Anschlüsse umfasst, da hiermit eine besonders einfache Aufbauweise des Endgeräts gewährleistet werden kann.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kommunikationsschnittstelle einen Kommunikationsbaustein für ein IO-Link-Endgerät umfasst, der für einen Empfang von Bewegungsbefehlen und Parametern von einer übergeordneten Steuerungseinrichtung oder einem Feldgerät und für ein Versendung von Sensordaten und Parametern an die übergeordnete Steuerungseinrichtung oder an das Feldgerät ausgebildet ist, und dass die Verarbeitungseinrichtung derart für eine Ansteuerung des Kommunikationsbausteins ausgebildet ist, dass der Kommunikationsbaustein im zweiten Funktionszustand der Verarbeitungseinrichtung zur Bereitstellung eines Initialisierungssignals an die Kommunikationsschnittstelle befähigt wird. Der Kommunikationsbaustein im erfindungsgemäßen Endgerät ist auf die Funktionalität als „Device“ im Sinne des IO-Link-Kommunikationsprotokolls ausgelegt, zusätzliche Funktionen sind aus Kostengründen nicht vorgesehen. Der Kommunikationsbaustein kann somit die an der Kommunikationsschnittstelle eintreffenden Bewegungsbefehle und Parameter in ein Datenformat umzuwandeln, das von der Verarbeitungseinrichtung verarbeitet werden kann. Ferner ist der Kommunikationsbaustein dazu ausgebildet, Sensordaten und Parameter, die von der Verarbeitungseinrichtung bereitgestellt werden, in das Datenformat gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll umzuwandeln.
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Bei dem Kommunikationsbaustein handelt es sich insbesondere um eine integrierte Schaltung, die von ihrer Konzeption her ausschließlich für eine Verwendung als „Device“ im Sinne des IO-Link-Kommunikationsprotokolls ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird jedoch im zweiten Funktionszustand der Verarbeitungseinrichtung eine Ansteuerung des Kommunikationsbausteins in einer Art und Weise vorgesehen, die es erlaubt, über den Kommunikationsbaustein ein Initialisierungssignal an die Kommunikationsschnittstelle und von dort aus über ein Verbindungskabel an ein anderes IO-Link-fähiges Endgerät bereitzustellen und damit einen Parametriervorgang dieses weiteren IO-Link-fähigen Endgeräts einzuleiten. Exemplarisch wird der Kommunikationsbaustein in einer Weise betrieben, die über seine Standartfunktionen hinaus geht. Dies wird durch eine geeignete Ansteuerung seitens der Verarbeitungseinrichtung ermöglicht. Vorzugsweise umfasst der Kommunikationsbaustein einen Pegelwandler oder ist als Pegelwandler ausgebildet. Besonders bevorzugt werden von der Verarbeitungseinrichtung im zweiten Funktionszustand entsprechende Signalpegel und Signalfolgen vorgegeben, die vom Kommunikationsbaustein in geeigneter Weise gewandelt werden, so dass im zweiten Funktionszustand das gewünschte Initialisierungssignal an der Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt durch eine Endgeräteanordnung gelöst, die ein erstes Endgerät und ein zweites Endgerät umfasst, die beide eine gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll konfigurierte Kommunikationsschnittstelle aufweisen, wobei wenigstens eines der Endgeräte nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist, sowie mit einem Verbindungskabel zur Übertragung eines Initialisierungssignals sowie von Parametern zwischen den Endgeräten. Mit einer solchen Endgeräteanordnung ist eine Parametrierung von IO-Link-fähigen Endgeräten durch das erfindungsgemäße Endgerät möglich, wobei sowohl das erfindungsgemäße Endgerät als auch die zu parametrierenden Endgeräte jeweils genau eine IO-Link-Kommunikationsschnittstelle aufweisen. Nach der Durchführung des Parametriervorgangs können beide Endgeräte in üblicher Weise als „Devices“ innerhalb eines Automatisierungssystems mit IO-Link-fähigen Feldgeräten oder als Endgeräte in einem Automatisierungssystem eingesetzt werden, das keine IO-Link-fähigen Feldgeräte aufweist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem dritten Erfindungsaspekt durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 7 gelöst. Dieses Verfahren ist zum Betreiben eines Endgeräts für ein Automatisierungssystem vorgesehen, wobei das Endgerät einen Sensor und/oder einen Aktor sowie eine Verarbeitungseinrichtung umfasst, die für eine Ausgabe von Sensordaten und/oder Parametern und/oder für einen Empfang von Bewegungsbefehlen und/oder Parametern, insbesondere ausschließlich, gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll mit einer Kommunikationsschnittstelle verbunden ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung in einem ersten Funktionszustand und in einem zweiten Funktionszustand betrieben werden kann, wobei das Endgerät im ersten Funktionszustand eine, insbesondere bidirektionale, Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerungseinrichtung oder einem Feldgerät durchführt und dass das Endgerät im zweiten Funktionszustand eine Parametrierfunktion für weitere zu parametrierende Endgeräte bereitstellt.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Endgerät im ersten Funktionszustand die Kommunikation gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll mit der übergeordneten Steuerungseinrichtung oder dem Feldgerät durchführt, wobei eine Bereitstellung von Sensordaten und/oder Parametern durch das Endgerät an die Kommunikationsschnittstelle bei Vorliegen eines externen Abfragesignals einer übergeordneten Steuerungseinrichtung oder eines Feldgeräts erfolgt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Endgerät im zweiten Funktionszustand zur Bereitstellung der Parametrierfunktion eine Ausgabe von gespeicherten Parametern aus einem Parameterspeicher über die Kommunikationsschnittstelle gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll nach den folgenden Schritten vornimmt: Bereitstellen eines Initialisierungssignals an die Kommunikationsschnittstelle zur Weiterleitung an ein zu parametrierendes Endgerät, Empfangen eines Bereitschaftsignals von dem zu parametrierenden Endgerät, Bereitstellen der Parameter an die Kommunikationsschnittstelle zur Weiterleitung an das zu parametrierende Endgerät, Empfangen eines Quittierungssignals von dem zu parametrierenden Endgerät.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:
- 1 eine erste Ausführungsform eines Automatisierungssystems, das eine erste als Feldbus ausgebildete Kommunikationsebene und eine zweite gemäß der 10-Link-Spezifikation ausgebildete Kommunikationsebene aufweist und
- 2 eine zweite Ausführungsform eines Automatisierungssystems, das eine erste als Feldbus ausgeführte Kommunikationsebene und eine zweite mit Schaltsignalen arbeitende Kommunikationsebene aufweist.
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Ein in der 1 dargestelltes Automatisierungssystem 1 ist zum Betreiben einer nicht näher dargestellten Bearbeitungsmaschine oder verfahrenstechnischen Anlage ausgebildet, die mehrere nicht näher dargestellte Aktoren und Sensoren umfasst. Zur Koordination der Funktionen der Bearbeitungsmaschine oder verfahrenstechnischen Anlage umfasst das Automatisierungssystem 1 eine übergeordnete Steuerungseinrichtung 2, die beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildet ist. Die übergeordnete Steuerungseinrichtung 2 ist für eine bidirektionale Datenkommunikation gemäß einem vorgegebenen Feldbusprotokoll über einen Feldbus 3 mit einer Vielzahl von Feldgeräten ausgebildet, wobei exemplarisch lediglich ein als Buskoppler ausgebildetes Feldgerät 4 dargestellt ist. An den Feldgeräten sind beispielsweise Sensoren und/oder Aktoren angeschlossen, die Sensordaten an die Steuerungseinrichtung 2 bereitstellen bzw. Bewegungsbefehle der Steuerungseinrichtung 2 ausführen. Dabei kommunizieren die Steuerungseinrichtung 2 und die Feldgeräte in einer ersten Kommunikationsebene über den Feldbus 3.
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Für eine Kommunikation zwischen dem als Buskoppler ausgeführten Feldgerät 4 und den daran angeschlossenen Aktoren und/oder Sensoren, die auch als Endgeräte bezeichnet werden können und die nachstehend näher beschrieben werden, ist eine zweite Kommunikationsebene vorgesehen. Für diese Kommunikationsebene ist zu berücksichtigen, dass in einer Bearbeitungsmaschine oder verfahrenstechnischen Anlage eine Vielzahl von derartigen Endgeräten vorgesehen sein kann und daher aus Kostengründen eine möglichst einfache Kommunikation auf der zweiten Kommunikationsebene vorzusehen ist. Hierfür ist beim Automatisierungssystem 1 die Verwendung des IO-Link-Kommunikationsprotokolls vorgesehen, dementsprechend ist der Buskoppler 4 als IO-Link-Master ausgeführt und dient zum Empfangen und Versenden von Feldbustelegrammen von der bzw. an die übergeordnete Steuerungseinrichtung 2 über den Feldbus 3.
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Am Buskoppler 4 sind mehrere Anschlüsse 5 vorgesehen, die gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll als Masteranschlüsse dienen und zur Übertragung von Daten an Endgeräte 6 bis 11 genutzt werden können. Dabei ist eine Verbindung zwischen dem Buskoppler 4 und den Endgeräten 6 bis 11 über standardmäßige, ungeschirmte Verbindungskabel vorgesehen, die beispielsweise dreiadrig oder fünfadrig ausgebildet sind.
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Die Endgeräte 6 bis 11 sind „Devices“ im Sinne des IO-Link-Kommunikationsprotokolls und umfassen jeweils eine IO-Link-Kommunikationsschnittstelle 15, die zum Anschluss eines Verbindungskabels 12 ausgebildet ist. Nachstehend wird exemplarisch anhand des als Sensoreinrichtung ausgebildeten Endgeräts 6 die Funktion eines erfindungsgemäßen Endgeräts beschrieben.
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Das Endgerät 6 ist in der 1 rein schematisch dargestellt. Die nachstehend näher beschriebenen Komponenten des Endgeräts 6 können je nach Aufbauweise als diskrete elektronische Komponenten oder zumindest teilweise als Bestandteile eines integrierten Schaltkreises ausgebildet sein.
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Exemplarisch ist vorgesehen, dass das Endgerät 6 einen mit der IO-Link-Kommunikationsschnittstelle 15 verbundenen Kommunikationsbaustein 16, eine mit dem Kommunikationsbaustein 16 verbundene Verarbeitungseinrichtung 17 sowie einen Parameterspeicher 18, eine Bedieneinrichtung 19, eine Anzeigeeinrichtung 20, einen Aktor 21 und einen Sensor 22 umfasst, die ebenfalls mit der Kommunikationseinrichtung 17 verbunden sind.
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Bei einem Anschluss des Endgeräts 6 über das Verbindungskabel 12 an dem als IO-Link-Master ausgebildeten Buskoppler 4 treffen an der IO-Link-Kommunikationsschnittstelle 15 elektrische Kommunikationssignale ein, die gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll codiert sind. Diese Kommunikationssignale können beispielsweise Bewegungsbefehle für den Aktor 21 und/oder Parameter für den Aktor 21 und den Sensor 22 umfassen. Der Kommunikationsbaustein 16 ist für eine Umsetzung der Kommunikationssignale in interne Signale, insbesondere in der Art eines Pegelwandlers, ausgebildet. Die umgewandelten Signale werden vom Kommunikationsbaustein 16 an die Verarbeitungseinrichtung 17 übertragen.
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Ferner ist der Kommunikationsbaustein 16, insbesondere in der Art eines Pegelwandlers, für eine Umwandlung von internen Signalen der Verarbeitungseinrichtung 17 in Kommunikationssignale ausgebildet, die zur Weiterleitung über die IO-Link-Kommunikationsschnittstelle 15 und das Verbindungskabel 12 an den Buskoppler 4 vorgesehen sind. Bei diesen von der Verarbeitungseinrichtung 17 bereitgestellten internen Signalen kann es sich insbesondere um Sensordaten handeln, die aus Sensorsignalen des Sensors 22 unter Verwendung von Parametern verarbeitet wurden. Ferner kann es sich auch um Parameter, insbesondere um Parameter für die Verarbeitung von Sensorsignalen und/oder um Parameter für die Verarbeitung von Bewegungsbefehlen, aus dem Parameterspeicher 18 handeln, die auf Anfrage durch den Buskoppler 4 von der Verarbeitungseinrichtung 17 aus dem Parameterspeicher 18 ausgelesen werden und über den Kommunikationsbausteil 16, die IO-Link-Kommunikationsschnittstelle 15 und das Verbindungskabel 12 an den Buskoppler 4 bereitgestellt werden.
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Der Aktor 21 und der Sensor 22 sind jeweils mit der Verarbeitungseinrichtung 17 verbunden, sodass die Verarbeitungseinrichtung 17 Bewegungssignale an den Aktor 21 bereitstellen kann und Sensorsignale vom Sensor 22 empfangen kann. Rein exemplarisch ist der Aktor 21 als Ultraschallquelle ausbildet, die zur Abgabe von Ultraschallschwingungen in eine Umgebung des Endgeräts 6 ausgebildet ist. Der Sensor 22 ist ebenfalls rein exemplarisch als Ultraschallempfänger ausgebildet, der an Gegenständen reflektierte Ultraschallschwingungen empfangen kann und in Abhängigkeit von den empfangenen Ultraschallschwingungen jeweils Sensorsignale an die Verarbeitungseinrichtung 17 bereitstellt. Beispielsweise kann das Endgerät 6 als berührungsloses Abstandsmessgerät ausgebildet sein.
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Mit Hilfe der Bedieneinrichtung 19 und der Anzeigeeinrichtung 20, die ebenfalls mit der Verarbeitungseinrichtung 17 elektrisch gekoppelt sind, kann beispielsweise eine lokale Parametrierung des Endgeräts 6, insbesondere im Hinblick auf Parameter für die Verarbeitung von Sensorsignalen und/oder Parameter für die Verarbeitung von Bewegungsbefehlen, vorgenommen werden. Hierzu kann ein Bediener mit Hilfe der als Taster ausgebildeten Bedieneinrichtung 19 Bedienbefehle an die Verarbeitungseinrichtung 17 bereitstellen. Diese Bedienbefehle führen gemäß einer vorgebbaren Bedienstruktur zu Einstellungsänderungen in der Verarbeitungseinrichtung 17, insbesondere zur Abänderung von Parametern im Parameterspeicher 18. Vorzugsweise werden die vorgenommenen Änderungen oder die geänderten Parameter mit Hilfe der Anzeigeeinrichtung 20, bei der es sich beispielsweise um ein Flüssigkristalldisplay handeln kann, für den Benutzer sichtbar angezeigt.
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Alternativ kann eine Parametrierung des Endgeräts 6 auch über ein nicht dargestelltes, am Buskoppler 4 anschließbares Programmiergerät oder über ein Dateneingabegerät 23 erfolgen, das mit der übergeordneten Steuerungseinrichtung 2 verbunden ist. Die weiteren Endgeräte 7 bis 11 können ebenfalls unter Verwendung eines geeigneten Verbindungskabels 12 mit dem Buskoppler 44 verbunden werden, wodurch ebenfalls eine Parametrierung über den Buskoppler 4 oder über das Dateneingabegerät 23 und die übergeordnete Steuerungseinrichtung 2 ermöglicht wird.
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Alternativ kann vorgesehen sein, eine unmittelbare Parametrierung der Endgeräte 7 bis 11 durch direkte Kopplung dieser Endgeräte mit dem erfindungsgemäßen Endgerät 6 vorzunehmen. Exemplarisch ist eine solche Kopplung zwischen dem Endgerät 6 und dem Endgerät 8 mit Hilfe eines Parametrierkabels 24 vorgesehen, das in die Kommunikationsschnittstellen 15 der Endgeräte 6 und 8 eingesteckt werden kann. Für eine Spannungsversorgung der beiden Endgeräte 6 und 8 umfasst das Parametrierkabel 24 eine Spannungsquelle 25, beispielsweise ein Netzgerät oder einen Akkumulator.
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Eine derartige unmittelbare Parametrierung von Endgeräten 7 bis 11 in dem Automatisierungssystem 1 gemäß der 1 kann beispielsweise dann vorgesehen werden, wenn das Endgerät 6 zunächst über die übergeordnete Steuerungseinrichtung 2 und das dazugehörige Dateneingabegerät 23 oder über den Buskoppler 4 und ein nicht dargestelltes Programmiergerät parametriert wurde und die Funktion des parametrierten Endgeräts 6 anschließend während des Betriebs des Automatisierungssystems 1 validiert wurde. Anschließend kann das Endgerät 6, beispielsweise während einer Abschaltung des Automatisierungssystems 1 vom Buskoppler 4 abgekoppelt werden und mit Hilfe des Parametrierkabels 24 mit dem Endgerät 8 oder einem der Endgeräte 9 bis 11 verbunden werden.
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Für die Durchführung des Parametriervorganges für das dann angeschlossene Endgerät 8 ist vorgesehen, dass ein Benutzer mit Hilfe der Bedieneinrichtung 19 die Verarbeitungseinrichtung 17 aus einem ersten Funktionszustand, der für die Kommunikation mit dem Buskoppler 4 vorgesehen ist, in einen zweiten Funktionszustand, der für die Parametrierung eines an der IO-Link-Kommunikationsschnittstelle 15 angeschlossenen Endgeräts 8 vorgesehen ist, umschaltet. Mit dieser Umschaltung wird zunächst durch ein der Verarbeitungseinrichtung 17 zugeordnetes, nicht dargestelltes Umschaltmittel, bei dem es sich insbesondere um ein Programm- beziehungsweise Softwaremodul der Verarbeitungseinrichtung 17 handeln kann, eine Befehlsausgabe von der Verarbeitungseinrichtung 17 an den Kommunikationsbaustein 16 vorgenommen, wodurch eine Bereitstellung eines Initialisierungssignals an die IO-Link-Kommunikationsschnittstelle 15 bewirkt wird. Dabei wird vorzugsweise ein geeignetes Signal von der Verarbeitungseinrichtung 17 bereitgestellt und vom Kommunikationsbaustein 16, insbesondere in der Art eines Pegelwandlers, in das benötigte Initialisierungssignal gewandelt.
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Bei dem Initialisierungssignal kann es sich insbesondere um eine Invertierung eines Signalpegels handeln, der zunächst bei der Verbindung der beiden Endgeräte 6 und 8 über das Parametrierkabel 24 an den Kommunikationsschnittstellen 15 der beiden Endgeräte 6 und 8 anliegt. Durch dieses Initialisierungssignal wird das Endgerät 8 in der gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll vorgesehenen Weise darüber informiert, dass nunmehr eine Parametrierung dieses Endgeräts 8 erfolgen soll. Das Endgerät 8 kann nach dem Eintreffen des Initialisierungssignals ein Bereitschaftssignal über das Parametrierkabel 24 an das Endgerät 6 bereitstellen. Nach Eintreffen des Bereitschaftsignals in der Verarbeitungseinrichtung 17 des Endgeräts 6 stellt die Verarbeitungseinrichtung 17 die im Parameterspeicher 18 gespeicherten Parameter, insbesondere die Parameter für die Verarbeitung von Sensorsignalen und/oder die Parameter für die Verarbeitung von Bewegungsbefehlen, über das Parametrierkabel 24 in einer dem 10-Link-Kommunikationsprotokoll entsprechenden Kodierung an das Endgerät 8 bereit. Nach Abschluss der Übertragung der Parameter sendet das zu parametrierende Endgerät 8 ein Quittierungssignal an das Endgerät 6, um die vollständige Parameterübertragung zu bestätigen.
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Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass das Endgerät 6 nach dem Versand des Quittierungssignals aus dem zweiten Funktionszustand für die Verarbeitungseinrichtung 17 in den ersten Funktionszustand für die Verarbeitungseinrichtung 17 umgeschaltet wird. Dadurch stehen sowohl das Endgerät 6 als auch das Endgerät 8 für eine reguläre Verwendung als IO-Link-Endgeräte oder „Devices“ bereit.
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Das in der 2 dargestellte Automatisierungssystem 41 unterscheidet sich vom Automatisierungssystem 1 gemäß der 1 lediglich dadurch, dass der Buskoppler 44 nicht gemäß dem IO-Link-Kommunikationsstandard ausgebildet ist, sondern vielmehr für eine Bereitstellung von Schaltsignalen an die Endgeräte 6 bis 11 und für einen Empfang von Schaltsignalen von den Endgeräten 6 bis 11 ausgebildet ist. Bei dem Automatisierungssystem 41 können sowohl die IO-Link-fähigen Endgeräte 6 bis 11 als auch die Verbindungskabel 12 in gleicher Weise wie beim Automatisierungssystem 1 gemäß der 1 verwendet werden. Allerdings werden über die Verbindungskabel 12 lediglich Schaltsignale übertragen, die beispielsweise eine Bewegung eines Aktors zwischen einem Ruhezustand und einem Funktionszustand bewirken. Ferner werden von Endgeräten, die Sensoren umfassen, wie dies exemplarisch beim Endgerät 6 der Fall ist, lediglich Schaltsignale an den Buskoppler 44 übertragen.
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Eine derartige Übertragung eines Schaltsignals kann beispielsweise dann erfolgen, wenn das als Abstandsmessgerät ausgebildete Endgerät 6 einen Abstand eines abzutastenden Gegenstands ermittelt, der unterhalb einer vorgebbaren Grenze liegt. Die Festlegung dieser Grenze kann insbesondere durch Parametrierung des Endgeräts 6 mit Hilfe der Bedieneinrichtung 19 und der Anzeigeeinrichtung 20 vorgenommen werden. Wenn die hiermit in das Endgerät 6 eingespeicherten Parameter, insbesondere die Parameter für die Verarbeitung von Sensorsignalen und/oder die Parameter für die Verarbeitung von Bewegungsbefehlen, an weitere Endgeräte 8 bis 11 weitergegeben werden sollen, ohne ein zusätzliches Programmiergerät einsetzen zu müssen, ist eine unmittelbare Parameterübertragung zwischen dem Endgerät 6 und den weiteren Endgeräten 8 bis 11 vorgesehen, wie sie bereits im Zusammenhang mit der 1 beschrieben wurde. Dabei können die Endgeräte 8 bis 11 wahlweise in gleicher Weise aufgebaut sein wie das Endgerät 6 und somit ebenfalls für eine Parametrierung weiterer Endgeräte vorgesehen sein, oder die Endgeräte 8 bis 11 sind als Standardendgeräte gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll ausgebildet und ermöglichen somit keine Parametrierung weiterer Endgeräte.
