DE102017007172A1

DE102017007172A1 - Scalable multi-communication interface for universal applications

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Publication number: DE102017007172A1
Application number: DE102017007172.1A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-08-01
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2019-02-07

Abstract

Das skalierbare Multikommunikationsinterface eignet sich als Bindeglied zwischen Computer und Prozess. Unter Verwendung gängiger IoT(IoT = Internet Of Things) / I4.0(I4.0 = Industrie 4.0) -Mikro-Rechnerplattformen (14) kann das skalierbare Multikommunikationsinterface zur kostengünstigen allgemeinen Steuerung und Regelung zentraler und dezentraler mechatronischer Systeme im Consumer- sowie im Industrietechnikbereich nachhaltig zu Einsparungen in Herstellung und Betrieb führen.
Das skalierbare Multi-Kommunikationsinterface für universelle Anwendungen gemäß Patentanspruch 1 und schematisch dargestellt in Figur 1 hat neben mechanischen Anschlüssen (9) einen oder mehrere elektrische Anschlüsse (1, 2a, 2b, 3a, 3b, 4, 6, 8), an die die Sensoren und Aktoren des zu steuernden oder zu regelnden Prozesses angeschlossen werden. Ein wesentlicher Teil der Erfindung ist, dass das Multikommunikationsinterface durch seinen hohen Standardisierungsgrad auf der Basisplatte (10) plattformübergreifend über die Schnittstellen (4, 8, 9) mechanisch wie elektrisch anschlusskompatibel zu gängigen IoT / I4.0-Rechnerplattformen (14) (Raspberry Pi, BananaPi, Odroid, Asus Tinker u.v.a.m.) ausgeführt ist. Prozessseitig sind nur soviel Anschlüsse wie nötig ausgeführt. Dies führt zu einem jeweils zum Prozess passenden Minimalsystem.

The scalable multi-communication interface is the link between computer and process. Utilizing popular IoT (IoT = Internet Of Things) / I4.0 (I4.0 = Industry 4.0) microcomputing platforms (14), the scalable multi-communication interface can be used for cost-effective general control and regulation of centralized and distributed mechatronic systems in the consumer as well as consumer electronics markets In the area of industrial technology, sustainably lead to savings in production and operation.
The scalable multi-communication interface for universal applications according to claim 1 and shown schematically in Figure 1 in addition to mechanical connections (9) one or more electrical connections (1, 2a, 2b, 3a, 3b, 4, 6, 8), to which the Sensors and actuators of the process to be controlled or regulated to be connected. An essential part of the invention is that the multicommunication interface by its high degree of standardization on the base plate (10) across platforms (4, 8, 9) mechanically and electrically connection compatible with common IoT / I4.0 computing platforms (14) (Raspberry Pi , Banana Pi, Odroid, Asus Tinker and many more). On the process side, only as many connections are made as necessary. This leads to a minimum system suitable for each process.

Description

I Stand der Technik mit FundstellenI prior art with references

Es ist bekannt und entspricht dem Stand der Technik, dass bei heute gebräuchlichen Steuerungs- und Regelungsaufgaben die zu verarbeitenden Signale über vielfältige Kommunikationskanäle erfolgen. Üblicherweise wurden und werden speicherprogrammierbare Steuerungen unterschiedlicher Ausprägung verwendet. Hierzu hat sich weltweit eine große Bandbreite an Herstellern für Steuerungen und deren Peripherie etabliert (bspw. Siemens S7). Standard für Hard- und Software ist hierzu die IEC 61131. Teilweise erfolgt die Kommunikation und der Datenaustausch über parallele oder serielle Kommunikationswege (Bussysteme). Letzteres ist dann der Fall, wenn die Aufgaben räumlich verteilt sind (IEC 61499). Allen Steuerungen ist gemeinsam, dass deren IO(IO = Input Output (Eingang Ausgang))-Schaltsignale oft zu Gruppen aus 8 oder 16-Signalen zusammengefasst sind. In seltenen Fällen gibt es auch Gruppen aus 4 Signalen. Am weitesten verbreitet sind dabei Gruppierungen von 8 IO-Signalen (Byte). Einige Anwendungen arbeiten auch mit analogen Werten.It is known and corresponds to the state of the art that in today's common control and regulatory tasks, the signals to be processed take place via a variety of communication channels. Usually, programmable logic controllers of different characteristics have been and are being used. For this purpose, a wide range of manufacturers for controllers and their peripherals has been established worldwide (eg Siemens S7). The standard for hardware and software is IEC 61131. In some cases, communication and data exchange takes place via parallel or serial communication paths (bus systems). The latter is the case when the tasks are spatially distributed (IEC 61499). Common to all controllers is that their IO (IO = Input Output) switching signals are often grouped into groups of 8 or 16 signals. In rare cases there are also groups of 4 signals. Most widely used are groupings of 8 IO signals (bytes). Some applications also work with analog values.

Viele Prozesse kommen in der Praxis mit wenigen digitalen IOs aus. Auch hierzu wurden entsprechende Geräte entwickelt und in den Markt gebracht (bspw. Siemens LOGO, Möller/eaton-EASY) (Kleinsteuerung WO 1999028794 A2 ).Many processes come out in practice with a few digital IOs. Also for this purpose corresponding devices were developed and brought into the market (eg Siemens LOGO, Möller / eaton EASY) (small control WO 1999028794 A2 ).

Alternativ dazu gibt es eine extrem große Gruppe an Sonderlösungen, die in einer Vielzahl von Geräten und Prozessen zu finden sind (bspw. Steuer- und Regelungselektronik für Lüftungsgeräte, Heizungen, u.v.a.m.). Verschiedene Erfinder haben sich daran versucht, ein universelles Interface zu beschreiben: bspw.: „Programmable Universal IO Interface US 20140281048 A1 “. Das Hauptproblem ist dabei, einer unüberschaubaren Anzahl an Problemstellungen mit einer geeigneten und preiswert herstellbaren Komponente zu begegnen.Alternatively, there is an extremely large group of special solutions that can be found in a variety of devices and processes (for example, control and regulation electronics for ventilation units, heaters, etc.). Several inventors have tried to describe a universal interface: for example: "Programmable Universal IO Interface US 20140281048 A1 ". The main problem is to meet an unmanageable number of problems with a suitable and inexpensive to produce component.

II ProblemII problem

Im rasant wachsenden Zuwachsmarkt, dem Internet der Dinge (IoT(IoT = Internet Of Things): 20 Milliarden verbundene Geräte in 2020 und 30 Trillionen „Dinge“ in 2030)(http://www.elektroniknet.de/design.de/ektronik/internet-of-was-143375.html s.a. Design&Elektronik 07/2017, Seite 7) entsteht ein enormer Bedarf an prozessfähigen und damit auch bezahlbaren Lösungen. Dem sind die klassischen und dem Stand der Technik entsprechenden Ansätze nicht mehr gewachsen. Als bezahlbare Elemente für diesen Zukunftsmarkt haben sich in jüngster Zeit IoT / I4.0(I4.0 = Industrie 4.0)-Mikro-Rechnerplattformen (Raspberry Pi, BananaPi, Odroid, Asus Tinker u.v.a.m.) am Markt etabliert. Diese Systeme sind soweit standardisiert, dass sie bereits für 5$(Quelle: https://www.raspberrypi.org/blog/raspberry-pi-zero/) erhältlich sind. Das erforderliche physikalische Bindeglied zum Prozess wurde bislang aber kaum beachtet. Dies betrifft vor allem die Schaltlogik. Diese ist bei den beschriebenen IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattformen aus Kostengründen ausnahmslos in Masse schaltender Technik (LowSideSwitch) ausgeführt. Hinzu kommt, dass gerade diese Technik für viele Anwendungen verboten ist (IEC 60204). Ein ebenso wichtiger Aspekt ist der nach IEC 61131 oft geforderte Spannungspegel für IO-Signale (5,5V..36V, nominal 24V). Diese werden gemeinhin nicht unterstützt. Schließlich fehlt es auch an einer Lösung, die gerade soviel Hardware bereitstellt, wie der individuelle - aber in Massen gefertigte - Prozess genau braucht. Solch eine Lösung bietet den Vorteil, dass gerade in dem stückzahlmäßig extrem wachsenden Zukunftsmarkt Ressourcen und Energieverbrauch minimiert werden können.In the rapidly growing growth market, the Internet of Things (IoT): 20 billion connected devices in 2020 and 30 trillion "things" in 2030) (http://www.elektroniknet.de/design.de/kononik /internet-of-was-143375.html sa Design & Elektronik 07/2017, page 7) there is an enormous demand for process-capable and thus also affordable solutions. The classical and state-of-the-art approaches are no longer up to this. IoT / I4.0 (I4.0 = Industry 4.0) microcomputer platforms (Raspberry Pi, Banana Pi, Odroid, Asus Tinker u.v.a.m.) have recently become established on the market as affordable elements for this future market. These systems are standardized so far that they are already available for $ 5 (source: https://www.raspberrypi.org/blog/raspberry-pi-zero/). The required physical link to the process has so far been ignored. This concerns above all the switching logic. This is in the described IoT / I4.0 micro-computer platforms for cost reasons without exception in ground switching technology (LowSideSwitch) running. In addition, this technique is banned for many applications (IEC 60204). An equally important aspect is the voltage level often required by IEC 61131 for IO signals (5.5V..36V, nominal 24V). These are commonly not supported. Finally, there is also a lack of a solution that provides just as much hardware as the individual - but mass-produced - process needs exactly. Such a solution offers the advantage that resources and energy consumption can be minimized, especially in the rapidly growing future market.

III LösungIII solution

Der Erfindung eines skalierbaren Multikommunikationsinterfaces liegt die Aufgabe zugrunde, den Herstellungs- und Kostenaufwand zur Prozesskommunikation über bekannte Schnittstellen auf das erforderliche Minimum zu verringern und den Platzbedarf der dafür notwendigen Baugruppe wesentlich zu reduzieren, um Ressourcen- und Energieverbrauch nachhaltig zu senken. Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausprägungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention of a scalable multi-communication interface is based on the object to reduce the manufacturing and cost of process communication via known interfaces to the required minimum and significantly reduce the space requirement of the necessary assembly in order to sustainably reduce resource and energy consumption. This object is achieved in accordance with the invention by the features in the characterizing part of patent claim 1. Further advantageous features and characteristics of the invention will become apparent from the dependent claims.

IV Erreichte VorteileIV Achieved benefits

Durch die Erfindung gemäß 1 können Steuer- und Regelungsaufgaben für IoT / I4.0, im Bereich Gebäudeautomatisierung, in industriellen Anwendungen, sonstigen Prozessen oder auf vielen anderen Gebieten ohne aufwendige und teure Systemkomponenten erstmals in sicherer Technik verwirklicht und damit prozesstauglich gemacht werden.According to the invention 1 Control and regulation tasks for IoT / I4.0, in the area of building automation, in industrial applications, other processes or in many other areas can be realized for the first time in a secure technology without complex and expensive system components and thus made process-ready.

Ein weiterer wesentlicher Teil der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Multikommunikationsinterface über seine Anschlüsse und die Einbringung der Bauteile exakt auf die tatsächlich erforderlichen Kommunikationsanschlüsse skaliert werden kann. Dies führt einerseits zur Ressourcenschonung (in Herstellung und Verbrauch sowie bei den Betriebskosten) und gemäß 1 andererseits durch die Vermeidung von Over-Engineering (Übererfüllung der Kundenanforderungen) bzw. Under-Engineering (Untererfüllung der Kundenanforderung bzw. Qualitätsrisiko) zu einer nennenswerten Senkung der Herstellungs-, Betriebs- und Lebenszykluskosten eines Produkts. Ein daraus resultierender Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch das verwendete Plattformkonzept das skalierbare Multikommunikationsinterface in extrem großen Stückzahlen herstellbar ist und somit zu einer gesteigerten Wertschöpfung führt Die Erfindung ermöglicht die technisch-physikalische Zugänglichkeit der ganzen Bandbreite am Markt verfügbarer Sensoren und Aktoren mit ihren individuellen Schnittstellen an gängige IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattformen (14). Neben der rein elektrischen Umsetzung ist auch das Mechanikkonzept in Bezug auf die Verbindung zwischen dem skalierbaren Multikommunikationsinterface und den IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattformen (14) gemäß den 2 und 3 offen gestaltet. Dadurch bestehen in Bezug auf die Einbringung der gesamten Elektronik in Geräte vielfältige Spielräume im Design.Another essential part of the invention is characterized in that the multi-communication interface via its connections and the introduction of the components can be scaled exactly to the actually required communication connections. On the one hand, this leads to resource conservation (in production and consumption as well as in operating costs) and in accordance with 1 On the other hand, by avoiding over-engineering (over-fulfillment of customer requirements) or under-engineering (under-fulfillment of the customer requirement or quality risk) to a significant reduction in manufacturing, operating and life cycle costs a product. A resulting advantage of the invention is that the scalable multi-communication interface can be produced in extremely large numbers by the platform concept used and thus leads to increased value creation. The invention enables the technical-physical accessibility of the entire bandwidth available sensors and actuators with their individual Interfaces to popular IoT / I4.0 microcomputer platforms (14). In addition to the purely electrical implementation, the mechanical concept with respect to the connection between the scalable multi-communication interface and the IoT / I4.0 micro-computer platforms (14) according to the 2 and 3 open design. Thus, in terms of the introduction of the entire electronics in devices have a variety of leeway in the design.

V Weitere Ausgestaltung der ErfindungV Further embodiment of the invention

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben. Damit werden nach IEC 61131 spezifizierte Geräte anschließbar an IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattformen (14) und dies in einem Maß physikalisch notwendiger Verbindungen.An advantageous embodiment of the invention is specified in the claims 2 and 3. In this way, devices specified according to IEC 61131 can be connected to IoT / I4.0 microcomputer platforms (14) and to a degree of physically necessary connections.

Über den Patentanspruch 4 erhalten allgemein nach I²G arbeitende Geräte einen standardisierter Zugang zu IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattformen (14). Dies wird erreicht über den Anschluss (4), der entsprechend mit dem zentralen Kommunikationsanschluss (8) eine Verbindung zu externen I²C(I²C = Inter Integrated Circuit) -Teilnehmern herstellt und diese mit der angeschlossenen IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattform verbindet.About the claim 4 obtained generally to I ² G working devices standardized access to IoT / I4.0 micro-computer platforms (14). This is achieved via the port ( 4 ) corresponding to the central communication port ( 8th ) connects to external I ² C (I ² C = Inter Integrated Circuit) subscribers and connects them to the connected IoT / I4.0 microcomputer platform.

In der technischen Ausgestaltung des zentralen Kommunikationsanschlusses (8) nach Patentanspruch 5 sind zusätzliche Anschlussmöglichkeiten für eine große Zahl nach allgemeinen Kommunikationsstandards arbeitende Geräte möglich. Beispiele hierfür sind: zusätzliche I²C-, SPI(SPI = Serial Parallel Interface)-, Analog-, TXRX(TXRX = serielle Schnittstelle (bspw. zum Anschluss eines ARDUINO^®)-, weitere DIDO(DIDO = Digital Input Digital Output)-Anschlüsse und lokale Spannungsabgriffe der angeschlossenen IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattform(abhängig von der Ausführung der eingesetzten Rechnerplattform.).In the technical design of the central communication port ( 8th ) according to claim 5 additional connection options for a large number according to general communication standards working devices are possible. Examples include: additional I ² C, SPI (SPI = Serial Parallel Interface) - Analog, TXRX (TXRX = serial interface (eg for connecting a ARDUINO ^®) -, more DIDO (DIDO = Digital Input Digital Output). Connections and local voltage taps of the connected IoT / I4.0 microcomputer platform (depending on the version of the computer platform used).

In einer anderen technischen Ausgestaltung der Patentansprüche 6 und 7 sind mechanische Alternativen des Zusammenwirkens zwischen dem skalierbaren Multikommunikationsinterface über die Anschlüsse (8 und 9) und der anzuschließenden IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattform (14) aufgezeigt, dies entweder in Form einer dezentralen Anordnung oder einer Oben-Unten-Montage.In another technical embodiment of claims 6 and 7, mechanical alternatives of interaction between the scalable multi-communication interface via the ports ( 8th and 9 ) and the IoT / I4.0 microcomputer platform (14) to be connected, either in the form of a decentralized arrangement or a top-down assembly.

Eine für viele Fälle vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 8 formuliert. Durch die über den zentralen Kommunikationsanschluss (8) frei programmierbare Status-LED (5) lassen sich individuelle Prozessinformationen darstellen. Mithilfe des ebenfalls über den Kommunikationsanschluss (8) abfragbaren Action-Button (6) können individuelle und frei programmierbare MMI(MMI = Man Machine Interface) -Bedienereingriffe) abgebildet werden.An advantageous in many cases embodiment of the invention is formulated in claim 8. Through the via the central communication port ( 8th ) freely programmable status LED ( 5 ) can display individual process information. Using the also via the communication port ( 8th ) interrogatable action button ( 6 ) individual and freely programmable MMI (MMI = Man Machine Interface) operator interventions) can be mapped.

In der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 9 wird mithilfe des Identifikationsbausteins (17) angesichts erwarteter Stückzahlen im wachsenden Zukunftsmarkt ist eine eindeutige Rückverfolgung des skalierten Multikommunikationsinterfaces möglich. Darüber hinaus können mit dem Baustein (17) angeschlossene Prozesse im Rahmen ihrer zulässigen Skalierbarkeit bedient werden.In the embodiment according to claim 9 is using the identification module ( 17 In view of expected quantities in the growing future market, a clear traceability of the scaled multi-communication interface is possible. In addition, with the building block ( 17 ) are served within the scope of their permissible scalability.

Figurenlistelist of figures

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen,

1, in schematischer Darstellung die Erfindung mit ihren wesentlichen Elementen,
2, in schematischer Darstellung die Basisplatte (10) der Erfindung gemäß 1, gekoppelt über den zentralen Kommunikationsanschluss (8) mit einer IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattform (14) in oberseitiger Montage über ein mechanisches Koppelelement (9a) an der mechanischen Schnittstelle (9),
3, in schematischer Darstellung die dezentrale Anordnung des skalierbaren Multi-Kommunikationsinterfaces mithilfe einer Leitung (18) gemäß Patentanspruch 7.

An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below. Show it,

1 in a schematic representation of the invention with its essential elements,
2 , in a schematic representation of the base plate ( 10 ) According to the invention 1 , coupled via the central communication port ( 8th ) with an IoT / I4.0 microcomputer platform ( 14 ) in top mounting via a mechanical coupling element ( 9a ) at the mechanical interface ( 9 )
3 , in a schematic representation of the decentralized arrangement of the scalable multi-communication interface using a line ( 18 ) according to claim 7.

In der hier beschriebenen Ausführungsform gemäß 1 wird die Kommunikation des skalierbaren Multikommunikationsinterfaces zu IoT / I4.0-Rechnerplattformen (14) über den zentralen Kommunikationsanschluss (8) hergestellt. Das skalierbare Multikommunikationsinterface verfügt auf der Basisbaugruppe (10) auch über mechanische Schnittstellen (9) zur sicheren Verbindung mit den beschriebenen IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattformen (14). Über die Anschlüsse (2a, 2b, 3a, 3b) können digitale IOs skalierbar in anzahlvariabler gestalteter Ausführung dem Prozess bereit gestellt werden. An den Anschlüssen (2a, 2b) sind in der hier beschriebenen Ausführung folgende Kombinationen vorgesehen: (2a): 3IN, (2b): 1IN und 4OUT, (2a und 2b): 4IN und 4OUT. Für die Anschlüsse (3a, 3b) gilt dasselbe Grundprinzip wie für die Anschlüsse (2a,2b). Insgesamt können über die Anschlüsse (2a, 2b, 3a, 3b) bis zu je 8 digitale Eingänge und je 8 digitale Ausgänge angesprochen werden. Die Optokopplerbausteine (13a, 13b) stellen eine galvanische Trennung der digitalen Eingangskanäle IN1-IN8) auf den Anschlüssen (2a, 2b, 3a, 3b) sicher. Aus Reparatur-/Servicegründen können die Bausteine (13a, 13b) in steckbarer Ausführung ausgeprägt sein. Als Zustandsindikatoren (11a, 11b, 12a, 12b) der Signale der Anschlüsse (2a, 2b, 3a, 3b) sind LEDs vorgesehen. Die Prozessfähigkeit der digitalen Ausgänge auf den Anschlüssen (2a, 2b, 3a, 3b) wird über Wide-Range-High-Side Ausgangsstufen (7a, 7b) zumindest in der Spezifikation IEC 61131 erreicht.In the embodiment described here according to 1 becomes the communication of the scalable multicommunications interface to IoT / I4.0 computing platforms ( 14 ) via the central communication port ( 8th ) produced. The scalable multicommunication interface features on the basic module ( 10 ) also via mechanical interfaces ( 9 ) for secure connection to the described IoT / I4.0 microcomputer platforms ( 14 ). About the connections ( 2a . 2 B . 3a . 3b) Digital IOs can be scaled in a variable-numbered design to the process. At the connections ( 2a . 2 B) In the embodiment described here, the following combinations are provided: 2a ): 3IN, ( 2 B ): 1IN and 4OUT, ( 2a and 2 B) : 4IN and 4OUT. For the connections ( 3a . 3b) The same basic principle applies as for the connections ( 2a ,2 B). Overall, the connections ( 2a . 2 B . 3a . 3b) up to ever 8th digital inputs and ever 8th digital outputs are addressed. The optocoupler modules ( 13a . 13b) provide a galvanic isolation of the digital input channels IN1-IN8) on the connections ( 2a . 2 B . 3a . 3b) for sure. For repair / service reasons, the blocks ( 13a . 13b) be designed in plug-in execution. As state indicators ( 11a . 11b . 12a . 12b) the signals of the connections ( 2a . 2 B . 3a . 3b) LEDs are provided. The process capability of the digital outputs on the connectors ( 2a . 2 B . 3a . 3b) is used over wide-range high-side output stages ( 7a . 7b) at least achieved in the specification IEC 61131.

Gerade in der Gebäudeautomatisierung finden sich heute fast ausnahmslos sog. „Bastellösungen“. Dies liegt daran, dass kein unter ökonomischen / ökologischen Gesichtspunkten herstellbares Kommunikationsinterface verfügbar ist und die Anwender nicht bereit oder in der Lage sind, unverhältnismäßig hohe Ausgaben zu tätigen. In wenigen anderen Installationen wird der loT-Wunsch mit aufwendiger Technik verwirklicht. Dies hat aber durch Over-Engineering einen nicht zu rechtfertigten Verbrauch an Rohstoffen und Energie (Leitungen, Elektronik, Stromverbrauch) sowie für die Aufgabe nicht angemessene Kosten zur Folge.In building automation in particular, so-called "craft solutions" can be found almost without exception today. This is because there is no communication interface available from an economic / environmental point of view, and users are unwilling or unable to spend disproportionately large amounts of money. In a few other installations, the LOT wish is realized with complex technology. However, over-engineering results in an unjustifiable consumption of raw materials and energy (lines, electronics, power consumption) as well as inappropriate costs for the task.

Ein Anwendungsbeispiel unter vielen anderen ist die Steuerung und Regelung von Wohnraum-Lüftungsgeräten. Diese verfügen nach Norm über bis zu 4 anzusteuernde Lüftungsstufen und ein- bis zwei Rückmeldesignale. Mithilfe der Erfindung können die am Markt befindlichen Geräte herstellerunabhängig bedient und betrieben werden. Durch mit der Erfindung gekoppelte IoT / I4.0-Rechnerplattformen (14) lassen sich erstmalig einheitliche Bedien- und Betriebssystematiken aufbauen. Damit lassen sich die-Energieverbräuche nachhaltig senken, indem die tatsächlich notwendigen Einschaltphasen - individuell gesteuert und geregelt über Sensoren - vorgegeben werden. Zudem können die tatsächlichen Energieverbräuche je nach Lastprofil exakt gemessen und ausgewertet werden.One application among many others is the control and regulation of home ventilation equipment. According to the standard, these have up to 4 controlled ventilation levels and one or two feedback signals. With the aid of the invention, the devices on the market can be operated and operated regardless of manufacturer. By using the IoT / I4.0 computer platforms (14) coupled with the invention, it is possible for the first time to set up uniform operating and operating system statistics. In this way, energy consumption can be sustainably reduced by specifying the actual necessary switch-on phases - individually controlled and controlled by sensors. In addition, the actual energy consumption can be exactly measured and evaluated depending on the load profile.

Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld unter vielen anderen ist die Materialflusssteuerung in der Produktionstechnik. Die dort sehr häufig verwendeten Materialflussknoten (Weichen für Transportsysteme) werden heute vorwiegend über Zentralsteuerungen (SPS) gesteuert. Insbesondere bei kleinen bis mittleren Anwendungen führt diese Vorgehensweise zu enormen Kosten- und Zeitnachteilen, da die eingesetzten Systeme für wesentlich größere und komplexere Aufgaben ausgelegt sind; diese Leistungsfähigkeit wird jedoch für einfache Anwendungen nicht benötigt. Mithilfe der Erfindung lassen sich intelligente und voll vernetzbare Knoten aufbauen und beliebig in jede IT-Infrastruktur einbetten. Zentrale Systeme werden dadurch entweder überflüssig oder diese werden von ihren Aufgaben deutlich entlastet und können demzufolge mit geringerer Leistung und damit kostengünstiger ausgeführt werden. Heute übliche aufwendige Installationen und Verdrahtungen entfallen.Another important field of application among many others is material flow control in production technology. The material flow nodes that are very frequently used there (switches for transport systems) are today predominantly controlled by central controllers (PLCs). Particularly in the case of small to medium-sized applications, this procedure leads to enormous cost and time disadvantages, since the systems used are designed for much larger and more complex tasks; however, this capability is not needed for simple applications. With the help of the invention, intelligent and fully networkable nodes can be set up and embedded in any IT infrastructure. Central systems are either superfluous or they are significantly relieved of their duties and can therefore be executed with lower power and thus more cost-effective. Today customary complex installations and wiring are eliminated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

(1)(1): Stromversorgung für das digitale Prozessinterface (2a, 2b, 3a, 3b)Power supply for the digital process interface (2a, 2b, 3a, 3b)
(2a)(2a): Drei digitale Inputs (IN1..IN3)Three digital inputs (IN1..IN3)
(2b)(2 B): Ein digitaler Input (IN4) und vier digitale Outputs (OUT1..OUT4)One digital input (IN4) and four digital outputs (OUT1..OUT4)
(3a)(3a): Drei digitale Inputs (IN5..IN7)Three digital inputs (IN5..IN7)
(3b)(3b): Ein digitaler Input (IN8) und vier digitale Outputs (OUTS..OUT8)One digital input (IN8) and four digital outputs (OUTS..OUT8)
(4)(4): I²C-Anschluss in lötbarer, steckbarer oder schraubbarer AusführungI ² C connection in solderable, pluggable or screw-type version
(5)(5): Frei programmierbare Status-LED als LED, Duo-LED oder RGB-LED ausgeführtFreely programmable status LED designed as LED, duo LED or RGB LED
(6)(6): Frei programmierbarer Action-ButtonFreely programmable action button
(7a)(7a): Wide-Range-High-Side Ausgangsstufe für die Ausgänge OUT1..OUT4Wide-range high-side output stage for the outputs OUT1..OUT4
(7b)(7b): Wide-Range-High-Side Ausgangsstufe für die Ausgänge OUT5..OUT8Wide-range high-side output stage for the outputs OUT5..OUT8
(8)(8th): Zentraler Kommunikationsanschluss zwischen skalierbarem Multikommunikationsinterface und IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattform (14) sowie für den Anschluss weiterer Kommunikationsgeräte (15) und Spannungsversorgungen (16)Central communication connection between scalable multi-communication interface and IoT / I4.0 microcomputer platform (14) as well as for the connection of further communication devices (15) and power supplies (16)
(9)(9): Mechanische Schnittstelle zur direkten Verbindung mit einer IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattform (14) oder für andere BefestigungsmöglichkeitenMechanical interface for direct connection to an IoT / I4.0 microcomputer platform (14) or for other mounting options
(10)(10): Basisbaugruppebasic module
(11a)(11a): LED Zustandsindikatoren für Digitale Ausgänge OUT1..OUT4LED status indicators for digital outputs OUT1..OUT4
(11b)(11b): LED Zustandsindikatoren für Digitale Ausgänge OUT5..OUT8LED status indicators for digital outputs OUT5..OUT8
(12a)(12a): LED Zustandsindikatoren für Digitale Eingänge IN1..IN4LED status indicators for digital inputs IN1..IN4
(12b)(12b): LED Zustandsindikatoren für Digitale Eingänge IN5..IN8LED status indicators for digital inputs IN5..IN8
(13a)(13a): Optokopplermodule für Digitale Eingänge IN1..IN4Optocoupler modules for digital inputs IN1..IN4
(13b)(13b): Optokopplermodule für Digitale Eingänge IN5..IN8Optocoupler modules for digital inputs IN5..IN8
(14)(14): Anschluss IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattform zum zentralen Kommunikationsanschluss (8) des skalierbaren MultikommunikationsinterfaceConnection of IoT / I4.0 microcomputer platform to the central communication port (8) of the scalable multi-communication interface
(15) (15): Anschluss für weitere Kommunikationsgeräte (15) (beispielsweise mit I²C-, SPI-, Analog-, TXRX-, DIDO-Anschlüssen) zur Verarbeitung von deren Daten in IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattformen (14)Connection for other communication devices (15) (eg with I ² C, SPI, analog, TXRX, DIDO connections) for processing their data in IoT / I4.0 microcomputer platforms (14)
(16)(16): Weitere Spannungsversorgungsanschlüsse der IoT / I4.0-Mikro-RechnerplattformenOther power supply connections of the IoT / I4.0 microcomputer platforms
(17)(17): Identifikationsbaustein zur Personifizierung des skalierbaren MultikommunikationsinterfacesIdentification module for personalizing the scalable multi-communication interface
(18)(18): Kabel zur Verbindung zwischen des skalierbaren Multikommunikationsinterfaces und einer IoT / I4.0-Mikro-Rechnerplattform.Cable for connection between the scalable multicommunications interface and an IoT / I4.0 micro-computing platform.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 1999028794 A2 [0002]
US 20140281048 A1 [0003]

Claims

Scalable multicommunication interface, characterized in that the communication connections (2a, 2b, 3a, 3b, 4, 8) and the components required therefor (2a, 2b, 3a, 3b, 4, 5, 6, 7a, 7b, 8, 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 17) for the signal exchange between an IoT / I4.0 microcomputer platform (14) and the physical process are performed mechanically and electrically scalable to the minimum hardware required in the process.

Scalable multicommunication interface after Claim 1 , characterized in that IoT / I4.0 microcomputer platforms (14), which by nature do not have suitable digital voltage levels according to IEC 61131, by means of terminal (1) via the terminals (2a, 2b, 3a, 3b) with such Processes can be connected to the scalable necessary measure.

Scalable multicommunication interface after Claim 1 , characterized in that the digital outputs at the terminals (2a, 2b, 3a, 3b) are implemented via high-side output stages (7a, 7b) and these can be omitted either individually or both.

Scalable multicommunication interface after Claim 1 , characterized in that via the pluggable, screwed or soldered connector (4) using the central communication port (8), a standardized connection between general I ² G participants and common IoT / I4.0 micro-computer platforms can be produced.

Scalable multicommunication interface after Claim 1 , characterized in that in a particular embodiment of the central communication port (8) connections to other devices (15) not shown (for example, with I ² G, SPI, analog, TXRX, DIDO ports) for processing their data in IoT / I4.0 micro-computer platforms (14) and also other not shown voltage taps (16) are possible.

Scalable multicommunication interface after Claim 1 , characterized in that the base assembly (10) has mechanical interfaces (9) and connected by means of further connecting elements (9a) and by means of the central communication port (8) with common IoT / I4.0 micro-computer platforms (14) on the top or bottom can be.

Scalable multicommunication interface after Claim 1 , characterized in that a decentralized arrangement of the scalable multicommunications interface via the connection (8) on the base plate (10) to an IoT / I4.0 micro-computer platform (14) and the terminal (8) via a cable (18) pluggable , screwable, crimpable, in insulation displacement technology or solderable is possible.

Scalable multicommunication interface after Claim 1 , characterized in that represent via the central communication port (8) to the freely programmable status LEDs (5) scalable process information and make the queriable action button (6) scalable inputs.

Scalable multicommunication interface after Claim 1 , characterized in that the base assembly (10) is provided with an identification module (17) for hardware and software personalization and scaling of the system.

Scalable multicommunication interface after Claim 1 , characterized in that the central communication port (8) to different IoT / I4.0 micro-computer platforms (14) is at least electrically compatible.