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Die Erfindung betrifft einen Kommunikationsteilnehmer für ein Automatisierungssystem. Ferner betrifft die Erfindung ein Kommunikationssystem.
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Die
US 2010/0268850 A1 offenbart eine modulare Eingabe-/Ausgabevorrichtung mit einer Stromversorgungseinheit, einer zentralen Verarbeitungseinheit und mindestens einem Paar Eingabe-/Ausgabemoduleinheiten, wobei jede Ein-/Ausgabeeinheit eine Basis und ein Ein-/Ausgabemodul umfasst, wobei die Basis eine Rückwandplatine mit einer Eingabe-/Ausgabe-Modulschnittstelle sowie ein Steckerpaar umfasst, das mit der Leiterplatte verbunden ist und das mit anderen Einheiten verbunden werden kann. Die Basis verfügt ferner über eine Feldanschlussklemme zum Anschluss an externe Sensoren und Steuerungen. Das Eingabe-/Ausgabemodul enthält eine Schaltung zur Schnittstelle mit externen Sensoren und Steuerungen und der CPU-Einheit. Die modulare Eingabe-/Ausgabevorrichtung ermöglicht das Installieren und Entfernen von Eingabe-/Ausgabemodulen ohne die anderen Eingabe-/Ausgabemodule zu beeinflussen.
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Aus der
US 5472347 A ist ein System zum Verbinden von Busstrukturen separat ausgebildeter E/A-Blockeinheiten bekannt, bei dem eine gemeinsame System-Backplane für Datenkommunikationszwecke gebildet werden soll. Das System enthält Anordnung von Steckerstiften und darauf abgestimmten Stiftaufnahmen, die elektrisch mit Busstrukturen auf Leiterplatten verbunden sind, die auf Basiseinheiten installiert sind, auf denen verschiedene Arten von E / A-Modulen abnehmbar montiert werden können. Die Steckerstifte und die Stiftaufnahmen für jede Basiseinheit sind an gegenüberliegenden Seiten der Basiseinheiten montiert. Die Steckerstifte und die Stiftaufnahmen sind zur bequemen Verbindung zwischen den Basen benachbarter Einheiten aufgebaut und angeordnet, wodurch eine gemeinsame Systemrückwand gebildet werden kann.
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Die
US 2015/0092355 A1 offenbart ein modulares Hochverfügbarkeitsnetzwerk für ein industrielles Steuersystem, bei dem eine Vielzahl von Basismodulen mit einer Rückwandplatine verbunden sind, um eine Netzwerkringtopologie zu bilden, wobei die Basismodule als I/O-Basismodule zur Kommunikation mit industriellen Prozessen oder Maschinen, als Adapter-Basismodul zur Kommunikation mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) und/oder als Buserweiterungs-Basismodul zum Bereitstellen zusätzlicher I/O-Basismodule ausgebildet sein können und nebeneinander angeordnet werden und wobei die von den Basismodulen verwendete Netzwerk-Ringtopologie von einem Ring-Supervisor am Ring-Supervisor-Standort geöffnet wird und bei einem Ausfall des Netzwerks eine erneute Verbindung des Rings durch den Ring-Supervisor erfolgt, um einen alternativen Übertragungspfad um den Ausfallpunkt bereitzustellen.
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Aus der
EP 2 642 603 A1 ist ein elektrisches Buskommunikationssystem bekannt, das ein Hauptkommunikationsmodul umfasst, das mit mehreren modularen E/A-Einheiten, die zumindest teilweise aneinandergereiht angeordnet sind, über eine unmittelbare Steckverbindung oder über eine Kabelverbindung elektrisch verbunden ist, wobei jede der modularen E/A-Einheiten eine elektronische Schaltung umfasst, die eine elektrische Kommunikation mit dem Hauptkommunikationsmodul ermöglicht, wobei das Hauptkommunikationsmodul für eine automatische Adressierung jeder modularen E/A-Einheit mit einer Subnetzadresse unabhängig von dessen Anbringung unmittelbar am Hauptkommunikationsmodul oder entfernt vom Hauptkommunikationsmodul ausgebildet ist und wobei benachbart angeordnete E/A-Einheiten durch passive Zwischenstecker miteinander verbunden sind und beabstandet voneinander angeordnete E/A-Einheiten unter Zwischenschaltung von Kabelanschlussmodulen mit Kabeln miteinander verbunden sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kommunikationsteilnehmer sowie ein Kommunikationssystem bereitzustellen, die eine verbesserte Übertragung von Kommunikationssignalen bei vereinfachter Aufbauweise gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird für einen Kommunikationsteilnehmer der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass der Kommunikationsteilnehmer einen Kommunikationsbaustein mit wenigstens zwei gleichartig ausgebildeten Kommunikationsschnittstellen umfasst, wobei jede der Kommunikationsschnittstellen eine Empfangseinrichtung für einen Empfang von eintreffenden Kommunikationssignalen und eine Sendeeinrichtung für eine Aussendung von Kommunikationssignalen umfasst, wobei jede der wenigstens zwei Kommunikationsschnittstellen für eine Kommunikation mit einem unmittelbar benachbart angeordneten, steckverbundenen Kommunikationsteilnehmer und für eine Kommunikation mit einem entfernt angeordneten, kabelverbundenen Kommunikationsteilnehmer ausgebildet ist.
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Bei dem Kommunikationsteilnehmer, der insbesondere in Automatisierungssystemen wie Bearbeitungszellen oder Montagezellen zum Einsatz kommen, handelt es insbesondere um ein Modul aus der Gruppe Eingangsmodul, Ausgangsmodul oder Eingangs-/Ausgangsmodul. Bei einer Ausgestaltung des Kommunikationsteilnehmers als Eingangsmodul dient dieser zur Erfassung von Signalen einer externen Signalquelle, beispielsweise eines Sensorsystems, mit dem ein zum Betrieb des Automatisierungssystems erforderlicher Messwert erfasst werden kann. Bei einer Ausgestaltung des Kommunikationsteilnehmers als Ausgangsmodul kann der Kommunikationsteilnehmer beispielsweise zur elektrischen Ansteuerung eines elektrischen Antriebs, insbesondere eines Motors oder eines Magnetschalters oder eines Magnetantriebs, eingesetzt werden. In der Praxis werden derartige Ausgangsmodule insbesondere zur elektrischen Ansteuerung von elektromechanischen Fluidventilen, insbesondere Pneumatikventilen, eingesetzt. Bei einer Ausgestaltung des Kommunikationsteilnehmers als Eingangs-/Ausgangsmodul kann der Kommunikationsteilnehmer sowohl Sensorsignale empfangen und verarbeiten als auch verarbeitete Sensorsignale oder andere Steuerbefehle an geeignete Aktoren ausgeben.
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Um die gewünschte Beeinflussung von einer Vielzahl von Komponenten innerhalb eines Automatisierungssystems zu ermöglichen, umfasst der Kommunikationsteilnehmer zwei Kommunikationsschnittstellen, die jeweils für eine bidirektionale Kommunikation, also sowohl einen Sendebetrieb als auch einen Empfangsbetrieb, mit weiteren Kommunikationsteilnehmern ausgebildet sind. Hierbei ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei Kommunikationsschnittstellen gleichartig ausgebildet sind, insbesondere einen identischen technischen Aufbau aufweisen, wobei jede der Kommunikationsschnittstellen eine Empfangseinrichtung und eine Sendeeinrichtung umfasst. Hierbei dient die Empfangseinrichtung zum Empfang von Kommunikationssignalen, die von einem elektrisch mit der jeweiligen Kommunikationsschnittstelle verbundenen, weiteren Kommunikationsteilnehmer ausgesendet werden. Demgegenüber dient die Sendeeinrichtung zur Aussendung von Kommunikationssignalen an wenigstens einen benachbart zum Kommunikationsteilnehmer angeordneten Kommunikationsteilnehmer. Dabei ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung derart ausgebildet sind, dass sie ohne technische Änderungen, insbesondere ohne eine Veränderung ihrer Anordnung von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen, wahlweise mit einem unmittelbar benachbart angeordneten, steckverbundenen Kommunikationsteilnehmer oder mit einem entfernt angeordneten und kabelverbundenen Kommunikationsteilnehmer kommunizieren können. Somit sind die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung insbesondere dazu eingerichtet, eine Kommunikationsverbindung mit einem Kommunikationsteilnehmer selbsttätig zu analysieren und die notwendigen Maßnahmen zu treffen, dass in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Art der Kommunikationsverbindung (steckverbunden oder kabelgebunden) jeweils vorteilhafte Einstellungen für ausgehende und eintreffende Kommunikationssignale vorgenommen werden.
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Bei einer Kommunikation mit dem steckverbundenen Kommunikationsteilnehmer wird davon ausgegangen, dass eine elektrische Leitungslänge zwischen einer ersten Kommunikationsschnittstelle eines ersten Kommunikationsteilnehmers und einer zweiten Kommunikationsschnittstelle eines zweiten Kommunikationsteilnehmers wenige Zentimeter beträgt, insbesondere im Bereich zwischen 10 und 30 Millimeter liegt. Dabei ist zu unterstellen, dass bei einer Steckverbindung zwischen zwei Kommunikationsteilnehmern die elektrische Leitungslänge zwischen den Kommunikationsschnittstellen lediglich durch die physikalische Ausdehnung der beiden ineinandergreifenden Steckverbinder bestimmt wird.
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Hingegen ist davon auszugehen, dass bei einer entfernten Anordnung eines zweiten Kommunikationsteilnehmers gegenüber einem ersten Kommunikationsteilnehmer eine elektrische Leitungslänge zwischen der ersten Kommunikationsschnittstelle und der zweiten Kommunikationsschnittstelle mehrere Zentimeter beträgt und bis mehreren Metern betragen kann.
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Vorteilhaft bei dem für den Kommunikationsteilnehmer vorgesehenen Kommunikationsbaustein ist es, dass derart unterschiedliche elektrische Leitungslängen von den Kommunikationsschnittstellen bedient werden können, ohne das hierzu technische Veränderungen an den Kommunikationsschnittstellen erforderlich sind. An den Kommunikationsteilnehmer können somit ohne Zwischenschaltung zusätzlicher Komponenten wenigstens ein weiterer Kommunikationsteilnehmer angeschlossen werden, wobei es keine Rolle spielt, ob der weitere Kommunikationsteilnehmer steckverbunden oder kabelverbunden mit dem Kommunikationsteilnehmer ist. Dementsprechend kann ein aus derartigen Kommunikationsteilnehmern aufgebautes Kommunikationssystem ohne aufwendige Anpassungsmaßnahmen an den Kommunikationsteilnehmern sowohl mit hoher Packungsdichte angeordnete, unmittelbar aneinandergereihte (steckverbundene) Kommunikationsteilnehmer als auch entfernt und verstreut voneinander angeordnete (kabelverbundene) Kommunikationsteilnehmer oder Gruppen von Kommunikationsteilnehmern umfassen.
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Zweckmäßig ist es, wenn der Kommunikationsschnittstelle ein elektromechanischer Steckverbinder zugeordnet ist, der für eine Steckverbindung mit einem korrespondierend ausgebildeten Steckverbinder eines unmittelbar benachbart anbringbaren Kommunikationsteilnehmers ausgebildet ist. Vorzugsweise umfasst der elektromechanische Steckverbinder mehrere diskret, insbesondere zumindest bereichsweise als starre Kontaktstifte oder als elastische Kontaktzungen, ausgebildete elektrische Leitungen, über die Versorgungsspannungen und Kommunikationssignale von der Kommunikationsschnittstelle beziehungsweise an die Kommunikationsschnittstelle übertragen werden können. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der elektromechanische Steckverbinder seitlich an einem Gehäuse des Kommunikationsteilnehmers angeordnet ist und einen Steckvorsprung bzw. eine Buchsenvertiefung aufweist, der oder die zur Aufnahme in einer Buchsenvertiefung bzw. an einem Steckvorsprung eines benachbart angeordneten Kommunikationsteilnehmers ausgebildet ist. Hierbei muss die Kommunikationsschnittstelle dazu eingerichtet sein, eine Sendeleistung für die Sendeeinrichtung und Empfangseigenschaften für die Empfangseinrichtung auf die kurze Leitungslänge anzupassen, insbesondere um die Aussendung von Signalen mit zu hohem Signalpegel zu vermeiden.
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Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Kommunikationsschnittstelle ein elektromechanischer Steckverbinder zugeordnet ist, der für eine Steckverbindung mit einem Verbindungskabel ausgebildet ist, um eine Kommunikation mit einem entfernt anbringbaren Kommunikationsteilnehmer zu ermöglichen. In diesem Fall wird eine Kommunikation ausgehend von der Kommunikationsschnittstelle über den Steckverbinder und ein, insbesondere mehradrig ausgebildetes, mit dem Steckverbinder elektromechanisch verbundenes Verbindungskabel bis zu einem Steckverbinder eines entfernt anbringbaren Kommunikationsteilnehmers ermöglicht. Hierbei kann das Verbindungskabel eine Kabellänge aufweisen, die gleich oder größer einem Abstand zwischen den beiden Kommunikationsteilnehmern sein kann. In diesem Fall liegt die Schwierigkeit für die Kommunikationsschnittstelle in der Überwindung einer langen Kommunikationsstrecke. Die kabelgebundene Signalübertragung zwischen den Kommunikationsschnittstellen wird zudem dadurch erschwert, dass ausgehend von der Kommunikationsschnittstelle zunächst eine Steckverbindung mit dem Verbindungskabel geschaffen wird, das seinerseits an einem entgegengesetzten Endbereich in den Steckverbinder der Kommunikationsschnittstelle des entfernt angeordneten Kommunikationsteilnehmers eingesteckt wird, um von dort aus die Kommunikation mit der zugeordneten Kommunikationsschnittstelle zu bewirken.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Empfangseinrichtung mit einer Pegelerfassungseinrichtung ausgerüstet ist, die zur Ermittlung eines Singalpegels eines eintreffenden Kommunikationssignals und zur Ausgabe eines Pegelwerts ausgebildet ist, sowie mit einer der Empfangseinrichtung zugeordneten Einstelleinrichtung, die zur Anpassung einer Empfangsempfindlichkeit der Empfangseinrichtung in Abhängigkeit von dem Pegelwert ausgebildet ist. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Pegelerfassungseinrichtung ausschließlich einen Pegelwert für das eintreffende Kommunikationssignal ermittelt und an die Empfangseinrichtung ausgibt. In diesem Fall ist die Empfangseinrichtung für einen Vergleich des aktuell von der Pegelerfassungseinrichtung ermittelten Pegelwerts mit einem vorgebbaren Pegelintervall ausgebildet. Ferner ist die Empfangseinrichtung dazu eingerichtet, die Empfangsempfindlichkeit der Empfangseinrichtung zu erhöhen, sofern ein zu niedriger Pegelwert von der Pegelerfassungseinrichtung ermittelt wurde, beziehungsweise die Empfangsempfindlichkeit der Empfangseinrichtung zu reduzieren, sofern ein zu hoher Pegelwert durch die Pegelerfassungseinrichtung ermittelt wurde.
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Ergänzend oder alternativ kann die Pegelerfassungseinrichtung oder Empfangseinrichtung dazu vorgesehen sein, den ermittelten Pegelwert in einem auszusendenden Kommunikationssignal an denjenigen Kommunikationsteilnehmer auszusenden, von dem das ursprüngliche, mit Hilfe der Pegelerfassungseinrichtung erfasste Kommunikationssignal ausgesendet wurde, um auf diesem Weg gegebenenfalls eine Anpassung des Signalpegels der Sendeeinrichtung der Kommunikationsschnittstelle des anderen Kommunikationsteilnehmers zu bewirken.
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Rein exemplarisch kann ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass die Pegelerfassungseinrichtung und/oder die Empfangseinrichtung ein von der Kommunikationsschnittstelle auszusendendes Kommunikationssignal derart beeinflussen können, dass an eine benachbart angeordnete Kommunikationsschnittstelle die Information ausgegeben wird, dass innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne kein Kommunikationssignal empfangen wurde, um hierüber entweder zumindest ein Testsignal der anderen Kommunikationsschnittstelle zu erhalten oder gegebenenfalls eine Fehlermeldung ausgeben zu können, die auf eine Kommunikationsstörung mit dem benachbart angeordneten Kommunikationsteilnehmer gerichtet ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung eine Anpassungseinrichtung zur Einstellung eines Signalpegels eines auszusendenden Kommunikationssignals umfasst, die in Abhängigkeit von einem Pegelwert einer Pegelerfassungseinrichtung und/oder in Abhängigkeit von einem mit dem Kommunikationssignal übertragenen Pegelwert eingestellt wird. Die Aufgabe dieser Anpassungseinrichtung liegt darin, einen Signalpegel der Sendeeinrichtung in geeigneter Weise auf die Kommunikationsverhältnisse zwischen benachbart angeordneten Kommunikationsschnittstellen anzupassen. Hierdurch wird einerseits eine zuverlässige und störungsfreie Kommunikation gewährleistet, andererseits führt der Signalpegel des auszusendenden Kommunikationssignals bei der anzusprechenden Kommunikationsschnittstelle nicht zu unerwünschten Störungen, insbesondere zu einer unerwünschten Übersteuerung der Empfangseinrichtung. Zudem wird bei möglichst geringen Signalpegeln eine Störausstrahlung durch das auszusendende Kommunikationssignal möglichst gering gehalten, was insbesondere bei einer Übertragung des Kommunikationssignals über eine Kabelverbindung von großem Interesse ist, da dieses ggf. wie eine Sendeantenne wirken kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Anpassungseinrichtung den Signalpegel des auszusendenden Kommunikationssignals anhand eines zeitlich vorhergehend an der Kommunikationsschnittstelle eingetroffenen und von der nunmehr anzusprechenden Kommunikationsschnittstelle ausgesendeten Kommunikationssignals ermittelt, wodurch zumindest ein gewisser Rückschluss auf die Qualität der Kommunikationsverbindung zwischen den beiden Kommunikationsschnittstellen ermöglicht wird. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Anpassungseinrichtung den Signalpegel in Abhängigkeit von einer Rückmeldung der anzusprechenden Kommunikationsschnittstelle einstellt, wobei diese Rückmeldung über das Kommunikationssignal in Form eines Pegelwerts übertragen wird, allerdings setzt diese Vorgehensweise eine vorausgegangene bidirektionale Kommunikation zwischen den beiden Kommunikationsschnittstellen voraus. Ergänzend oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Kommunikationsschnittstelle mit einer elektronischen Schaltung zur Ermittlung einer Kabellänge, also der Länge eines elektrischen Leitungspfads zur benachbart angeordneten Kommunikationsschnittstelle, ausgerüstet ist und die Anpassungseinrichtung den Signalpegel für die Sendeeinrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Kabellänge einstellt. Hier kann zusätzlich vorgesehen sein, einen Abgleich zwischen einem erwarteten Signalpegel für das Kommunikationssignal in Abhängigkeit von der ermittelten Kabellänge und einem tatsächlich erforderlichen Signalpegel für das Kommunikationssignal vorzunehmen und gegebenenfalls eine Fehlermeldung auszugeben, sofern hier Abweichung auftritt, die einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Eine Abweichung oberhalb des Schwellwert kann beispielsweise ein Hinweis auf eine fehlerhafte Steckverbindung für das Kabel oder auf eine Beschädigung des Kabels oder auf eine Verwendung eines ungeeigneten Kabels sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kommunikationsbaustein einen mit den Kommunikationsschnittstellen verbundenen Kommunikationsprozessor umfasst, der für eine Weiterleitung von, insbesondere unverarbeiteten, Kommunikationssignalen zwischen den wenigstens zwei Kommunikationsschnittstellen sowie für eine Ermittlung von, insbesondere an den Kommunikationsbaustein gerichteten, Steuerungsanweisungen aus den Kommunikationssignalen ausgebildet ist. Beispielhaft ist der Kommunikationsprozessor zu Koordination von eintreffenden und auszusendenden Kommunikationssignalen an den jeweiligen Kommunikationsschnittstellen vorgesehen. Ergänzend oder alternativ kann der Kommunikationsprozessor dazu eingesetzt werden, an einer ersten Kommunikationsschnittstelle eintreffende Kommunikationssignale derart an eine zweite Kommunikationsschnittstelle des Kommunikationsbausteins weiterzuleiten, dass zwischen dem Eintreffen des Kommunikationssignals an der ersten Kommunikationsschnittstelle und der Aussendung des Kommunikationssignals durch die zweite Kommunikationsschnittstelle eine vorgebbare Zeitspanne verstreicht, um beispielsweise die Einhaltung eines vorgegebenen Systemtakts zu gewährleisten. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Kommunikationsprozessor keine Verarbeitung der Kommunikationssignale vornimmt, die an einer der Kommunikationsschnittstellen eintreffen und an der wenigstens einen anderen Kommunikationsschnittstelle wieder ausgesendet werden sollen, um hierdurch keine unerwünschte Verzögerung und/oder Verfälschung für die zu übermittelnden Kommunikationssignale herbeizuführen. Daneben kann der Kommunikationsprozessor dazu ausgebildet sein, eintreffende Kommunikationssignale daraufhin zu untersuchen, ob in den Kommunikationssignalen Steuerungsanweisungen für den eigenen Kommunikationsbaustein und daran angeschlossene weitere Komponenten enthalten sind und diese Steuerungsanweisungen aus dem Kommunikationssignal zu extrahieren.
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Vorteilhaft ist es, wenn dem Kommunikationsprozessor eine Recheneinheit zugeordnet ist, die zur Auswertung und Verarbeitung der an den Kommunikationsbaustein gerichteten Steuerungsanweisungen und für eine Veränderung von auszusendenden Kommunikationssignalen ausgebildet ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Recheneinheit funktional getrennt vom Kommunikationsprozessor ausgebildet ist, also beispielsweise als diskretes Bauelement dem Kommunikationsprozessor zugeordnet ist oder bei einer Verwirklichung des Kommunikationsprozessors und der Recheneinheit auf einem gemeinsamen integrierten Baustein zumindest eine weitgehende Entkopplung von Kommunikationsprozessor und Recheneinheit gewährleistet ist. Hierdurch soll eine unerwünschte Wechselwirkung zwischen den Verarbeitungsvorgängen in der Recheneinheit und der Handhabung von Kommunikationssignalen im Kommunikationsprozessor verhindert werden. Dementsprechend kann der Kommunikationsprozessor auf die Weiterleitung von Kommunikationssignalen und die Extraktion von Steuerungsanweisungen optimiert werden, während die Recheneinheit die üblicherweise komplexere Verarbeitung der Steuerungsanweisungen vornimmt und für diesen Zweck optimiert werden kann. Zudem kommt der Recheneinheit die Aufgabe zu, Kommunikationssignale zu erzeugen, die anschließend an den Kommunikationsprozessor zur Weiterleitung an wenigstens eine der Kommunikationsschnittstellen vorgesehen sind.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Kommunikationsprozessor oder die Recheneinheit mit einem Anschlussmodul zur Ausgabe von Ausgangssignalen und/oder zum Empfang von Eingangssignalen verbunden ist. Beispielhaft handelt es sich bei den Ausgangssignalen und/oder bei den Eingangssignalen um Digitalsignale. Derartige Digitalsignale können beispielsweise vom Anschlussmodul als Ausgangssignale an einen digitalen Motorcontroller ausgegeben werden oder von einem an das Anschlussmodul angeschlossenen, digital kommunizierenden Sensor als Eingangssignale empfangen werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Anschlussmodul ein Analogmodul umfasst, das einen Analog-Digital-Wandler für eine Bereitstellung von analogen Ausgangssignalen in Abhängigkeit von verarbeiteten Steuerungsanweisungen sowie einen zugeordneten Analogausgang zur Ausgabe der Analogsignale und/oder einen Analogeingang für eine Erfassung von analogen Eingangssignalen und einen zugeordneten Analog-Digital-Wandler zur Digitalisierung der erfassten Eingangssignale umfasst. Die Aufgabe des Analogmoduls besteht somit im Wesentlichen in der Kopplung des Kommunikationsteilnehmers mit Komponenten, die bei Ansteuerung mit einem vom analogen Ausgangsignal eine tatsächliche physikalische Wirkung hervorrufen, wie dies beispielsweise bei Aktoren der Fall ist. Ergänzend oder alternativ kann das Analogmodul zur Verarbeitung von Eingangssignalen dienen, die in Abhängigkeit von tatsächlichen physikalischen Effekten beispielsweise von Analogsensoren bereitgestellt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Kommunikationssignal eine an den Kommunikationsbaustein gerichtete Steuerungsanweisung enthält, die an einer der Kommunikationsschnittstellen bereitgestellt wird und mit Hilfe des Kommunikationsprozessors aus dem Kommunikationssignal extrahiert wird. Anschließend wird die Steuerungsanweisung in der Recheneinheit in Steuersignale umgewandelt, die von der Recheneinheit an das Anschlussmodul, insbesondere an das Analogmodul, bereitgestellt werden, um dort beispielsweise die Freigabe eines Steuerstroms für einen am Anschlussmodul, insbesondere am Analogmodul, des Kommunikationsteilnehmers angeschlossenen Aktor ermöglichen, wobei es sich bei dem Aktor beispielhaft um einen Magnetantrieb eines Magnetventils handeln kann.
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Alternativ wird die Steuerungsanweisung unmittelbar vom Kommunikationsprozessor an das Anschlussmodul, insbesondere an das Analogmodul, bereitgestellt, hierzu kann eine direkte elektrische Verbindung (Bypassleitung) zwischen dem Kommunikationsprozessor und dem Anschlussmodul, insbesondere dem Analogmodul, vorgesehen sein.
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Ergänzend oder alternativ ist das Analogmodul dazu vorgesehen, einen oder mehrere Analogeingänge abzutasten und eventuell auftretende analoge Eingangssignale zu erfassen, um diese in einem anschließenden Schritt unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers zu digitalisieren und gegebenenfalls in ein Kommunikationssignal einzubetten, das über den Kommunikationsprozessor und wenigstens eine der Kommunikationsschnittstellen an wenigstens einen anderen Kommunikationsteilnehmer weitergeleitet wird.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Recheneinheit eine Rechenschnittstelle umfasst, die für eine bidirektionale digitale Datenkommunikation mit einer externen Recheneinheit ausgebildet ist und dass die Recheneinheit für eine Ausgabe von Rechenwerten und oder Rechenoperationen an die Rechenschnittstelle sowie für einen Empfang von Rechenergebnissen an der Rechenschnittstelle ausgebildet ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Recheneinheit in erster Linie auf eine Verarbeitung von einfachen Steuerungsanweisungen, wie sie beispielsweise zur Ansteuerung von Magnetventilen benötigt werden, ausgerichtet ist. Komplexere Steuerungsanweisungen wie beispielsweise die Erzeugung von Ansteuersignalen für komplexe Antriebe wie bürstenlose Asynchronmaschinen werden von der Recheneinheit des Kommunikationsbausteins an eine externe Recheneinheit ausgelagert, die jedoch nur für den Fall vorgesehen wird, dass auch tatsächlich derart komplexe Rechenoperationen durchgeführt werden müssen. Die externe Recheneinheit kann insbesondere als diskreter integrierter Schaltkreis ausgebildet sein und über die Rechenschnittstelle mit der Recheneinheit des Kommunikationsbausteins verbunden sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit des Kommunikationsbausteins die zu verarbeitenden Rechenwerte und/oder die durchzuführenden Rechenoperationen an die Rechenschnittstelle und damit an die externe Recheneinheit bereitstellt und ferner die Rechenergebnisse an der Rechenschnittstelle abgreift, um diese für die weitere interne Verarbeitung nutzen zu können.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Kommunikationsbaustein wenigstens drei gleichartig ausgebildete Kommunikationsschnittstellen umfasst und/oder dass der Kommunikationsbaustein als integrierter Schaltkreis ausgebildet ist. Bei einer Verwendung von drei gleichartig ausgebildeten Kommunikationsschnittstellen, die jede für sich gesehen in diskreter Weise mit dem Kommunikationsprozessor verbunden ist, lassen sich wahlweise unter Verwendung von zwei Kommunikationsschnittstellen linienförmige Anordnungen von Kommunikationsteilnehmern oder unter Verwendung von aller drei Kommunikationsschnittstellen auch baumförmige Anordnungen von Kommunikationsteilnehmern aufbauen, da die drei Kommunikationsschnittstellen eine Verzweigung eines einzelnen Kommunikationspfands in zwei Kommunikationspfade ermöglicht. Die Ausgestaltung des Kommunikationsbausteins als integrierter Schaltkreis, auf dem vorzugsweise neben den Kommunikationsschnittstellen, dem Kommunikationsprozessor und der Recheneinheit auch das Analogmodul mit den zugehörigen Wandlern ausgebildet ist, ermöglicht eine sehr direkte und unmittelbare und somit auch eine zumindest nahezu frei von Zeitverlusten durchzuführende Signalverarbeitung sowohl für Kommunikationssignale als auch für Signale des Analogmoduls. Eine derartige Ausgestaltung des Kommunikationsbausteins ist insbesondere für Kommunikationsanwendungen von Interesse, bei denen bestimmte Ereignisse zuverlässig innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne, insbesondere in einem festen Zeitraster, übertragen werden müssen und die auch als Echtzeitanwendungen bezeichnet werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Kommunikationssystem der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass das Kommunikationssystem mehrere Kommunikationsteilnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst, wobei wenigstens zwei Kommunikationsteilnehmer unmittelbar benachbart angeordnet und steckverbunden sind und/oder wobei wenigstens zwei Kommunikationsteilnehmer beabstandet voneinander angeordnet und kabelverbunden sind. Dabei können sich die steckverbundenen Kommunikationsteilnehmer möglicherweise durch ihre äußere Form von den kabelverbundenen Kommunikationsteilnehmern unterscheiden, da die elektromechanischen Steckverbinder anders gestaltet sein können, um entweder ein direktes Aneinanderreihen der Kommunikationsteilnehmer oder eine beabstandete Verbindung über Kabel zu ermöglichen. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass alle Kommunikationsteilnehmer ungeachtet der vorgesehenen Kommunikationsverbindungen gleichartig ausgebildet sind. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die elektromechanischen Steckverbinder, die die unmittelbare Aneinanderreihung benachbarter Kommunikationsteilnehmer ermöglichen, auch als Steckverbinder für Verbindungskabel einsetzbar sind, sodass sämtliche Kommunikationsteilnehmer die gleiche elektromechanische Konfiguration aufweisen. In jedem Fall ist vorgesehen, dass die Kommunikationsbausteine in sämtlichen Kommunikationsteilnehmern identisch ausgeführt sind, sodass für alle Kommunikationsteilnehmer abseits eventueller elektromechanischer Unterschiede die gleiche Hardware und die gleiche Software benutzt werden kann. Dies ist insbesondere für eine eventuelle sicherheitsgerichtete Betriebsweise des Kommunikationssystem von Bedeutung, da in diesem Fall lediglich eine einzige Hardwarekonfiguration sowie eine zugehörige Software auf die Einhaltung der Vorgaben der jeweiligen Sicherheitsnorm überprüft werden müssen.
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Bei einer Ausgestaltung des Kommunikationssystems ist vorgesehen, dass wenigstens drei Kommunikationsteilnehmer mit einem Verbindungsteil gekoppelt sind, das ein für eine Kommunikationsverbindung zwischen einer Sendeeinrichtung eines ersten Kommunikationsteilnehmers und einer Empfangseinrichtung eines zweiten Kommunikationsteilnehmers sowie zwischen einer Sendeeinrichtung des zweiten Kommunikationsteilnehmers und einer Empfangseinrichtung eines dritten Kommunikationsteilnehmers und zwischen einer Sendeeinrichtung des dritten Kommunikationsteilnehmers und einer Empfangseinrichtung des ersten Kommunikationsteilnehmers ausgebildet ist. Bei dem Verbindungsteil handelt es sich vorzugsweise um eine rein passive Komponente, die lediglich eine vorgebbare Verdrahtung der Kommunikationsschnittstellen der einzelnen Kommunikationsteilnehmer ermöglicht. Bei einer unmittelbaren Kopplung von drei Kommunikationsteilnehmern ist vorgesehen, dass jeder der Kommunikationsteilnehmer jeweils in bidirektionaler Kommunikation mit wenigstens einem daran angeschlossenen Kommunikationsteilnehmer steht. Befindet sich also ein zweiter Kommunikationsteilnehmer zwischen einem ersten und einem dritten Kommunikationsteilnehmer, so findet eine Kommunikation des ersten mit dem dritten Kommunikationsteilnehmer stets über den zweiten (zwischengeschalteten) Kommunikationsteilnehmer statt. Wird hingegen ein Verbindungsteil zur Verbindung der drei Kommunikationsteilnehmer eingesetzt, so verbindet dieses die Sendeeinrichtung des ersten Kommunikationsteilnehmers mit der Empfangseinrichtung des zweiten Kommunikationsteilnehmers sowie zwischen die Sendeeinrichtung des zweiten Kommunikationsteilnehmers mit der Empfangseinrichtung des dritten Kommunikationsteilnehmers und die Sendeeinrichtung des dritten Kommunikationsteilnehmers mit der Empfangseinrichtung des ersten Kommunikationsteilnehmers. In gleicher Weise kann das Verbindungsteil auch für eine Kopplung von mehr als drei Kommunikationsteilnehmern ausgebildet sein.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Kommunikationssystems ist vorgesehen, dass zumindest ein Kommunikationsteilnehmer wenigstens drei gleichartig ausgebildete Kommunikationsschnittstellen umfasst und das dieser Kommunikationsteilnehmer mit drei weiteren Kommunikationsteilnehmern verbunden ist, um eine Kommunikationsverzweigung zu bilden. Hierdurch ist es möglich, eine Vielzahl von Kommunikationsteilnehmern in einer Baumstruktur anzuordnenden, die wenigstens eine Verzweigung aufweist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass sämtliche an die Kommunikationsverzweigung angeschlossenen und aus einem oder mehreren aneinandergereihten oder durch Kabel miteinander verbundenen Kommunikationszweigen jeweils gleichberechtigt sind.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass an der Kommunikationsverzweigung angeschlossene Kommunikationsteilnehmer, die jeweils einem benachbart angeordneten Kommunikationsteilnehmer und maximal mit zwei Kommunikationsteilnehmern verbunden sind, eine physikalisch linienförmige und datentechnisch ringförmige Kommunikationsverbindung ausbilden. Wenn beispielhaft davon ausgegangen wird, dass für eine Übertragung von Kommunikationssignalen zwischen zwei miteinander gekoppelten Kommunikationsteilnehmern genau eine Kommunikationsleitung vorgesehen ist, so stellt dies aus physikalischer Sicht eine linienförmige Verbindung dar. Da ferner vorgesehen sein kann, dass auf dieser einen Kommunikationsleitung eine taktgesteuerte bidirektionale Kommunikation zwischen den beiden Kommunikationsteilnehmern stattfindet, handelt es sich aus datentechnischer Sicht um eine Ringleitung.
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In weiterer Ausgestaltung des Kommunikationssystems ist vorgesehen, dass jede der Kommunikationsschnittstellen eines Kommunikationsteilnehmers für eine ausschließliche Kommunikation mit einer unmittelbar (steck- oder kabel-) verbundenen Kommunikationsschnittstelle eines weiteren Kommunikationsteilnehmers ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass das Kommunikationssystem nicht als Bussystem organisiert ist, bei dem sämtliche Informationsströme von einem einzigen Busmaster administriert werden und über eine durchgehende, ununterbrochene Busleitung an die daran angeschlossenen Slaves übertragen werden. Vielmehr ist bei dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem eine Aneinanderreihung von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen benachbart angeordneten Kommunikationsbausteinen vorgesehen. Dieses Konzept wird auch bei einer Verzweigung beibehalten, da sämtliche Kommunikationssignale, die an demjenigen Kommunikationsteilnehmer eintreffen, der die Kommunikationsverzweigung bildet, stets über den im Kommunikationsbaustein vorgesehenen Kommunikationsprozessor geleitet und von diesem in geeigneter Weise an die angeschlossenen Kommunikationsschnittstellen weitergegeben werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass wenigstens einer der Kommunikationsteilnehmer über die Kommunikationsschnittstelle mit einem Busknoten verbunden ist, der für eine bidirektionale Kommunikationsverbindung mit einem übergeordneten Bussystem ausgebildet ist. Beispielhaft dient der Busknoten für eine Ankopplung des Kommunikationssystems, das auch als Feldebene bezeichnet werden kann, an ein übergeordnetes Bussystem, das auch als Leitebene bezeichnet werden kann. Bei diesem Bussystem kann es sich beispielsweise um einen Feldbus aus der Gruppe Profibus, Profinet, Devicenet, Ethernet/IP, Interbus, EtherCAT, Modbus, Sercos oder andere Feldbussysteme handeln. Hierdurch kann das Kommunikationssystem, das zum lokalen Betrieb einer komplexen Maschine oder Anlage eingesetzt werden kann, in Verbindung mit einer Leitebene gebracht werden, die beispielsweise für eine gesamte Fabriksteuerung eingesetzt wird.
- 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Kommunikationssystems mit unmittelbar benachbart angeordneten, steckverbundenen Kommunikationsteilnehmern und entfernt angeordneten, kabelverbundenen Kommunikationsteilnehmern,
- 2 eine stark schematisierte Darstellung von Kommunikationsgruppen innerhalb des Kommunikationssystems gemäß der 1,
- 3 eine stark schematisierte Darstellung eines Kommunikationsbausteins zur Verwendung in einem der Kommunikationsteilnehmer gemäß der 1, und
- 4 eine rein schematische Darstellung eines Verbindungsteils.
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Ein in der 1 rein schematisch dargestelltes Kommunikationssystem 1 umfasst eine Vielzahl von unterschiedlich ausgebildeten Kommunikationsteilnehmen 2, 3, 4 und 5, die in nachstehend näher beschriebener Weise elektrisch mit jeweils wenigstens einem weiteren Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 verbunden sind. Die Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 sind rein exemplarisch zur Ansteuerung eines Aktors, insbesondere eines Ventils 6 und/oder zur Abtastung eines Sensors 7 ausgebildet. Somit bildet das Kommunikationssystem 1 zusammen mit den daran angebrachten Ventilen 6 und den Sensoren 7 ein Automatisierungssystem, mit dem unter Einbeziehung weiterer, nicht näher dargestellter Komponenten wie beispielsweise Drehantrieben, Linearantrieben, Greifmitteln, etc. eine ebenfalls nicht näher dargestellte komplexe Maschine, insbesondere Bearbeitungsmaschine oder Montageeinrichtung, gebildet werden kann.
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Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass das Kommunikationssystem 1 über einen Buskoppler 8 an einer Busleitung 9 eines nicht näher dargestellten Bussystems angeschlossen ist. Hierbei kann vorgesehen sein, von einer nicht dargestellten, übergeordneten Steuerung, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), über die Busleitung 9 Steuerbefehle an das Kommunikationssystem 1 bereitzustellen, die innerhalb des Kommunikationssystems 1 an den mit dem jeweils anzusprechenden Ventil 6 oder Sensor 7 verbundenen Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 weitergeleitet werden. Beispielhaft ist davon auszugehen, dass über die Busleitung 9 ein Busprotokoll gemäß einem der kommerziell erhältlichen Feldbussysteme übertragen wird und dass im Buskoppler 8 eine Umsetzung dieses Busprotokolls in Kommunikationssignale für das Kommunikationssystem 1 stattfindet.
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Ferner kann exemplarisch davon ausgegangen werden, dass die mit der Busleitung 9 verbundenen, nicht näher dargestellten und zur Ansteuerung des Kommunikationssystems 1 vorgesehenen Busteilnehmer eine Leitebene bilden, während das Kommunikationssystem 1 mit den zugehörigen Kommunikationsteilnehmern 2 bis 5 und den Ventilen 6 sowie den Sensoren 7 sowie eventuellen weiteren, nicht dargestellten Komponenten, eine Feldebene bilden.
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Die in der 1 gezeigte Anordnung der Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 ist rein exemplarisch zu verstehen, hiermit soll lediglich symbolisiert werden, dass die Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 wahlweise unmittelbar aneinander gereiht werden können, wobei beispielhaft gemäß der 1 die Teilnehmergruppen 10, 11 und 12 gebildet werden. Die Anordnung zu Teilnehmergruppen 10 bis 12 ist hierbei rein auf die elektromechanische Kopplung der jeweiligen Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 beschränkt, hierdurch wird jedoch keine abschließende Aussage über die Kommunikationsverbindungen für die jeweils in den Teilnehmergruppen 10 bis 12 umfassten Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 getroffen, da zumindest einzelne Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 auch mit entfernt angeordneten Kommunikationsteilnehmern 2 bis 5 kabelverbunden sein können.
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Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass sämtliche der Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 jeweils ein quaderförmig ausgebildetes Gehäuse umfassen, wobei an einander entgegengesetzten Seitenflächen 16, 17 des Gehäuses 15 sowie an einer zwischen den Seitenflächen 16 und 17 ausgebildeten Stirnfläche 18 jeweils ein Steckverbinder 19, 20 und 21 vorgesehen ist. Dabei ist beispielhaft vorgesehen, dass der nur gestrichelt dargestellte Steckverbinder 19 als im Gehäuse 15 vertiefte Buchse ausgebildet ist, die zur Aufnahme des als vom Gehäuse 15 abragender Stecker ausgebildeten Steckverbinders 20 vorgesehen ist. Der Steckverbinder 21 ist beispielhaft zum Anschluss eines Verbindungskabels 22 ausgebildet und kann insbesondere in der Art des Steckverbinders 19 oder des Steckverbinders 20 ausgebildet werden.
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Ferner ist am Gehäuse 15 wenigstens eine Geräteschnittstelle 23 ausgebildet, an der je nach Ausgestaltung des jeweiligen Kommunikationsteilnehmers 2 bis 5 wenigstens ein Ventil 6 oder/oder wenigstens ein Sensor 7 mittels eines Anschlusskabels 24 angeschlossen werden kann. Je nach Ausgestaltung des Kommunikationsteilnehmers 2 bis 5 kann innerhalb des Gehäuses eine nicht näher dargestellte elektrische oder elektronische Schaltung angeordnet sein. Diese Schaltung kann beispielsweise als Endstufe zur Ansteuerung des Ventils 6 oder eines nicht dargestellten elektrischen Motors ausgebildet sein oder für den Fall einer Ausgestaltung der Geräteschnittstelle 23 zum Anschluss eines Sensors 7 für eine Verstärkung von Sensorsignalen des Sensors 7 ausgebildet werden. In jedem Fall umfasst jeder der Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 einen in der 3 näher dargestellten und nachstehend auch näher beschriebenen Kommunikationsbaustein 25 unabhängig davon, ob der jeweilige Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 eine oder mehrere Geräteschnittstellen 23 zum Anschluss von Ventilen 6 und/oder Sensoren 7 umfasst. Die Ausrüstung der Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 mit dem Kommunikationsbaustein 25 ist auch unabhängig davon, ob der jeweilige Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 zur unmittelbaren Anreihung an einen benachbarten Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 in einer der Teilnehmergruppen 10 bis 12 oder für eine kabelverbundene Kopplung mit einem oder mehreren abseits der Teilnehmergruppen 10 bis 12 angeordneten Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 vorgesehen ist.
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Da bei dem Kommunikationssystem 1 gemäß der 1 rein exemplarisch einige der Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 in den Teilnehmergruppen 10 bis 12 angeordnet sind, während weitere Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 abseits der Teilnehmergruppen 10 bis 12 angeordnet sind, ist eine Verbindung der Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 der Teilnehmergruppen 10 bis 12 mit den abseits angeordneten Kommunikationsteilnehmern 2 bis 5 über Verbindungkabel 22 vorgesehen. Beispielhaft sind diese Verbindungskabel 22 an den Kommunikationsteilnehmern 2 bis 5 der Teilnehmergruppen 10 bis 12 überwiegend an den Steckverbindern 21 angeschlossen, können jedoch bei geeigneter Ausgestaltung der nicht näher dargestellten Stecker des Verbindungskabels 22 auch an den Steckverbindern 19 oder 20 der jeweiligen Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 angeschlossen werden. Im Hinblick auf die Kommunikation zwischen den einzelnen Kommunikationsteilnehmern 2 bis 5 spielt dies wie nachstehend im Zusammenhang mit der 3 näher erläutert wird, keine Rolle.
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Die in der 1 dargestellte Anordnung des Buskopplers 8 am Kommunikationsteilnehmer 2 ist ebenfalls rein willkürlich, der Buskoppler 8 könnte auch mit jedem anderen beliebigen Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 entweder durch unmittelbares Anstecken oder gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines geeigneten Verbindungskabels angekoppelt werden. Die Aufgabe des Buskopplers 8 besteht im bidirektionalen Datenaustausch zwischen dem Kommunikationssystem 1 und dem über die Busleitung 9 angekoppelten, nicht näher dargestellten Feldbussystem. Hierfür muss der Buskoppler 8 üblicherweise individuell auf die Erfordernisse des jeweiligen an der Busleitung 9 angeschlossenen Feldbussystems angepasst werden, während die Ankopplung an das Kommunikationssystem 1 stets identisch und unabhängig vom übergeordneten Feldbussystem ist.
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Aus der Darstellung der 2 geht die Aufteilung des in der 1 dargestellten Kommunikationssystems 1 in mehrere logische Kommunikationsgruppen 28, 29, 30, 31 und 32 hervor, wobei auch hier die Anordnung der Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 in den jeweiligen Kommunikationsgruppen 28 bis 32 rein exemplarisch ist und auf die Bedürfnisse des jeweiligen Automatisierungssystems angepasst werden kann. Bei der Darstellung der 2 ist die Systemgrenze für die jeweilige Kommunikationsgruppe 28 bis 32 jeweils dann innerhalb eines entsprechenden Kommunikationsteilnehmers 2 bis 5 vorgesehen, wenn an dem jeweiligen Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 insgesamt drei weitere Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 angeschlossen sind. Beispielhaft ist dies beim Kommunikationssystem 1 gemäß der 1 für den Kommunikationsteilnehmer 3 aus der Teilnehmergruppe 10 und für den Kommunikationsteilnehmer 4 aus der Teilnehmergruppe 12 der Fall, wobei diese Auswahl rein willkürlich ist und für jeden anderen der Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 in identischer Weise möglich wäre.
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Innerhalb der jeweiligen Kommunikationsgruppe 28 bis 32 ist zwischen den zugehörigen Kommunikationsteilnehmern 2 bis 5 jeweils eine bidirektionale Kommunikation vorgesehen. Die Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 sämtlicher Kommunikationsgruppen 28 bis 32 bilden im Hinblick auf die Weiterleitung der Kommunikationssignale, wie dies insbesondere im Zusammenhang mit der 3 nachstehend näher beschrieben wird, insgesamt eine Ringkommunikationsanordnung.
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Beispielhaft durchläuft ein von einer Kommunikationsverzweigung (Kommunikationsteilnehmer 2 der in 1 dargestellten Teilnehmergruppe 10 bzw. „B“ gemäß der 2 und Kommunikationsteilnehmer 4 der in 1 dargestellten Teilnehmergruppe 12 bzw. „J“ gemäß der 2) ausgehendes Kommunikationssignal 33 sämtliche Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 der jeweils angeschlossenen Kommunikationsgruppen 28 bis 32 und wird an dem jeweils letzten Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 der jeweiligen Kommunikationsgruppe 28 bis 32 umgelenkt, um dann als eingehendes Kommunikationssignal 34 wieder sämtliche Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 der jeweiligen Kommunikationsgruppe 28 bis 32 bis zur jeweiligen Kommunikationsverzweigung B, J zu durchlaufen.
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Dementsprechend bilden die Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 innerhalb der Kommunikationsgruppen 28 bis 32 rein körperlich betrachtet eine Linienanordnung, da sie entweder unmittelbar benachbart steckverbunden angeordnet sind oder entfernt zueinander kabelverbunden angeordnet sind. Im Hinblick auf den Weg der Kommunikationssignale 33, 34 innerhalb der jeweiligen Kommunikationsgruppen 28 bis 32 wird jeweils ein U-förmiger Kommunikationspfad durch die jeweilige Kommunikationsgruppe 28 bis 32 gebildet. Dieser U-förmige Kommunikationspfad kann alternativ als tatsächlicher, elektrischer Leitungspfad ausgebildet sein, der jeweils abschnittsweise von den einzelnen Kommunikationsteilnehmern 2 bis 5 gebildet wird, alternativ handelt es sich bei dem Kommunikationspfad lediglich um eine signaltechnische Repräsentation, die auf einer oder mehreren nicht näher dargestellten Kommunikationsleitungen in den jeweiligen Kommunikationsteilnehmern 2 bis 5 transportiert wird. die U-förmigen Kommunikationspfade der einzelnen Kommunikationsgruppen 28 bis 32 werden durch die Kommunikationsverzweigung B, J zu einem Kommunikationsring zusammengefügt.
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Beispielsweise wird ein an der Kommunikationsverzweigung B eintreffendes Eingangssignal 34 der Kommunikationsgruppe 29 von der Kommunikationsverzweigung B an die Kommunikationsgruppe 30 weitergeleitet, um von dort von der Kommunikationsverzweigung J zunächst an die Kommunikationsgruppe 31 und anschließend unter Zwischenschaltung der Kommunikationsverzweigung J an die Kommunikationsgruppe 32 weitergeleitet zu werden. Anschließend wird das von der Kommunikationsgruppe 32 eintreffende Eingangssignal 34 von der Kommunikationsverzweigung J über die Kommunikationsgruppe 30 an die Kommunikationsverzweigung B weitergeleitet, um dort an die Kommunikationsgruppe 28 weitergegeben zu werden. Das von der Kommunikationsgruppe 28 eintreffende Eingangssignal 34 wird von der Kommunikationsverzweigung B dann wieder an die Kommunikationsgruppe 29 weitergeleitet, so dass der Kommunikationsring damit geschlossen ist.
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Für die Kommunikation zwischen den einzelnen Kommunikationsteilnehmern 2 bis 5 ist unabhängig davon, in welcher Weise die Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 miteinander verbunden sind (Steckverbindung oder Kabelverbindung), stets der gleiche Kommunikationsbaustein 25 verantwortlich, der in der 3 näher dargestellt ist. Der Kommunikationsbaustein 25 kann wahlweise in nicht näher dargestellter Weise als Kommunikationsschaltung aus diskreten elektrischen und elektronischen Bauelementen aufgebaut werden oder vorzugsweise als integrierter Schaltkreis, insbesondere als applikationsspezifisch angepasster integrierter Schaltkreis (ASIC), ausgebildet sein. Der Kommunikationsbaustein 25 umfasst mehrere Funktionsgruppen, auf die nachstehend näher eingegangen wird und die nicht zwingend als diskrete Bauteile oder Bereiche in dem elektrischen bzw. elektronischen Aufbau des Kommunikationsbausteins 25 repräsentiert sein müssen.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Kommunikationsbaustein 25 drei Kommunikationsschnittstellen 40, 41, 42 umfasst, die jeweils identisch aufgebaut sind, so dass die nachstehende Erläuterung der Kommunikationsschnittstelle 40 auch für die weiteren Kommunikationsschnittstellen 41 und 42 zutreffend ist. Ferner umfasst der Kommunikationsbaustein 25 einen Kommunikationsprozessor 43, der für eine Weiterleitung von Kommunikationssignalen, die an den jeweiligen Kommunikationsschnittstellen 40 bis 42 eintreffen, an jeweils andere Kommunikationsschnittstellen 40 bis 42 ausgebildet ist. Darüber hinaus ist der Kommunikationsprozessor 43 für eine Ermittlung oder Extraktion von Steuerungsanweisungen aus den Kommunikationssignalen, die an den Kommunikationsschnittstellen 40 bis 42 eintreffen, ausgebildet. Zudem umfasst der Kommunikationsbaustein 25 eine Recheneinheit 44, die für eine Auswertung von Steuerungsanweisungen und eine Umwandlung der Steuerungsanweisungen in Steuerungssignale ausgebildet ist und auch für eine Erzeugung von Kommunikationssignalen ausgebildet ist, die über wenigstens eine der Kommunikationsschnittstellen 40 bis 42 ausgesendet werden sollen.
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Die von der Recheneinheit erzeugten Steuersignale, die in digitaler Form vorliegen, werden anschließend in einem Analogmodul 45 in Analogsingale umgewandelt, um diese beispielsweise an ein Ventil 6 oder einen anders gearteten Aktor ausgeben zu können. Hierzu umfasst das Analogmodul 45 rein exemplarisch zwei Digital-Analogwandler 46, 47, die beispielhaft jeweils eine nicht näher dargestellte elektrische Endstufe umfassen und dadurch in die Lage versetzt werden, an einem jeweils zugeordneten Analogausgang 48, 49 Analogsignalpegel bereitzustellen, mit denen beispielsweise ein Piezoventil oder ein Magnetventil oder ein Elektromotor betrieben werden können.
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Ferner umfasst das Analogmodul 45 rein exemplarisch zwei Analog-Digitalwandler 50, 51, die jeweils mit Analogeingängen 52, 53 verbunden sind und für eine Digitalisierung von Signalen ausgebildet sind, die an den jeweiligen Analogeingängen 52 und 53, insbesondere von Sensoren 7, bereitgestellt werden.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass die drei Kommunikationsschnittstellen 40, 41 und 42 jeweils über identisch ausgebildete interne Schnittstellen 54, 55 und 56, insbesondere ausschließlich, mit dem Kommunikationsprozessor 43 verbunden sind, so dass an den jeweiligen Kommunikationsschnittstellen 40 bis 42 eintreffende Kommunikationssignale, insbesondere jeweils ausschließlich, an den Kommunikationsprozessor 43 weitergeleitet werden. Bevorzugt ist es nicht vorgesehen, an den Kommunikationsschnittstellen 40 bis 42 eintreffende Kommunikationssignale unmittelbar an andere Kommunikationsschnittstellen 40 bis 42 weiterzuleiten. Der Kommunikationsprozessor 43 ist seinerseits mit einer weiteren internen Schnittstelle 57 ausgestattet, die für eine Kommunikation mit der Recheneinheit 44 vorgesehen ist. Die Recheneinheit 44 weist zusätzlich zur internen Schnittstelle 57 noch eine interne Schnittstelle 58 für die Kommunikation mit dem Analogmodul 45 sowie eine interne Schnittstelle 59 zur Kommunikation mit einer Rechenschnittstelle 64 auf, die ihrerseits für eine bidirektionale Datenkommunikation mit einer nicht dargestellten externen Recheneinheit vorgesehen ist, die bei Bedarf zur Unterstützung der Recheneinheit 44 am Kommunikationsbaustein 25 angeordnet werden kann. Das Analogmodul 45 weist zusätzlich zur internen Schnittstelle 57 noch weitere interne Schnittstellen 59, 60, 61 und 62 auf, die für eine interne Kommunikation mit den Digital-Analogwandlern 46 und 47 bzw. den Analog-Digitalwandlern 50, 51 vorgesehen sind.
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Wie aus der Ausschnittdarstellung für die Kommunikationsschnittstelle aus der 3 entnommen werden kann, umfasst die Kommunikationsschnittstelle 40 (übereinstimmend mit den identisch ausgebildeten Kommunikationsschnittstellen 41 und 42) mehrere Funktionsbereiche, die beispielsweise mittels nicht näher dargestellter elektrischer und elektronischer Bauelemente verwirklicht werden können. Zur Verarbeitung von eingehenden Kommunikationssignalen umfasst die Kommunikationsschnittstelle 40 eine Empfangseinrichtung 65, die eine Pegelanpassung, insbesondere eine Verstärkung, des eintreffenden Kommunikationssignals vornimmt und anschließend das Kommunikationssignal in nicht näher dargestellter Weise an den Kommunikationsprozessor 43 weiterleitet.
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Für die Pegelanpassung sind der Empfangseinrichtung 65 eine Pegelerfassungseinrichtung 66 sowie eine Einstelleinrichtung 67 zugordnet. Dabei hat die Pegelerfassungseinrichtung 66 die Aufgabe, einen Signalpegel eines eintreffenden Kommunikationssignals zu ermitteln und einen davon abhängigen Pegelwert auszugeben. Dieser Pegelwert kann zum einen an die Einstelleinrichtung weitergeleitet werden, damit diese eine Einstellung der Empfangsempfindlichkeit der Empfangseinrichtung vornehmen kann.
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Ergänzend oder alternativ kann der Pegelwert in nicht näher dargestellter Weise über den Kommunikationsprozessor 43 an die Recheneinheit 44 weitergeleitet werden, um dort ein Kommunikationssignal zu erzeugen, das den Pegelwert beinhaltet und das an die mit der Kommunikationsschnittstelle 40 verbundenen Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 weitergeleitet wird, um dort gegebenenfalls eine Anpassung der auszusendenden Kommunikationssignale vornehmen zu können.
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Für eine derartige Anpassung umfasst die Kommunikationsschnittstelle 40 zusätzlich zu einer Sendeeinrichtung 68, die zur Aussendung von Kommunikationssignalen ausgebildet ist, eine Anpassungseinrichtung 69, die dazu vorgesehen ist, einen Signalpegel des von der Sendeeinrichtung 68 ausgesendeten Kommunikationssignals in Abhängigkeit von einem variablen Vorgabewert einzustellen. Dieser Vorgabewert kann insbesondere aus einem Kommunikationssignal entnommen werden, das an der Empfangseinrichtung 65 der Kommunikationsschnittstelle 40 eingetroffen ist und von der Recheneinheit 44 ausgewertet und verarbeitet wurde. Ergänzend oder alternativ kann eine Beeinflussung des Vorgabewerts für die Einstelleinrichtung 69 auch durch Aussenden eines Testsignals durch die Sendeeinrichtung 68 und Auswertung einer Signalantwort auf dieses Testsignal mittels der Empfangseinrichtung 65 und der zugeordneten Pegelerfassungseinrichtung 66 vorgenommen werden.
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Ergänzend oder alternativ kann in ähnlicher Weise auch eine Bestimmung einer Länge eines Verbindungskabels 22 zwischen benachbarten Kommunikationsteilnehmern 2 bis 5 durchgeführt werden. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Sendeeinrichtung 68 ein definiertes Testsignal aussendet und eine Zeitspanne ermittelt, innerhalb derer das Testsignal an der zugeordneten Empfangseinrichtung 65 wieder eingetroffen ist, um daraus auf die Leitungslänge des Verbindungkabels 22 rückschließen zu können.
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Nachstehend soll rein exemplarisch beschrieben werden, in welcher Weise eine Weiterleitung und gegebenenfalls eine Verarbeitung eines eintreffenden Kommunikationssignals in einem Kommunikationsbaustein 25 erfolgt. Dabei wird lediglich auf die funktionalen Zusammenhänge im Kommunikationsbaustein 25 Bezug genommen, während die konkrete elektrische bzw. elektronische Weiterleitung und Verarbeitung von Kommunikationssignalen nicht Gegenstand der nachstehenden Beschreibung ist.
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Zunächst wird ein eingehendes Kommunikationssignal 34 in der Kommunikationsschnittstelle 40 von der Empfangseinrichtung 65 empfangen und hinsichtlich seines Signalpegels in derartiger Weise angepasst, dass es in elektrischer Hinsicht möglichst leistungsarm und in datentechnischer Hinsicht möglichst verlustfrei an den Kommunikationsprozessor 43 weitergeleitet werden kann. Dies erfolgt ausgehend von der Kommunikationsschnittstelle 40 über die interne Schnittstelle 54.
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Der Kommunikationsprozessor 43 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er das eingehende Kommunikationssignal 34 möglichst verzögerungsarm, insbesondere verzögerungsfrei, an die weiteren Kommunikationsschnittstellen 41 und 42 weiterleitet, wo das Kommunikationssignal jeweils als ausgehendes Kommunikationssignal 33 an nicht dargestellte, benachbart angeordnete Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 weitergeleitet werden kann. Ferner ist der Kommunikationsprozessor 43 dazu ausgebildet, Steuerungsanweisungen aus dem Kommunikationssignal zu extrahieren, die für den jeweiligen Kommunikationsbaustein 25 bestimmt sind. Diese Extraktion von Steuerungsanweisungen kann beispielsweise anhand einer Adressinformation innerhalb des Kommunikationssignals vorgenommen werden, die mit einer Adresse des Kommunikationsbausteins 25 übereinstimmt.
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Sofern derartige Steuerungsanweisungen im Kommunikationssignal enthalten sind, leitet der Kommunikationsprozessor diese Steuerungsanweisungen über die interne Schnittstelle 57 an die Recheneinheit 44 weiter. Die Recheneinheit 44 hat anschließend die Aufgabe, aus den Steuerungsanweisungen geeignete Steuersignale für die am Kommunikationsbaustein 25 elektrisch angeschlossenen Aktoren, beispielsweise die Ventile 6, und/oder Abfragesignal für die am Kommunikationsbaustein 25 angeschlossenen Sensoren 7 zu erzeugen. Hierzu bedient sich die Recheneinheit 44 eines internen Programms, insbesondere einer Software, mit dessen Hilfe die Steuerungsanweisungen in die Steuersignale umgesetzt werden können. Die von der Recheneinheit 44 ermittelten Steuersignale werden über die interne Schnittstelle 58 an das Analogmodul 45 weitergeleitet und dort in geeigneter Weise über die internen Schnittstellen 59 und 60 auf die Digital-Analog-Wandler 46 und 47 übertragen. Dort findet demnach die Umwandlung der Digitalsignale in Analogsignale statt, wobei diese Analogsignale je nach angeschlossenem Aktor mit einem entsprechenden Signalpegel, insbesondere einer geeigneten Stromstärke für Magnetspulen von Ventilen 6, ausgegeben werden.
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Sofern der Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 elektrisch mit einem oder mehreren Sensoren 7 verbunden ist, wird an wenigstens einem der Analogeingänge 52, 53 ein entsprechendes Sensorsignal bereitgestellt, das von den Analog-Digital-Wandler 50 oder 51 in ein Digitalsignal umgewandelt wird und vom Analogmodul 45 über die interne Schnittstelle 58 an die Recheneinheit 44 bereitgestellt wird. Die Recheneinheit 44 kann, in Abhängigkeit von dem ablaufenden Programm für eine unmittelbare Weiterleitung des Sensorsignals an wenigstens eine der Kommunikationsschnittstellen 40 bis 42 vorgesehen sein. Alternativ ist die Recheneinheit 44 für eine Verarbeitung des Sensorsignals und die Weiterleitung eines Verarbeitungsergebnisses an wenigstens eine der Kommunikationsschnittstellen 40 bis 42 ausgebildet.
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Eine Verarbeitung des Sensorsignals in der Recheneinheit 44 kann beispielsweise den Vergleich des Signalpegels des eintreffenden Sensorsignals mit einem vorgegebenen Schwellwert umfassen, wobei die Recheneinheit 44 beispielsweise nur dann ein entsprechendes Signal an die Kommunikationsschnittstellen 40 bis 42 ausgibt, wenn der Schwellwert vom aktuell ermittelten Sensorsignal überschritten wird. In diesem Fall kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Recheneinheit 44 ein binäres Statussignal in einen Datenrahmen des Kommunikationssignals eingibt und das Kommunikationssignal anschließend über den Kommunikationsprozessor 43 an die Kommunikationsschnittstellen 40 bis 42 bereitstellt. Dort bildet das Kommunikationssignal ein ausgehendes Kommunikationssignal 33, das zur Weiterleitung an wenigstens einen der Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 vorgesehen ist.
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Da für jede der Kommunikationsschnittstellen 40 bis 42 stets eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation mit einer benachbarten Kommunikationsschnittstelle 40 bis 42 vorgesehen ist, handelt es sich bei dem Kommunikationssystem 1 nicht um ein klassisches Bussystem, bei dem sämtliche Informationen von einem Busmaster durch eine Anzahl von angeschlossenen Slaves hindurchkommuniziert wird. Vielmehr ist beim Kommunikationssystem 1 eine Baumstruktur mit einer Vielzahl von Kommunikationsverzweigungen vorgesehen, wobei die Kommunikationssignale in den jeweiligen Kommunikationsgruppen 28 bis 32 jeweils die Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 der entsprechenden Kommunikationsgruppe 28 bis 32 bidirektional durchlaufen und von jedem der angeschlossenen Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 modifiziert werden können.
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Dabei ermöglicht das Kommunikationsprotokoll für die Kommunikationssignale, das von den Kommunikationsteilnehmern 2 bis 5 genutzt wird, wahlweise eine allgemeine oder eine individuelle Adressierung für Inhalte des Kommunikationssignals. So kann beispielsweise vorgesehen werden, dass einer der Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 eine allgemein gültige Information in das Kommunikationssignal einspeist, die von sämtlichen angeschlossenen Kommunikationsteilnehmern 2 bis 5 zu beachten ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass einer der Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 eine spezifisch für einen anderen Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 innerhalb des Kommunikationssystems 1 bestimmte Information in das Kommunikationssignal einspeist und eine geeignete Adressierung für diese Information vornimmt, so dass diese Information ausschließlich vom angesprochenen Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 verarbeitet wird, während alle übrigen Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5 die im Kommunikationssignal enthaltenen Informationen lediglich weiterleiten.
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Das in der 4 rein schematisch dargestellte Verbindungsteil 105 kann beispielsweise an Stelle des als Kommunikationsverzweigung B dienenden Kommunikationsteilnehmers 2 gemäß der 2 verwendet werden und verbindet als passives Bauteil beispielhaft drei Kommunikationsteilnehmer 2 bis 5. Hierbei ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung 68 des Kommunikationsteilnehmers A unmittelbar mit der Empfangseinrichtung 65 des Kommunikationsteilnehmers G verbunden ist. Ferner ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung 68 des Kommunikationsteilnehmers G unmittelbar mit der Empfangseinrichtung 65 des Kommunikationsteilnehmers C verbunden ist. Zudem ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung 68 des Kommunikationsteilnehmers C unmittelbar mit der Empfangseinrichtung 65 des Kommunikationsteilnehmers A verbunden ist.
