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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein modulares System und ein Verfahren zur Kommunikation in einem solchen modularen System.
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Derzeit sind Systeme bekannt, die beispielsweise als Anlage für insbesondere die Automatisierung eines Arbeits- und/oder Herstellungsverfahrens ausgeführt sind. Bei derartigen Systemen werden in der Regel mindestens eine Steuereinrichtung und mehrere modulare Geräte eingesetzt, wie eine Antriebssteuerung, Sensoren, Aktoren, usw. Hierbei dient die Steuereinrichtung dazu, die modularen Geräte, wie die Antriebssteuerung, Sensoren, Aktoren, usw. zu steuern. Die Antriebssteuerung kann dabei auf Modulebene als übergeordnetes modulares Gerät oder Master und die Sensoren oder Aktoren als untergeordnetes modulares Gerät oder Slave ausgestaltet sein.
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DE 10 2006 055 889 B3 zeigt ein Kommunikationssystem mit einer Master-Slave-Struktur. Hierfür sind eine erste und eine zweite Mastereinheit und wenigstens eine Slaveeinheit über eine Doppelleitungsstruktur verbunden, um eine Rekonfiguration der Master-Slave-Struktur in Echtzeit bei einer Unterbrechung des Übertragungsweges, insbesondere bei Ausfall der ersten Mastereinheit, zu ermöglichen.
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DE 10 2013 207 826 B3 zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines Slave-Knotens eines digitalen Bussystems.
DE 10 2008 050 102 A1 zeigt eine Kommunikationsentität zur Kommunikation über ein busorientiertes Kommunikationsnetzwerk mit einer Steuereinrichtung.
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Zur Kommunikation oder zum Austausch von Daten untereinander sind die Steuereinrichtung und das modulare Gerät heute meist über Busleitungen verbunden. Hierbei ist das Problem zu lösen, dass sowohl eine Führungskommunikation der Steuereinrichtung für die modularen Geräte als auch eine Kommunikation der modularen Geräte untereinander ermöglicht werden soll.
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Hierbei soll es möglich werden, auch innerhalb einer nicht synchronen Führungskommunikation einen synchronen Betrieb von einzelnen modularen Geräten zu realisieren.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein modulares System und ein Verfahren zur Kommunikation in einem solchen modularen System bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere sollen ein modulares System und ein Verfahren zur Kommunikation in einem solchen modularen System bereitgestellt werden, bei welchen auch innerhalb einer nicht synchronen Führungskommunikation ein synchroner Betrieb von einzelnen modularen Geräten realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein modulares System nach Anspruch 1 gelöst. Das modulares System hat mindestens zwei modulare Geräte, eine Steuereinrichtung zur Steuerung der mindestens zwei modularen Geräte, einen ersten Bus zur Führungskommunikation zwischen der Steuereinrichtung und den mindestens zwei modularen Geräten, und einen zweiten Bus zur Kommunikation zwischen den mindestens zwei modularen Geräten, wobei ein modulares Gerät der mindestens zwei modularen Geräte dem mindestens einen anderen modularen Gerät steuerungsmäßig übergeordnet ist, und wobei der zweite Bus zur Synchronisation der mindestens zwei modularen Geräte ausgestaltet ist, wie in Anspruch 1 angegeben.
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Aufgrund des Aufbaus des modularen Systems kann innerhalb des modularen Systems eine harte Synchronisation der einzelnen modularen Geräte unabhängig von synchroner oder nicht synchroner Führungskommunikation bereitgestellt werden. Insbesondere kann innerhalb des modularen Systems eine harte Synchronisation der einzelnen modularen Geräte auch ohne die Verwendung einer hart synchronen Führungskommunikation bereitgestellt werden.
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Somit ermöglicht das System auch innerhalb von nicht synchronen Führungskommunikationen dennoch einen synchronen Betrieb von einzelnen oder allen modularen Geräten zu realisieren. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Systems sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei dem modularen System kann die Führungskommunikation eine nicht synchrone Führungskommunikation sein.
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Möglicherweise ist der erste Bus ein erster Feldbus und der zweite Bus ein zweiter Feldbus.
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In einer Ausgestaltung kann sowohl die Steuereinrichtung eine Kommunikationseinrichtung als auch die mindestens zwei modularen Geräte eine erste Kommunikationseinrichtung aufweisen, die zum Ausführen einer Führungskommunikation gemäß dem Kommunikationsprotokoll von Profinet IO auf dem ersten Bus ausgestaltet sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung können die mindestens zwei modularen Geräte jeweils eine zweite Kommunikationseinrichtung aufweisen, die zum Ausführen einer Kommunikation gemäß dem Kommunikationsprotokoll von Sercos auf dem zweiten Bus ausgestaltet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Kommunikation über den zweiten Bus Kopplungsinformationen auf, die mindestens eine Information zur Kopplung zwischen den modularen Geräten aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinrichtung den mindestens zwei modularen Geräten steuerungsmäßig übergeordnet.
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Es ist denkbar, dass das modulare System ein Multi-Slave-Gerät ist. Alternativ oder zusätzlich umfassen die mindestens zwei modularen Geräte eine Antriebseinrichtung und/oder einen Sensor und/oder einen Aktor.
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Beispielsweise ist das modulare System eine Anlage zur Automatisierung eines Herstellverfahrens zur Herstellung eines Gegenstands. Alternativ oder zusätzlich ist das modulare System beispielsweise eine Anlage zur Automatisierung eines Arbeitsverfahrens zur Durchführung eines industriellen Prozesses.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Kommunikation innerhalb eines modularen Systems nach Anspruch 9 gelöst. Das modulare System hat mindestens zwei modulare Geräte, eine Steuereinrichtung, einen ersten Bus, und einen zweiten Bus. Das Verfahren weist die Schritte auf: Ausführen, zwischen den mindestens zwei modularen Geräten, einer Kommunikation über den zweiten Bus, um eine Synchronisation der mindestens zwei modularen Geräte auszuführen; Ausführen, mit der Steuereinrichtung, einer Führungskommunikation zu den mindestens zwei modularen Geräten über den ersten Bus, um mit der Steuereinrichtung die mindestens zwei modularen Geräte zu steuern, wobei ein modulares Gerät der mindestens zwei modularen Geräte dem mindestens einen anderen modularen Gerät steuerungsmäßig übergeordnet ist, wie in Anspruch 9 angegeben.
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Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf das modulare System genannt sind.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei dem Verfahren kann auch der Schritt des Ausführens der Kommunikation zwischen den mindestens zwei modularen Geräten zumindest zeitweise parallel zu dem Schritt des Ausführens der Führungskommunikation ausgeführt werden. Es ist auch möglich, dass der Schritt des Ausführens der Kommunikation zwischen den mindestens zwei modularen Geräten nur bei Bedarf durchgeführt wird.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
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- 1 ein Blockschaltbild eines modularen Systems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kommunikation in dem modularen System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 3 ein Blockschaltbild eines modularen Systems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
- 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kommunikation in einem modularen System gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein modulares System 1, das insbesondere eine Anlage zur Automatisierung eines Herstellverfahrens zur Herstellung eines Gegenstands 3 sein kann. Es ist jedoch zusätzlich oder alternativ möglich, dass das modulare System 1 eine Anlage zur Automatisierung eines Arbeitsverfahrens zur Durchführung eines industriellen Prozesses ist. Ein solches Arbeitsverfahren kann zum Beispiel der Antrieb eines Transportbandes oder das Sortieren von Gegenständen, wie Kartoffeln, Glas, Schrauben, Müll, usw. sein. Es sind selbstverständlich auch beliebige andere Arbeitsverfahren möglich.
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Das modulare System 1 kann auch ein Multi-Slave-Gerät sein, das mehrere einzelne, als Slave konfigurierte Geräte aufweist.
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Das modulare System 1 oder System 1 hat einen ersten Bus 5, einen zweiten Bus 6, eine Steuereinrichtung 8 und ein erstes bis N-tes modulares Gerät 10, 20, 30, 40, N-1, N. Das System 1 weist hierbei mindestens zwei der modularen Geräte 10, 20, 30, 40, N-1, N auf. Das erste bis N-te modulare Gerät 10, 20, 30, 40, N-1, N kann beispielsweise eine Antriebseinrichtung und/oder ein Sensor und/oder ein Aktor sein Die Antriebssteuerung kann dabei auf Modulebene als übergeordnetes modulares Gerät oder Master und die Sensoren oder Aktoren als untergeordnetes modulares Gerät, wie Slave usw. ausgestaltet sein.
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Das erste modulare Gerät 10 hat eine erste Kommunikationseinrichtung 11 und eine zweite Kommunikationseinrichtung 12. Das zweite modulare Gerät 20 hat eine erste Kommunikationseinrichtung 21 und eine zweite Kommunikationseinrichtung 22. Das dritte modulare Gerät 30 hat eine erste Kommunikationseinrichtung 31 und eine zweite Kommunikationseinrichtung 32. Das vierte modulare Gerät 40 hat eine erste Kommunikationseinrichtung 41 und eine zweite Kommunikationseinrichtung 42. Das N-1-te modulare Gerät N-1 hat eine erste Kommunikationseinrichtung N-1'1 und eine zweite Kommunikationseinrichtung N-1'2. Das N-te modulare Gerät N hat eine erste Kommunikationseinrichtung N'1 und eine zweite Kommunikationseinrichtung N'2.
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Die ersten Kommunikationseinrichtungen 11, 21, 31, 41, N-1'1, N'1 sind jeweils an den ersten Bus 5 angeschlossen. Somit sind die ersten Kommunikationseinrichtungen 11, 21, 31, 41, N-1'1, N'1 zu einer Kommunikation über den ersten Bus 5 ausgestaltet. Hierbei führt die Steuereinrichtung 8 eine Führungskommunikation 51 mit den mindestens zwei modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N aus. Die Führungskommunikation 51 erfolgt über das Versenden von Telegrammen über den ersten Bus 5. Durch die Führungskommunikation 51 steuert die Steuereinrichtung 8 die modularen Geräte 10, 20, 30, 40, N-1, N, da die Steuereinrichtung 8 den mindestens zwei modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N steuerungsmäßig übergeordnet ist. Die Steuereinrichtung 8 kann daher auch als Master und die modularen Geräte 10, 20, 30, 40, N-1, N als Slave bezeichnet werden.
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Die zweiten Kommunikationseinrichtungen 12, 22, 32, 42, N-1'2, N'2 sind jeweils an den zweiten Bus 6 angeschlossen. Somit sind die zweiten Kommunikationseinrichtungen 12, 22, 32, 42, N-1'2, N'2 zu einer Kommunikation 61 über den zweiten Bus 6 ausgestaltet. Die Kommunikation 61 erfolgt über das Versenden von Telegrammen über den zweiten Bus 6. Hierbei ist beispielsweise das erste modulare Gerät 10 als Master ausgeführt oder konfiguriert. Im Unterschied dazu sind alle anderen modularen Geräte 20, 30, 40, N-1, N als Slave ausgeführt. Dadurch ist das erste modulare Gerät 10 den modularen Geräten 20, 30, 40, N-1, N steuerungsmäßig übergeordnet. Anders ausgedrückt, die modularen Geräte 20, 30, 40, N-1, N sind dem ersten modularen Gerät 10 steuerungsmäßig untergeordnet.
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Mit dem ersten Bus 5 wird mittels der Steuereinrichtung 8 eine nicht synchrone Führungskommunikation 51 mit den modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N ausgeführt. Beispielsweise ist der erste Bus 5 ein erster Feldbus. Insbesondere ist der erste Bus 5 ein Feldbus gemäß der Protokollfamilie von Profinet, wie Profinet IO.
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Somit sind die Kommunikationseinrichtung 81 der Steuereinrichtung 8 und die ersten Kommunikationseinrichtungen 11, 21, 31, 41, N-1'1, N'1 zum Ausführen einer Führungskommunikation 51 gemäß dem Kommunikationsprotokoll von beispielsweise Profinet IO auf dem ersten Bus 5 ausgestaltet.
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Mit dem zweiten Bus 6 wird zwischen den modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N eine Kommunikation ausgeführt. Bei dieser Kommunikation zwischen den modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N werden Synchronisationsinformationen zwischen den modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N ausgetauscht. Somit kann die Kommunikation über den zweiten Bus 6 auch als Synchronisationskommunikation bezeichnet werden. Beispielsweise ist der zweite Bus 6 ein zweiter Feldbus. Insbesondere kann der zweite Bus 6 ein Feldbus gemäß der Protokollfamilie von Sercos, wie Sercos I, Sercos II, usw. sein.
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Somit sind die zweiten Kommunikationseinrichtungen 12, 22, 32, 42, N-1'2, N'2 zum Ausführen einer Kommunikation gemäß dem Kommunikationsprotokoll von beispielsweise Sercos auf dem zweiten Bus 6 ausgestaltet.
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Wie aus 1 ersichtlich, sind der erste Bus 5 und der zweite Bus 6 parallel zueinander angeordnet. Hierbei ist der zweite Bus 6 aus der Steuereinrichtung 8 nicht sichtbar. Anders ausgedrückt, der erste und zweite Bus 5, 6 sind separat voneinander ausgeführt.
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2 veranschaulicht den Ablauf einer Kommunikation bei dem System 1 bei einem Verfahren zur Kommunikation in dem System 1.
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Demzufolge wird nach dem Beginn des Verfahrens bei einem Schritt S1 das System 1 eingeschaltet. Dies umfasst, dass zumindest die Steuereinrichtung 8 und mindestens zwei der modularen Geräte 10, 20, 30, 40, N-1, N eingeschaltet werden. Hierfür können auch zumindest nur die Kommunikationseinrichtung 81 der Steuereinrichtung 8 und die Kommunikationseinrichtungen 11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, N-1'1, N-1'2, N'1, N'2 von mindestens zwei der modularen Geräte 10, 20, 30, 40, N-1, N eingeschaltet werden. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S2 weiter.
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Bei dem Schritt S2 wird über den zweiten Bus 6 eine Synchronisation der modularen Geräte 10, 20, 30, 40, N-1, N ausgeführt. Hierfür wird, wie zuvor beschrieben, eine Kommunikation zwischen den mindestens zwei modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N über den zweiten Bus 6 ausgeführt. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S3 weiter.
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Bei dem Schritt S3 führt die Steuereinrichtung 8 eine Führungskommunikation 51 zu den mindestens zwei modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N über den ersten Bus 5 aus. Dadurch steuert die Steuereinrichtung 8 die mindestens zwei modularen Geräte 10, 20, 30, 40, N-1, N. Danach geht der Fluss zu dem Schritt S1 zurück.
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Das Verfahren ist beendet, wenn das System 1 ausgeschaltet ist. Außerdem ist das Verfahren beendet, wenn die Steuereinrichtung 8 und/oder die modularen Geräte 10, 20, 30, 40, N-1, N ausgeschaltet sind/ist.
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Es ist auch möglich, dass der Schritt S2, also der Schritt des Ausführens der Synchronisation durch eine Kommunikation zwischen den mindestens zwei modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N, und der Schritt S3, also der Schritt des Ausführens der Führungskommunikation 51, zumindest zeitweise parallel ausgeführt. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Synchronisation in vorbestimmten Zeitabständen erneut eingestellt wird.
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Aufgrund der Synchronisation der modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N über den zweiten Bus 6 kann mit den modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N auch bei nicht synchroner Führungskommunikation 51 über den ersten Bus 5 eine abgestimmte Reaktion der modularen Geräte 10, 20, 30, 40, N-1, N bei Ansteuerung durch die Steuereinrichtung 8 ausgeführt werden. Eine solche abgestimmte Reaktion der modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N könnte beispielsweise ein Antrieb einer Achse mit dem ersten modularen Gerät 10 sein, wobei das zweite modulare Gerät 20 die erzielte Beschleunigung und das dritte modulare Gerät 30 das momentane Drehmoment der Achse misst. Es sind für den Fachmann auch beliebige andere Beispiele für eine solche abgestimmte Reaktion der modularen Geräte 10, 20, 30, 40, N-1, N denkbar.
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3 zeigt ein modulares System 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Aufbau des modularen Systems 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist bis auf die folgenden Unterschiede gleich dem Aufbau des modularen Systems 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Im Unterschied zu dem modularen System 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist es bei dem modularen System 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, zwischen mindestens zwei Geräten der modularen Geräte 10, 20, 30, 40, N-1, N über den zweiten Bus 6 anwendungsspezifische oder applikative Kopplungsinformationen 62 auszutauschen. Die Kopplungsinformationen 62 weisen mindestens eine Information zur Kopplung zwischen den modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N auf. Beispiele für eine derartige Kommunikation über den zweiten Bus 6 zwischen den modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N sind Momenten-Ist-Werte oder Momenten-Sollwerte, Phasenwinkel, sonstige Messwerte, usw..
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Somit kann der zweite Bus 6 nicht nur zur Synchronisation der modularen Geräte 10, 20, 30, 40, N-1, N zum Einsatz kommen sondern auch zur weiteren Kommunikation zwischen den modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N. Dadurch ist kein weiteres Medium zur Kommunikation in dem System 2 erforderlich.
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4 veranschaulicht ein Verfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Aufbau des modularen Systems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist bis auf die folgenden Unterschiede gleich dem Aufbau des modularen Systems 1 gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel.
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Im Unterschied zu dem Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist bei dem Verfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zusätzlich ein Schritt S21 zwischen den Schritten S1 und S2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eingeführt.
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Bei dem Schritt S21 wird abgefragt, ob derzeit eine Synchronisation durch eine Kommunikation zwischen mindestens zwei der modularen Geräte 10, 20, 30, 40, N-1, N zu realisieren und damit auszuführen ist. Ist eine Synchronisation auszuführen, geht der Fluss zu dem Schritt S2 weiter. Andernfalls, also wenn keine Synchronisation auszuführen ist, geht der Fluss zu dem Schritt S3 weiter. Beispielsweise ist keine Synchronisation erforderlich, wenn das modulare System 1 insbesondere ein Roboter mit mehreren Achsen ist, der bei einer speziellen Aufgabe nur eine Bewegung in einer Richtung, beispielsweise in x-Richtung, ausführen muss. In einem solchen Fall ist beispielsweise keine Drehung des Roboters um seine eigene Achse oder z-Achse erforderlich, so dass keine Synchronisation der Achsen für die Bewegung in x-Richtung und der z-Achse ausgeführt werden muss.
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Somit wird bei dem Verfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Schritt S2, also der Schritt des Ausführens der Synchronisation durch eine Kommunikation zwischen den modularen Geräten 10, 20, 30, 40, N-1, N, nur je nach Bedarf ausgeführt.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Systeme 1, 2 und der Verfahren können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert oder gegebenenfalls auch weggelassen werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
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Die Anzahl der modularen Geräte 10, 20, 30, 40, N-1, N ist beliebig wählbar.
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Alternativ zu dem Verfahren gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel kann auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel in der Kommunikation 61 auf dem zweiten Bus 6 enthalten sein, dass keine Synchronisation ausgeführt werden soll. Dies kann beispielsweise durch die Übertragung von vorbestimmten Werten in der Kommunikation 61 realisiert sein.
