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Die Erfindung betrifft ein Master-Gerät.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Master-Slave-System.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen von elektrischer Energie durch ein Master-Gerät an ein Slave-Gerät.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Master-Gerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch welches Slave-Geräte mit unterschiedlichen Energieverbrauchsanforderungen mit elektrischer Energie versorgbar sind.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Master-Gerät erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Anschluss für ein Slave-Gerät vorhanden ist, über welchen ein angeschlossenes Slave-Gerät mit elektrischer Energie versorgbar ist, eine erste Speisespannungseinheit auf einem ersten Spannungsniveau und mindestens eine weitere Speisespannungseinheit auf einem zweiten Spannungsniveau, welches niedriger ist als das erste Spannungsniveau, vorgesehen ist, eine Kommunikationsschnittstelle vorgesehen ist, welche dem mindestens einen Anschluss zugeordnet ist und über welche ein von einem angeschlossenen Slave-Gerät benötigtes Spannungsniveau ermittelbar ist, und eine Bereitstellungseinrichtung vorgesehen ist, welche den mindestens einen Anschluss elektrisch beaufschlagt entsprechend dem geforderten Spannungsniveau.
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Das Master-Gerät hat insbesondere eine Hub-Funktion für die Kommunikation mit einem oder mehreren Slave-Geräten. Die entsprechende Datenkommunikation kann dabei unidirektional oder bidirektional sein. Sie kann drahtlos erfolgen oder über eine Verdrahtung erfolgen.
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Das Master-Gerät stellt einem angeschlossenen Slave-Gerät auch elektrische Energie bereit. Sie kann dabei Spannungen auf mindestens zwei unterschiedlichen Spannungsniveaus bereitstellen. Dadurch lassen sich unterschiedliche Slave-Geräte (mit unterschiedlichen Spannungsanforderungen) an dasselbe Master-Gerät anschließen.
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Es können dann insbesondere gleiche Stecker und Kabel verwendet werden, um unterschiedliche Slave-Geräte mit dem Master-Gerät zu verbinden.
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Ferner lässt sich insbesondere eine automatische Spannungseinstellung durchführen. Ein Bediener muss dann nicht händisch eingreifen und es lässt sich automatisch das richtige Spannungsniveau für das entsprechende Slave-Gerät erhalten.
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Es ist dadurch insbesondere möglich, Slave-Geräte mit sehr geringem Energieverbrauch (ULP-Geräte; ULP-ultra low power) zu verwenden. Neben konventionellen Slave-Geräten lassen sich auch solche ULP-Slave-Geräte an das Master-Gerät anschließen. Insbesondere ist es möglich, alle Geräte mit der Spannung auf dem ersten Spannungsniveau zu versorgen.
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Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Master-Geräts lässt sich ein insgesamt energiesparender Betrieb ermöglichen. Es lassen sich Batterien und dergleichen schonen. Der Einstellungsaufwand bzw. auch Wartungsaufwand für einen Bediener ist verringert.
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Bei einer Ausführungsform ist die Bereitstellungseinrichtung eine Schalteinrichtung oder umfasst eine Schalteinrichtung, welche die entsprechende Speisespannungseinheit mit dem mindestens einen Anschluss entsprechend des geforderten Spannungsniveaus verbindet. Dadurch lässt sich auf einfache Weise die Spannung auf dem geforderten Spannungsniveau spezifisch bereitstellen.
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Es kann alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass die Bereitstellungseinrichtung mindestens eine einstellbare Stromquelle oder Spannungsquelle ist oder umfasst. Dadurch lässt sich ebenfalls auf einfache Weise spezifisch an dem entsprechenden Anschluss eine Spannung des geforderten Spannungsniveaus bereitstellen.
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Insbesondere ist bzw. umfasst die Bereitstellungseinrichtung mindestens einen Tiefsetzsteller (Buck-Konverter). Ein solcher Tiefsetzsteller ist ein schaltender Gleichspannungswandler.
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Günstig ist es, wenn eine Mehrzahl von Anschlüssen vorgesehen ist, wobei insbesondere jedem Anschluss eine eigene Kommunikationsschnittstelle zugeordnet ist und insbesondere jedem Anschluss ein eigener Schalter einer Schalteinrichtung zugeordnet ist. Dadurch kann das Master-Gerät auf effektive Weise betrieben werden und es lässt sich für jedes Slave-Gerät insbesondere automatisch das erforderliche Spannungsniveau ermitteln.
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Bei einer Ausführungsform ist das erste Spannungsniveau ein Spannungsniveau für das Master-Gerät. Dieses Spannungsniveau ist insbesondere ein „konventionelles“ Spannungsniveau, welches beispielsweise bei 24 V oder 30 V liegt. Es lässt sich dadurch der konstruktive Aufwand für das Master-Gerät gering halten.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine zweite Speisespannungseinheit mit einem zweiten Spannungsniveau vorgesehen. Es kann ferner eine dritte Speisespannungseinheit mit einem dritten Spannungsniveau vorgesehen sein, welches unterschiedlich von dem ersten Spannungsniveau und dem zweiten Spannungsniveau ist. Dadurch lassen sich mindestens drei unterschiedliche Gerätetypen von Slave-Geräten anschließen, welche bezüglich der erforderlichen Spannung unterschiedliche Anforderungen haben.
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Insbesondere liegt dabei das erste Spannungsniveau im Bereich zwischen 10 V und 30 V. Es liegt beispielsweise bei 24 V. Es handelt sich dabei um ein Standard-Spannungsniveau.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass das zweite Spannungsniveau im Bereich zwischen 1 V und 4 V liegt. Es lassen sich dadurch insbesondere ULP-Slave-Geräte mit dem Master-Gerät bezüglich der elektrischen Energieversorgung verbinden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Master-Gerät so ausgebildet, dass zunächst die erste Speisespannungseinheit mit dem mindestens einen Anschluss verbunden ist, und wenn über die zugeordnete Kommunikationsschnittstelle ein angefordertes niedrigeres Spannungsniveau erkannt ist, insbesondere eine Schalteinrichtung die zugehörige Speisespannungseinheit mit dem mindestens einen Anschluss verbindet. Es ist dadurch sichergestellt, dass das entsprechende Slave-Gerät, welches angeschlossen ist, mit der notwendigen Spannung versorgt wird, und erst wenn ein niedrigeres erforderliches Spannungsniveau detektiert wird, umgeschaltet wird.
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Die Kommunikationsschnittstelle ist insbesondere eine digitale Schnittstelle und/oder eine Schnittstelle gemäß einem IO-Link-Protokoll. Es kann dann dem Master-Gerät auf einfache und effektive Weise mitgeteilt werden, welches Spannungsniveau für das entsprechende Slave-Gerät erforderlich ist.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Master-Gerät auch als Hub für eine Datenkommunikation ausgebildet ist. Beispielsweise können entsprechende Daten und insbesondere Befehle über das Master-Gerät und insbesondere auch über eine entsprechende Kommunikationsschnittstelle an ein angeschlossenes Slave-Gerät als Aktor oder Sensor übertragen werden. Bei einem angeschlossenen Sensor als Slave-Gerät lassen sich Sensordaten an das Master-Gerät übermitteln.
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Erfindungsgemäß wird ein Master-Slave-System bereitgestellt, welches mindestens ein erfindungsgemäßes Master-Gerät umfasst und Slave-Geräte zum Anschluss an das mindestens eine Master-Gerät, wobei ein Slave-Gerät Signale bereitstellt, die ein für das Slave-Gerät erforderliches Spannungsniveau charakterisieren.
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Dadurch kann das Master-Gerät erkennen, welche Spannungsanforderung das Slave-Gerät hat und über die mindestens eine Kommunikationsschnittstelle und die Schalteinrichtung entsprechende Maßnahmen ergreifen.
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Insbesondere lässt sich dadurch eine automatische Einstellung ohne Bedienereingriff durchführen. Es ergibt sich ein Betrieb, bei dem kein manueller Eingriff diesbezüglich notwendig ist. Ferner lässt sich ein energiesparender Betrieb realisieren.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Slave-Gerät ein Sensor oder ein Aktor.
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Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Bereitstellen von elektrischer Energie durch ein Master-Gerät an ein Slave-Gerät bereitgestellt, bei dem ein an das Master-Gerät an einem Anschluss angeschlossenes Slave-Gerät dem Master-Gerät sein benötigtes Spannungsniveau mitteilt, und am Master-Gerät eine entsprechende Speisespannungseinheit mit dem entsprechenden Spannungsniveau ausgewählt wird und mit dem Anschluss verbunden wird.
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Es lässt sich so automatisch einem Slave-Gerät die erforderliche Spannung bereitstellen. Es ergibt sich dadurch ein energiesparender Betrieb, welcher bedienerfreundlich ist, das insbesondere keine manuellen Einstellungen durchgeführt werden müssen.
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Insbesondere lassen sich ULP-Slave-Geräte auf einfache Weise auf dem erforderlichen niedrigen Spannungsniveau und damit energiesparend betreiben. Bei einem Ausführungsbeispiel wird zunächst am Master-Gerät eine Speisespannungseinheit mit einem ersten Spannungsniveau mit dem Anschluss verbunden oder ist mit diesem verbunden, wobei das erste Spannungsniveau universell ist, und wenn ein niedrigeres Spannungsniveau für ein angeschlossenes Slave-Gerät erkannt wird, wird die entsprechende Speisespannungseinheit ausgewählt und mit dem Anschluss verbunden. Das universelle Spannungsniveau ist insbesondere derart ausgewählt, dass sich Slave-Geräte betreiben lassen (wenn auch nicht unbedingt energiesparend wie im Fall von ULP-Slave-Geräten). Es ist dadurch auf jeden Fall für einen Betrieb gesorgt. Wenn erkannt wird, dass ein niedrigeres Spannungsniveau benötigt wird, dann wird entsprechend umgeschaltet. Falls dies nicht erkannt wird oder falls keine automatische Detektion durchführbar ist, wird das Slave-Gerät auf jeden Fall mit elektrischer Energie versorgt und ist damit betriebsbereit.
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Es ist dabei günstig, wenn während eines Auswahlvorgangs für die Speisespannungseinheit das angeschlossene Slave-Gerät in einen Ruhemodus versetzt ist oder wird. Dadurch werden Fehlfunktionen während eines Schaltvorgangs vermieden.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Master-Slave-Systems mit einem Master-Gerät und einer Mehrzahl von angeschlossenen Slave-Geräten; und
- 2 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrensablaufs bei dem Master-Gerät gemäß 1 zur Versorgung von Slave-Geräten mit elektrischer Energie.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Master-Slave-Systems 10 (1) umfasst ein Master-Gerät 12. Das Master-Gerät 12 dient zur Versorgung von einem oder mehreren Slave-Geräten 14 mit elektrischer Energie und ist insbesondere ein Kommunikations-Hub für die Slave-Geräte 14, welche drahtlos oder verdrahtet mit dem Master-Gerät kommunizieren. Diese Datenkommunikation kann dabei unidirektional oder bidirektional sein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Master-Gerät 12 ein Gehäuse 16, in welchem die wesentlichen Komponenten des Master-Geräts 12 angeordnet sind.
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Das Master-Gerät 12 weist bei einer Ausführungsform einen (Eingangs-)Anschluss 18 auf, über welchen das Master-Gerät 12 selber mit elektrischer Energie versorgbar ist. Über den Eingangs-Anschluss 18 ist dem Master-Gerät 12 eine Speisespannung auf einem ersten Spannungsniveau bereitstellbar.
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An dem Eingangs-Anschluss 18 ist insbesondere eine Gleichspannung bereitgestellt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel liegt das erste Spannungsniveau beispielsweise bei 24 V.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass dem Master-Gerät 12 auch eine Wechselspannung bereitgestellt werden kann. Dem Eingangs-Anschluss 18 ist dann ein Gleichrichter 19 zugeordnet (nachgeordnet), welcher die Wechselspannung in eine Gleichspannung auf dem ersten Spannungsniveau wandelt.
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Das Master-Gerät 12 umfasst einen ersten Spannungswandler 20, welcher in dem Gehäuse 16 angeordnet ist und mit dem Eingangs-Anschluss 18 oder dem Gleichrichter 19 verbunden ist. Der erste Spannungswandler 20 wandelt die an dem Eingangs-Anschluss 18 direkt oder über einen nachgeschalteten Gleichrichter 19 bereitgestellte Spannung auf dem ersten Spannungsniveau in eine Spannung auf einem zweiten Spannungsniveau, welches insbesondere niedriger ist als das erste Spannungsniveau.
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Der erste Spannungswandler 20 ist insbesondere ein schaltender Gleichspannungswandler wie beispielsweise ein Tiefsetzsteller (buck converter).
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist dem Eingangs-Anschluss 18 oder dem Gleichrichter 19 ein zweiter Spannungswandler 22 nachgeschaltet, welcher ebenfalls insbesondere ein schaltender Gleichspannungswandler ist, und die an dem Eingangs-Anschluss 18 bereitgestellte Gleichspannung bzw. durch den dem Eingangs-Anschluss 18 nachgeordneten Gleichrichter 19 bereitgestellte Spannung auf dem ersten Spannungsniveau in eine Gleichspannung auf einem dritten Spannungsniveau wandelt. Das dritte Spannungsniveau ist dabei insbesondere kleiner als das erste Spannungsniveau und das zweite Spannungsniveau.
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Das Master-Gerät 12 kann insbesondere eine Mehrzahl von (Ausgangs-)Anschlüssen 24a, 24b, 24c umfassen. An solch einen Ausgangs-Anschluss 24a, 24b, 24c ist jeweils ein Slave-Gerät 14 zur elektrischen Energieversorgung anschließbar. Die Anzahl der Ausgangs-Anschlüsse 24a, 24b, 24c kann kleiner oder größer als drei sein.
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Jedem Ausgangs-Anschluss 24a, 24b, 24c ist eine Kommunikationsschnittstelle 26a bzw. 26b bzw. 26c zugeordnet. Mittels der Kommunikationsschnittstelle 26a, 26b, 26c wird ein an den zugeordneten Ausgangs-Anschluss 24a, 24b, 24c angeschlossenes Slave-Gerät 14 mit der notwendigen Information zu der gewählten Spannung versorgt.
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Über eine jeweilige Kommunikationsschnittstelle 26a, 26b, 26c wird das Spannungsniveau, mit welchem das jeweils angeschlossene Slave-Gerät 14 versorgt werden muss, ermittelt.
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Das Master-Gerät 12 weist eine Steuereinheit 28 insbesondere in Form einer CPU auf, welche signalwirksam an die Kommunikationsschnittstellen 26a, 26b, 26c angeschlossen ist. Die Kommunikationsschnittstellen 26a, 26b, 26c teilen der Steuereinheit 28 mit, welche Spannungsversorgung für das jeweils angeschlossene Slave-Gerät 14 an dem entsprechenden Anschluss 24a bzw. 24b bzw. 24c benötigt wird.
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Das Master-Gerät 12 umfasst als Bereitstellungseinrichtung eine Schalteinrichtung 30, welche in dem Gehäuse 16 angeordnet ist. Die Bereitstellungseinrichtung dient dazu, einen Ausgangs-Anschluss 24a bzw. 24b bzw. 24c so elektrisch zu beaufschlagen, dass dort das geforderte Spannungsniveau bereitgestellt ist.
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Die Steuereinheit 28 steuert dabei die Schalteinrichtung 30 an. Die Schalteinrichtung 30 ist so ausgebildet, dass über die jeweilige Kommunikationsschnittstelle 26a, 26b, 26c dem entsprechenden Anschluss 24a, 24b, 24c elektrische Energie auf dem Spannungsniveau bereitgestellt wird, welches das angeschlossene Slave-Gerät 14 benötigt. Über die von den Kommunikationsschnittstellen 26a, 26b, 26c detektierten benötigten Spannungsniveaus, welche der Steuereinheit 28 mitgeteilt werden, steuert die Steuereinheit 28 die Schalteinrichtung 30.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Schalteinrichtung 30 eine entsprechende Anzahl von Schaltern 32a, 32b, 32c, wobei der Schalter 32a dem Ausgangs-Anschluss 24a und der Kommunikationsschnittstelle 26a zugeordnet ist, der Schalter 32b dem Ausgangs-Anschluss 24b und der Kommunikationsschnittstelle 26b und der Schalter 32c dem Ausgangs-Anschluss 24c und der Kommunikationsschnittstelle 26c zugeordnet ist.
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Grundsätzlich sind die Schalter 32a, 32b, 32c gleich ausgebildet.
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Die Zahl der Schalter 32a usw. entspricht der Anzahl der Ausgangs-Anschlüsse 24a usw. und damit auch der Anzahl der Kommunikationsschnittstellen 26a usw.
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Ein Schalter 32a ist über eine Leitung 34a mit dem ersten Spannungswandler 20 verbunden. Über eine zweite Leitung 36a ist er mit dem zweiten Spannungswandler 22 verbunden.
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Über eine dritte Leitung 38a ist er mit dem Eingangs-Anschluss 18 bzw. dem dem Eingangs-Anschluss 18 nachgeordneten Gleichrichter 19 verbunden.
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Über ein Schaltelement 40 des Schalters 32a ist dann durch die Steuereinheit 28 einstellbar, ob eine von dem ersten Spannungswandler 20 mit dem zweiten Spannungsniveau bereitgestellte Spannung auf den Anschluss 24a durchgeschaltet wird, oder die Speisespannung (bzw. durch den Gleichrichter bereitgestellte Spannung) mit dem ersten Spannungsniveau dem Ausgangs-Anschluss 24a bereitgestellt wird, oder die von dem zweiten Spannungswandler 22 bereitgestellte Spannung auf dem dritten Spannungsniveau dem Ausgangs-Anschluss 24a bereitgestellt wird.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Schalter 32c über eine erste Leitung 34c mit dem ersten Spannungswandler 20 verbunden. Diese erste Leitung 34c kann dabei wiederum mit der ersten Leitung 34a verbunden sein. Ferner ist der Schalter 32c über eine zweite Leitung 36c mit dem zweiten Spannungswandler 22 verbunden. Er ist ferner über eine dritte Leitung 38c mit dem Eingangs-Anschluss 18 (bzw. einem Gleichrichter) verbunden. Die dritte Leitung 38c kann dabei mit der dritten Leitung 38a verbunden sein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Schalter 32b über eine erste Leitung 34b mit dem ersten Spannungswandler 20 verbunden, über eine zweite Leitung 36b mit dem zweiten Spannungswandler 22 verbunden, und über eine dritte Leitung 38b mit dem Eingangs-Anschluss 18 bzw. dem zugeordneten Gleichrichter verbunden.
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Es kann dadurch jeder Schalter 32a, 32b, 32c der Schalteinrichtung 30 das vorgesehene Spannungsniveau (d. h. das erste Spannungsniveau, das zweite Spannungsniveau oder das dritte Spannungsniveau) an dem jeweiligen zugehörigen Anschluss 24a, 24b, 24c bereitstellen.
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Der Eingangs-Anschluss 18 bzw. der daran angeschlossener Gleichrichter 19 bildet eine erste Speisespannungseinheit für das Master-Gerät 12, welches eine Spannung auf dem ersten Spannungsniveau bereitstellt. Der erste Spannungswandler 20 bildet eine zweite Speisespannungseinheit, welche eine Spannung auf dem zweiten Spannungsniveau bereitstellt. Der zweite Spannungswandler 22 bildet eine dritte Speisespannungseinheit, welche eine Spannung auf dem dritten Spannungsniveau bereitstellt.
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Wie oben erwähnt liegt das erste Spannungsniveau beispielsweise bei 24 V und insbesondere im Bereich zwischen 10 V und 30 V. Das zweite Spannungsniveau oder auch das dritte Spannungsniveau liegt beispielsweise im Bereich zwischen 1 V und 4 V.
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Insbesondere lassen sich ULP-Geräte (ULP - ultra low power) als Slave-Geräte 14 über das Master-Gerät 12 mit elektrischer Energie versorgen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die jeweilige Kommunikationsschnittstelle 26a, 26b, 26c eine digitale Schnittstelle und/oder eine Schnittstelle gemäß einem IO-Link-Protokoll, über die ein angeschlossenes Slave-Gerät 14 sein benötigtes Spannungsniveau mitteilen kann.
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Es ist dann insbesondere vorgesehen, dass sich nur Slave-Geräte 14 mit einer entsprechenden Schnittstelle 42 an dem Master-Gerät 12 automatisch anmelden können und eine Spannung auf einem niedrigeren Spannungsniveau (insbesondere dem zweiten Spannungsniveau oder dritten Spannungsniveau) als dem ersten Spannungsniveau anfordern können.
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Beispielsweise ist es so vorgesehen, dass grundsätzlich an einem Ausgangs-Anschluss 24a, 24b, 24c eine Spannung auf dem ersten Spannungsniveau liegt, und nur wenn eine Spannung auf einem kleineren Spannungsniveau (dem zweiten Spannungsniveau oder dritten Spannungsniveau) angefordert wird, eine entsprechende Schaltung durch die Schalteinrichtung 30, welche durch die Steuereinheit 28 gesteuert ist, erfolgt. Es kann dabei beispielsweise ein Slave-Gerät 14 so ausgebildet sein, dass während eines Auswahlvorgangs für die Spannung mit dem entsprechenden Spannungsniveau, d. h. während eines Schaltvorgangs an der Schalteinrichtung 30, das entsprechende Slave-Gerät 14 in einen Ruhemodus versetzt ist oder wird und während dieser Zeit nicht aktiv ist.
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Ein Slave-Gerät 14 kann beispielsweise ein Aktor oder Sensor sein.
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Das Master-Slave-System 10 funktioniert wie folgt (2):
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Ein Slave-Gerät 14 wird beispielsweise an dem Ausgangs-Anschluss 24a angeschlossen. Dies ist in 2 durch das Bezugszeichen 44 angedeutet. Dieses angeschlossene Slave-Gerät 14 wird dann zunächst mit der Spannung auf dem ersten Spannungsniveau gespeist. Die Schalteinrichtung 30 ist dann mit dem entsprechenden Schalter 32a so als „Grundzustand“ geschaltet, dass die an dem Eingangs-Anschluss 18 bereitgestellte Speisespannung (bzw. durch den Gleichrichter bereitgestellte Spannung) an dem Ausgangs-Anschluss 24a bereitgestellt wird. Es wird dabei auch eine Verbindung zwischen dem Slave-Gerät 14 und dabei zwischen dessen Schnittstelle 42 und der Kommunikationsschnittstelle 26a aufgebaut. Diese Vorgänge sind in 2 durch das Bezugszeichen 46 angedeutet.
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Es wird dann geprüft (durch Zusammenarbeit der Kommunikationsschnittstelle 26a mit der Steuereinheit 28), ob das entsprechende Slave-Gerät 14 mit einer Spannung auf einem niedrigeren Spannungsniveau versorgt werden muss oder nicht. Im negativen Fall, d. h. wenn die Spannung auf dem ersten Spannungsniveau notwendig ist, dann wird in einem Zweig 52 für die entsprechende Versorgung des angeschlossenen Slave-Geräts 14 mit einer Spannung auf dem ersten Spannungsniveau gesorgt. Dies ist in 2 durch das Bezugszeichen 54 angedeutet. Es kann dabei weiterhin eine Kommunikation zwischen dem Slave-Gerät mit seiner Schnittstelle 42 und der Kommunikationsschnittstelle 26a erfolgen.
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Falls sich ergibt, dass das Slave-Gerät 14 eine Spannung auf niedrigerem Spannungsniveau als dem ersten Spannungsniveau benötigt, so wird in einem Zweig 56 eine Abfrage durchgeführt, welches Spannungsniveau benötigt wird. Diese Abfrage ist in 2 durch das Bezugszeichen 58 angedeutet; das Slave-Gerät 14 fordert über die Kommunikationsschnittstelle 26a das von ihr benötigte Spannungsniveau an. Dies wird der Steuereinheit 28 mitgeteilt.
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In einem weiteren Schritt, welcher in 2 durch das Bezugszeichen 60 angedeutet ist, geht das Slave-Gerät 14 in einen Ruhemodus und wartet beispielsweise eine definierte Zeit auf die Spannungsreduktion an dem Ausgangs-Anschluss 24 im Vergleich zu dem ersten Spannungsniveau.
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Bei einem Slave-Gerät 14 nach dem IO-Link-Protokoll ist der Ruhemodus beispielsweise ein SIO-Mode (Standard IO-Mode).
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Es wird dann geprüft, ob das erforderliche Spannungsniveau erreicht ist. Diese Prüfung ist in 2 durch das Bezugszeichen 62 angedeutet. Diese Prüfung erfolgt dabei insbesondere an dem angeschlossenen Slave-Gerät 14.
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Falls diese Prüfung ergibt, dass das erforderliche Spannungsniveau nicht erreicht ist (und insbesondere nicht erreichbar ist), dann wird in einen Zweig 64 übergegangen, welcher dann die Versorgung 54 auf dem ersten Spannungsniveau aufrechterhält.
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Die Ursache, dass das erforderliche Spannungsniveau nicht erreichbar ist, kann z. B. darin liegen, dass das Master-Gerät 12 das erforderliche Spannungsniveau nicht bereitstellen kann, weil es keine entsprechende Speisespannungseinheit aufweist.
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Sollte die Prüfung 62 ergeben, dass das erforderliche Spannungsniveau erreicht ist, dann wird in einen Zweig 66 übergegangen, bei dem, nachdem das erforderliche Spannungsniveau erreicht ist, eine entsprechende Kommunikation zwischen dem Slave-Gerät 14 und dem Master-Gerät 12 aufgebaut wird. Diese Kommunikation, welche beispielsweise nach dem IO-Link-Protokoll erfolgt, ist eine „inhaltliche“ Kommunikation zwischen dem Slave-Gerät 14 und dem Master-Gerät 12. Sie ist in 2 durch das Bezugszeichen 68 angedeutet. Wenn beispielsweise das Slave-Gerät 14 ein Sensor ist, dann werden bei dieser Kommunikation beispielsweise Sensordaten bereitgestellt.
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Nach Aufbau der Kommunikation erfolgt dieser eigentliche Kommunikationsvorgang, welcher in 2 durch das Bezugszeichen 70 angedeutet ist.
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Die obigen Prüfungen werden insbesondere in einer Untereinheit der Steuereinheit 28 durchgeführt.
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Das Master-Gerät 12 bildet bei einem Ausführungsbeispiel sowohl die Energieversorgungseinheit für die angeschlossenen Slave-Geräte 14 als auch ein Hub für den Datenaustausch insbesondere für Slave-Geräte 14 im ULP-Betrieb (ULP-ultra low power).
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Bei der Kommunikation, welche durch das Bezugszeichen 54 angedeutet ist und bei welcher das Slave-Gerät mit einer Speisespannung auf dem ersten Spannungsniveau versorgt wird, erfolgt die Kommunikation nicht in einem ULP-Betrieb, sondern beispielsweise gemäß einem Standardbetrieb.
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Es kann dabei vorgesehen sein, dass für den ULP-Betrieb eines Slave-Geräts 14, welches dann insbesondere mit einer Speisespannung auf dem zweiten Spannungsniveau oder dem dritten Spannungsniveau versorgt wird, das Kommunikationsprotokoll zwischen dem Slave-Gerät 14 und dem Master-Gerät 12 entsprechend an den ULP-Betrieb angepasst ist. Beispielsweise erfolgt die Kommunikation dann gemäß einem angepassten IO-Link-Protokoll.
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Die Kommunikationsschnittstellen 26a, 26b, 26c dienen zur unidirektionalen oder bidirektionalen Kommunikation zwischen dem Master-Gerät 12 als Hub und angeschlossenen Slave-Geräten 14. Ein Aspekt dieser Kommunikation ist dabei die Abfrage der von einem Slave-Gerät 14 benötigten Versorgungsspannung bezüglich des Spannungsniveaus vor der eigentlichen Datenkommunikation.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es z. B. möglich, über das Master-Gerät 12 Slave-Geräte 14 zu versorgen, welche ULP-Geräte sind. Diese lassen sich dann stromsparend betreiben, da insbesondere eine Spannungsversorgung auf dem niedrigeren zweiten Spannungsniveau oder dritten Spannungsniveau möglich ist.
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An dem Master-Gerät 12 lassen sich sowohl Standardgeräte mit einer Speisespannung auf dem ersten Spannungsniveau als auch solche ULP-Geräte betreiben.
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Insbesondere wird bei dem Master-Slave-System 10 eine automatische Prüfung durchgeführt, und das jeweilige Slave-Gerät wird automatisch mit der „richtigen“ Spannung auf dem entsprechenden Spannungsniveau versorgt. Dadurch ergibt sich ein einfaches Anschließen und es ist keine manuelle Anpassung notwendig. Dadurch kann es auch keine fehlangepassten Spannungseinstellungen geben. Es findet eine Stromeinsparung statt.
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Es lassen sich Batterien schonen.
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Das Master-Gerät lässt sich selber über eine Batterie versorgen. In diesem Fall ist der Eingangs-Anschluss 18 ein Batterieanschluss des Master-Geräts 12, welcher dann auch grundsätzlich innerhalb des Gehäuses 16 angeordnet sein kann.
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Durch die Möglichkeit der Spannungsanpassung an dem Master-Gerät 12 können auch gleiche Steckertypen und Kabeltypen für unterschiedliche Slave-Geräte 14 mit unterschiedlichen Spannungsanforderungen (insbesondere ULP oder nicht-ULP) verwendet werden. Ferner lassen sich grundsätzliche gleiche Ausgangs-Anschlüsse 24a usw. für alle Typen von Slave-Geräten 14 verwenden.
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Es ergibt sich eine automatische Kompatibilität zwischen verschiedenen Gerätetypen von Slave-Geräten 14.
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Das Master-Gerät wurde beschrieben mit drei Schaltern 32a, 32b, 32c. Grundsätzlich kann auch nur ein Schalter vorgesehen sein, es können zwei Schalter vorgesehen sein, oder es können vier oder mehr Schalter vorgesehen sein.
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Anstatt Schalter können auch mehrere einstellbare Spannungsquellen bzw. Stromquellen als Bereitstellungseinrichtung vorgesehen sein und/oder es können ein oder mehrere Buck-Konverter pro Ausgangs-Anschluss 24a, 24b, 24c vorgesehen sein.
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Es ist insbesondere grundsätzlich möglich, dass nur ein Ausgangs-Anschluss vorhanden ist. Bei einer Ausbildung des Master-Geräts 12 als Hub ist jedoch vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von Ausgangs-Anschlüssen vorhanden ist.
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Das Master-Gerät 12 wurde oben mit drei Speisespannungseinheiten 18 bzw. 19, 20, 22 beschrieben. Es können auch nur zwei Speisespannungseinheiten oder mehr als drei Speisespannungseinheiten vorhanden sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Master-Slave-System
- 12
- Master-Gerät
- 14
- Slave-Gerät
- 16
- Gehäuse
- 18
- Eingangs-Anschluss
- 19
- Gleichrichter
- 20
- erster Spannungswandler (zweite Speisespannungseinheit)
- 22
- zweiter Spannungswandler (dritte Speisespannungseinheit)
- 24a, b, c
- Ausgangs-Anschluss
- 26a, b, c
- Kommunikationsschnittstelle
- 28
- Steuereinheit
- 30
- Schalteinrichtung
- 32a, b, c
- Schalter
- 34a, b, c
- erste Leitung
- 36a, b c
- zweite Leitung
- 38a, b, c
- dritte Leitung
- 40
- Schaltelement
- 42
- Schnittstelle
- 44
- Anschluss Slave-Gerät
- 46
- Versorgung des Slave-Geräts mit Spannung auf erstem Spannungsniveau und Kommunikationsaufbau
- 50
- Prüfung
- 52
- Zweig
- 54
- Versorgung auf erstem Spannungsniveau
- 56
- Zweig
- 58
- Abfrage
- 60
- Ruhemodus
- 62
- Prüfung, ob erforderliches Spannungsniveau erreicht
- 64
- Zweig
- 66
- Zweig
- 68
- Aufbau Kommunikation
- 70
- Kommunikation
