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Die Erfindung betrifft ein Bussystem für eine Werkzeugmaschine, eine Werkzeugmaschine und eine Anlage mit mindestens einer Werkzeugmaschine und einem Bussystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Bussystem nach Anspruch 1, eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 10 und eine Anlage nach Anspruch 11, bei denen sowohl die Signale als auch die benötigte Energie optisch übertragen werden.
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Um in einer Maschine wie einer Werkzeugmaschine, in einer Anlage mit mehreren Maschinen oder einem Schaltschrank verschiedene Bauteile und Baugruppen anzusteuern, muss die Information von einer zentralen Verarbeitungseinheit oder von verschiedenen Steuereinheiten untereinander ausgetauscht werden. Dies geschieht üblicherweise über Bus-Systeme mittels elektrischer Impulse, wodurch die Bandbreite und damit die Menge der übertragbaren Information pro Zeiteinheit sehr beschränkt ist. Um dies zu lösen werden seit längerem in der Telekommunikationstechnik optische Bus-Systeme eingesetzt, da jeder Wellenlänge des Lichtes theoretisch ein eigenes Signalband zugeordnet werden kann. Die Energieversorgung der anzusteuernden Module findet jedoch Immer noch drahtgebunden mit elektrischem Strom statt und erfordert eine gesonderte Verdrahtung.
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Eine Werkzeugmaschine dient zur Herstellung und Bearbeitung von Werkstücken unter Verwendung von Werkzeugen. Als Werkzeugmaschinen werden hier beispielsweise Blechbearbeitungsmaschinen, insbesondere Biegemaschinen oder Pressen wie Abkantpressen angesehen. Die auswechselbaren Werkzeuge werden üblicherweise durch eine Klemmung in einer Werkzeugaufnahme fixiert.
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Ein Sicherheits-Bus-System oder eine Sicherheits-SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) kann zum Beispiel der höchsten Sicherheitsstufe PLe, Kategorie 4 nach EN ISO 13849-1 und SIL 3 gemäß IEC/EN 61508 zugeordnet sein. Bei derartigen Sicherheitsstufen kann, insbesondere bei längeren Signalwegen, die Erfassung, die Verarbeitung und/oder die Übertragung der Sicherheitssignale ein zeitlimitierender Faktor sein. Zum Beispiel kann bei einer Werkzeugmaschine die mögliche Fertigungsgeschwindigkeit höher sein als die Reaktionszeit der Sicherheits-SPS, um ein Stopp der Oberwange zu erreichen. In diesem Fall kann die maximal mögliche Fertigungsgeschwindigkeit nicht erreicht werden. Sicherheits-Bus-Systeme mit optischer Übertragung sind bei Werkzeugmaschinen nicht bekannt.
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US 4434510 A und
DE 102013011352 A1 offenbaren ein laserbasiertes Kommunikationssystem, bei dem Daten und Energie gleichzeitig mittels eines Laserstrahls übertragen werden und der Empfänger die benötigte Energie aus dem Laserstrahl gewinnt.
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US 7359647 B1 offenbart ein Power-over-fiber-System, bei dem ein optisches Netzwerk elektrische Leistung über ein optisches Signal überträgt und auch Daten innerhalb des optischen Netzwerks überträgt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein verbessertes Bussystem für Maschinen bzw. Anlagen bereitzustellen. Alternative Aufgaben liegen darin eine verbesserte Werkzeugmaschine bzw. eine verbesserte Anlage bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bussystem gemäß Anspruch 1, eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 10, beziehungsweise eine Anlage gemäß Anspruch 11.
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Das erfindungsgemäße Bussystem für eine Maschine und/oder Anlage, insbesondere für eine Werkzeugmaschine, umfasst mindestens einen optischen Sender mit einer Lasereinheit, mindestens einen optischen Empfänger, und einen optischen Leiter, welcher den optischen Sender und den optischen Empfänger verbindet, wobei der optische Sender einen Modulator aufweist, der eingerichtet ist, Signale auf einen von der Lasereinheit ausgegebenen Laserstrahl zu modulieren, wobei der optische Empfänger einen Demodulator aufweist, der eingerichtet ist, die Signale aus dem Laserstrahl zu demodulieren, und wobei der optische Empfänger eine Energieversorgung aufweist, die eingerichtet ist, aus dem Laserstrahl Energie für die Versorgung des optischen Empfängers und/oder eines Steuerrechners zu gewinnen. Weiter ist vorgesehen, dass mehrere Busteilnehmer vorgesehen sind, die jeweils einen optischen Sender und/oder einen optischen Empfänger aufweisen, und dass jedem Busteilnehmer eine eigene Frequenz für die Signalübertragung zugeordnet ist, und dass dem Busteilnehmer eine zweite Frequenz für die Signalübertragung zugeordnet ist, dass das Bussystem eingerichtet ist, ein Signal auf der ersten Frequenz und zusätzlich das Signal auf der zweiten Frequenz zu übertragen, und dass der Busteilnehmer eingerichtet ist, bei einer Abweichung der beiden Signale einen sicheren Zustand einzunehmen.
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Das erfindungsgemäße Bussystem schlägt damit ein kombiniertes Signal- und Energieübertragungssystem vor, das einen einfachen modularen Aufbau erlaubt. Durch die Verwendung eines Lasers mit einer gewissen Energiedichte und einer entsprechenden Energieversorgung zum Beispiel in Form einer PV Zelle können über 100 W/cm2 Leistungsdichte aus dem Laserstrahl generiert werden. Damit können die optischen Empfänger und auch daran angeschlossene Steuerungen mit zum Beispiel einem Mikrocontroller versorgt werden. Dies bedeutet, dass die Informationsübertragung und Steuerung in Maschinen und Anlagen ohne zusätzliche Energieversorgungen implementiert werden kann. Lediglich die Sender benötigen einen Anschluss an eine Energieversorgung. Mittels der zugewiesenen und eindeutigen optischen Frequenz kann über optische Combiner und Splitter eine einfache Signalübertragung realisiert werden. Dadurch, dass dem Busteilnehmer eine zweite Frequenz für die Signalübertragung zugeordnet ist, kann das Bussystem mit der höchsten Sicherheitsstufe PLe, Kategorie 4 nach EN ISO 13849-1 und SIL 3 gemäß IEC/EN 61508 zertifiziert werden und erlaubt damit einen sehr sicheren Betrieb bei gleichbleibend hoher optischer Übertragungsgeschwindigkeit.
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Das erfindungsgemäße Bussystem hat den Vorteil, dass der Verdrahtungsaufwand für ein Bus-System verringert wird und gleichzeitig ein schneller und sicherer optischer Bus zur Verfügung gestellt wird. Zusätzliche Vorteile sind die nahezu unbegrenzte Buslänge, die sehr hohe Informationsdichte und die einfache Verkabelung.
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Es kann vorgesehen sein, dass der optische Sender eingerichtet ist, gleichzeitig monochromes Licht und moduliertes Licht zu emittieren. Das monochrome Licht dient dabei zur Energieversorgung und das modulierte Licht für die Signalübertragung. Zum Beispiel mittels einer Laserdiode können sowohl monochromes Licht als auch moduliertes Licht ausgegeben werden. Die Modulation kann neben der reinen Datenübertragung für eine Verschlüsselung und/oder für die Adressierung genutzt werden. Die Zuordnung zu einem bestimmten Empfänger oder einer Empfängergruppe kann auch über Sendefrequenzen bzw. Sendewellenbereiche vorgenommen werden.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass der optische Sender eingerichtet ist, den Modulator mit einem Strom mit einem Wechselanteil für die Signalübertragung und einem Gleichanteil für die Energieübertragung zu versorgen. So kann zum Beispiel eine Laserdiode gezielt angesteuert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Energieversorgung mindestens eine photovoltaische Zelle aufweist. Mittels einer photovoltaischen Zelle kann aus dem Laserstrahl elektrische Energie erzeugt werden. Die photovoltaische Zelle kann auf den verwendeten optischen Sender, wie zum Beispiel eine Laserdiode optimiert sein. Mit dem monochromatischen Laserlicht wird nur eine bestimmte Wellenlänge eingestrahlt. Entsprechend kann ein Absorbermaterial für die PV Zelle verwendet werden, das eine optimal auf die bestimmten Photonen abgestimmte Bandlücke hat. Dies steigert den Wirkungsgrad.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass der optische Leiter einen Lichtwellenleiter, eine Glasfaser oder eine freie optische Übertragungsstrecke aufweist. Es können Multimodefasern oder Monomodefasern verwendet werden. Zum Beispiel in einem Schaltschrank kann die physische Verbindung mittels Glasfaser entfallen und die Steuersignale können auch indirekt über eine Freistrahlübertragung, das heißt über einen Luftweg, an die einzelnen Baugruppen verteilt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Busteilnehmer eingerichtet ist, bei nicht ausreichender Energieübertragung einen sicheren Zustand einzunehmen. Dieser sichere oder definierte Zustand umfasst zum Beispiel ein sofortiges Anhalten der Maschinen, so dass die Gefahr von Verletzungen und Beschädigungen minimiert wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Busteilnehmer eingerichtet ist, den sicheren Zustand durch Abschaltung der Energieversorgung einzunehmen. Mittels einer einfachen Signalverarbeitung oder Schaltung kann bei inkonsistenten Signalen die Energieversorgung abgeschaltet werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Busteilnehmer einen Kurzzeitenergiespeicher aufweist. Mittels des Kurzzeitenergiespeichers, wie zum Beispiel einem Pufferkondensator, kann die zum Erreichen des sicheren Zustands erforderliche Energie bereitgestellt werden. Zudem können kurze Energieschwankungen ausgeglichen werden.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Busteilnehmer mehrere optische Sender aufweist, die über einen Koppler an den optischen Leiter angeschlossen sind und dass einem weiteren Busteilnehmer mindestens ein Splitter zugeordnet ist, über den ein Signal mit einer dem weiteren Busteilnehmer zugeordneten Frequenz auskoppelbar ist. Auf diese Weise kann die Informationsdichte durch parallele Datenübertragungen auf verschiedenen Frequenzen bzw. Wellenlängen erhöht werden.
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Eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine eingerichtet zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Werkzeug, mit mindestens einem optischen Sender mit einer Lasereinheit und einem Modulator, der eingerichtet ist, Signale auf einen von der Lasereinheit ausgegebenen Laserstrahl zu modulieren, und/oder mindestens einem optischen Empfänger mit einem Demodulator, der eingerichtet ist, die Signale aus dem Laserstrahl zu demodulieren, und einer Energieversorgung, die eingerichtet ist, aus einem empfangenen Laserstrahl Energie für die Versorgung des optischen Empfängers und/oder eines Steuerrechners zu gewinnen. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ist damit ein Busteilnehmer des zuvor beschriebenen Bussystems. Weiter ist vorgesehen, dass der Werkzeugmaschine als Busteilnehmer eine eigene Frequenz für die Signalübertragung zugeordnet ist, und dass der Werkzeugmaschine als Busteilnehmer eine zweite Frequenz für die Signalübertragung zugeordnet ist, dass die Werkzeugmaschine als Busteilnehmer eingerichtet ist, ein Signal auf der ersten Frequenz und zusätzlich das Signal auf der zweiten Frequenz zu übertragen, und dass die Werkzeugmaschine als Busteilnehmer eingerichtet ist, bei einer Abweichung der beiden Signale einen sicheren Zustand einzunehmen. Es gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor beschrieben.
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Eine erfindungsgemäße Anlage umfasst mindestens eine Werkzeugmaschine wie zuvor beschrieben und ein Bussystem wie zuvor beschrieben. Die Anlage kann alternative oder zusätzlich Maschinen wie zum Beispiel Roboter, Sicherheitseinrichtungen wie zum Beispiel Lichtschranken, Transportsysteme, Steuerungen und so weiter umfassen. Ansonsten gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor beschrieben.
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Es kann eine in einer Schaltschrankeinheit angeordnete Steuereinheit vorgesehen sein, wobei das Bussystem in der Schaltschrankeinheit angeordnet ist. Das Bussystem kann dann vorteilhaft die Steuereinheit mit Ein- und Ausgängen der Schaltschrankeinheit oder weiteren Komponenten in dem Schaltschrank verbinden. Die Schaltschrankeinheit kann zentral für mehrere Maschinen oder dediziert für eine einzelne Maschine wie zum Beispiel eine Werkzeugmaschine vorgesehen sein.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass mindestens ein optischer Leiter des Bussystems eine freie optische Übertragungsstrecke aufweist und die Schaltschrankeinheit nach außen optisch gekapselt ist. Es können auch alle optischen Leiter des Bussystems eine freie optische Übertragungsstrecke aufweisen. Dabei kann jeder optische Leiter eine eigene optische Übertragungsstrecke aufweisen oder mehrere optische Leiter können sich im Multiplex eine gemeinsame optische Übertragungsstrecke teilen. Durch die optische Kapselung können trotz freier Übertragungsstrecken im Innenraum des Schaltschranks keine Signalanteile bzw. Laserlicht nach außen dringen und kein störendes Licht nach innen dringen. Auf diese Weise ist die optische Signalübertragung ungestört und das Umfeld vor Laserstrahlung geschützt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Schaltschrankeinheit mit mindestens einer Lüftungsöffnung versehen ist, die zur optischen Kapselung labyrinthisch ausgebildet ist. Vorzugsweise sind alle Lüftungsöffnungen labyrinthisch ausgebildet. Die optische Kapselung oder Abdichtung erlaubt ein Passieren der Wärme abführenden Luftströmung unterbindet jedoch den Durchgang von Licht- und Laserstrahlen. Es können zum Beispiel optische Gitter zur Beugung von Licht verwendet werden. Die optische Kapselung kann zum Beispiel in einem Lüftungsgitter angeordnet sein. Dort üblicherweise verwendete Luftfilter können ebenfalls zur optischen Kapselung ausgebildet sein. Es kann eine auf den oder die Laser abgestimmte optische Kapselung vorgesehen sein. Diese blockt dann entsprechend eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich des oder der Laser.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Bussystems für eine Maschine und/oder Anlage;
- 2 einen optischen Sender des Bussystems;
- 3 einen optischen Empfänger des Bussystems;
- 4 eine Darstellung eines weiteren Bussystems; und
- 5 eine schematische perspektivische Darstellung einer Werkzeugmaschine.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bussystems 100 für eine Maschine und/oder Anlage. Das optische Bussystem 100 umfasst mehrere Busteilnehmer 110, welche über einen optischen Leiter 120, wie zum Beispiel einen Lichtwellenleiter, eine Glasfaser oder eine Freistrecke miteinander verbunden sind. Die Busteilnehmer 110 können Bestandteil eines Informationssystems und/oder eines Steuerungssystems sein. Ein derartiges Steuerungssystem kann zur Steuerung von Maschinen wie zum Beispiel Werkzeugmaschinen verwendet werden. Es kann entsprechend in einer Anlage oder einer Fabrik eingesetzt werden. Mehrere Busteilnehmer 110 können zum Beispiel jeweils in eine andere Maschine oder Steuerung integriert sein.
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Der Busteilnehmer 110 enthält einen optischen Sender 130, zum Beispiel mit einer Laserdiode. Der optische Sender 130 ist an den optischen Leiter 120 angeschlossen. Das erfindungsgemäße Bussystem 100 überträgt über den optischen Leiter 120 sowohl Signale als auch Energie. Entsprechend koppelt der optische Sender 130 Signale zum Beispiel in Form von moduliertem Laserlicht als auch Energie zum Beispiel in Form von monochromen Licht ein.
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Der Busteilnehmer 110 enthält weiter einen optischen Empfänger 140, der ebenfalls an den optischen Leiter 120 angeschlossen ist. Der optische Empfänger 140 ist eingerichtet, aus dem modulierten Laserlicht Signale zu extrahieren und aus dem monochromen Laserlicht Energie zur Versorgung des Busteilnehmers 100 zu extrahieren.
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Weiterhin enthält der Busteilnehmer 110 eine Steuerung 150 zum Beispiel in Form eines Mikrocontrollers. Auch diese Steuerung 150 wird über den optischen Leiter 120 mit Energie versorgt. Die Steuerung 150 kann den Busteilnehmer 110 und damit die Kommunikation des Bussystems 100 steuern. Darüber hinaus kann die Steuerung 150 auch Steuerungsaufgaben einer mit dem Busteilnehmer 110 verbundenen Einrichtung wie zum Beispiel einer Werkzeugmaschine übernehmen.
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Der Busteilnehmer 110 kann sowohl einen optischen Sender 130 als auch einen optischen Empfänger 140 enthalten. Dies ermöglicht eine bidirektionale Teilnahme an dem Bussystem 100. Ist lediglich eine bidirektionale Teilnahme an dem Bussystem 100 erforderlich oder vorgesehen, kann ein Busteilnehmer 110 lediglich einen optischen Sender 130 oder einen optischen Empfänger 140 aufweisen.
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2 zeigt einen optischen Sender 130 des Bussystems 100. Der optische Sender 130 umfasst eine Lasereinheit 200, welche einen Laserstrahl 210 aussendet. Die Lasereinheit 200 kann zum Beispiel in Form einer Laserdiode ausgebildet sein. Die Lasereinheit 200 wird von einem Modulator 220 angesteuert. Der Modulator 220 wird von einer Steuereinheit 230 mit den aufzumodellierenden Daten und gegebenenfalls mit einem Takt versorgt. Der Modulator 220 steuert die Lasereinheit 200 mit einem Strom an. Der Strom enthält einen Gleichanteil für die Energieübertragung und einen Wechselanteil für die Signalübertragung. Die Lasereinheit 200 sendet dann einen entsprechenden Lichtstrahl 210 mit moduliertem Laserlicht für die Energieübertragung und mit monochromen Licht für die Signalübertragung aus.
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3 zeigt einen optischen Empfänger 140 des Bussystems 100. Der optische Empfänger 140 empfängt den von dem optischen Sender 130 ausgesendeten Laserstrahl 210, der sowohl zur Datenübertragung als auch zur Energieübertragung genutzt wird. Entsprechend umfasst der optische Empfänger 140 Detektoren für den Signal- und Energieempfang.
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Für den Energieempfang enthält der optische Empfänger 140 eine photovoltaische Zelle 300, die als Einzelzelle oder Array ausgebildet sein kann. Das Material der photovoltaischen Zelle 300 ist auf die Wellenlänge der Lasereinheit 200 abgestimmt, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Die photovoltaische Zelle 300 kann mit einer passiven oder aktiven Kühleinheit ausgestattet sein, um die entstehende Abwärme abzuführen. Die photovoltaische Zelle 300 wandelt den Laserstrahl 210 in elektrische Energie um. In einem Kurzzeitenergiespeicher 310 kann die elektrische Energie zwischengespeichert werden. Diese Zwischenspeicherung ermöglicht das Erreichen eines sicheren Zustands auch wenn die Energieversorgung beeinträchtigt ist. Zudem kann der Kurzzeitenergiespeicher 310 als Pufferspeicher bei einer schwankenden Energieversorgung dienen. Aus dem Kurzzeitenergiespeicher 310 wird elektrische Energie 320 dem optischen Empfänger 140 und auch dem Busteilnehmer insgesamt für die elektrische Versorgung zur Verfügung gestellt. Ein Energieversorgungsanschluss ist somit für den optischen Empfänger 140 nicht erforderlich.
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Für den Signalempfang enthält der optische Empfänger 140 eine Fotodiode 330, welche eingerichtet ist, das modulierte Laserlicht zu detektieren. Das Material der Fotodiode 330 ist auf die Wellenlänge der Lasereinheit 200 abgestimmt, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Die Fotodiode 330 wandelt den Laserstrahl 210 in elektrische Energie um. Das dabei entstehende elektrische Signal wird zunächst einer Signalaufbereitung 340 zugeführt. In der Signalaufbereitung 340 kann eine Pegelanpassung vorgenommen werden, der Takt zurückgenommen werden und eine Impulsformung vorgenommen werden.
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Das aufbereitete Signal wird einem Demodulator 350 zugeführt. In dem Demodulator 350, der auch als Decodierer bezeichnet werden kann, werden die senderseitig vorgenommenen Modulationen rückgängig gemacht, um das ursprüngliche Signal wieder herzustellen. Aus dem Demodulator 350 wird dann das Signal 360 zur weiteren Verwendung zum Beispiel durch die Steuerung 150 ausgegeben.
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4 zeigt eine Darstellung eines weiteren optischen Bussystems 400. Es sind mehrere optische Sender 130 vorgesehen, wobei jeder optische Sender 130 Signale bzw. Licht mit einer eigenen Wellenlänge λ1 , λ2 bis λn emittiert. Die optischen Sender 130 emittieren wie oben beschrieben monochromes und moduliertes Licht zur Energie- und Signalübertragung. Im Kontext von 4 wird aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Signalübertragung fokussiert.
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Die optischen Sender 130 sind jeweils über Lichtwellenleiter mit einem Combiner oder Koppler 410 verbunden. Dort werden die einzelnen Wellenlängen der Sender 130 in einen optischen Leiter 120 eingekoppelt. Die optischen Sender 130 und auch der Koppler 410 können zum Beispiel in einem Busteilnehmer 110 angeordnet sein.
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Mehrere Splitter sind in dem optischen Leiter 120 zur Auskopplung von einzelnen Wellenlängen für jeweils entsprechende Empfänger oder Busteilnehmer vorgesehen. Zwei Splitter 420 und 430 sind in 4 dargestellt. Weitere Splitter sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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Zwei Splitter 420 und 430 zweigen Licht jeweils einer bestimmten Wellenlänge λ1 und λ2 ab. Die übrigen Wellenlänge λ2 bis λn beziehungsweise λ3 bis λn werden in dem optischen Leiter 120 weitergeführt. Die beiden Splitter 420 und 430 sind zweiten Koppler oder Combiner 440 verbunden. Entsprechend werden die zwei Wellenlängen λ1 und λ2 über den zweiten Combiner 440 einem optischen Empfänger 140 zugeführt. Der optische Empfänger 140 ist so aufgebaut, dass deren Logikbausteine mit der Lichtenergie versorgt werden.
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Auf der Logik- oder Signalseite ist eine Sicherheitsschaltung 450 implementiert. Die Sicherheitsschaltung 450 kann in einer Logikeinheit des optischen Empfängers 140 oder in dessen Busteilnehmer, zum Beispiel in der Steuerung, implementiert sein. Je nach Definition können auch der Combiner 440 sowie die zwei Splitter 420 und 430 zu der Sicherheitsschaltung 450 gehören.
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Die Sicherheitsschaltung 450 gewährleistet eine sichere Datenübertragung zwischen den Busteilnehmern. Dazu ist vorgesehen, dass dem Busteilnehmer eine zweite Frequenz für die Signalübertragung zugeordnet ist und dass das Signal auf der ersten Frequenz und zusätzlich das Signal auf der zweiten Frequenz übertragen wird. Nur wenn am Empfänger beide Signale übereinstimmen hat eine korrekte Datenübertragung stattgefunden.
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In dem Beispiel von 4 sind dem optischen Empfänger 140 die zwei Frequenzen oder Wellenlängen λ1 und λ2 zugeordnet und werden entsprechend über die beiden Splitter 420 und 430 zugeführt. Beide Wellenlängen müssen jeweils die gleiche Information tragen, damit die Logik nicht in einen Fehlerzustand übergeht. Es sind also immer zwei Wellenlängen mit gleicher oder invertierter Information für einen normalen Betriebszustand notwendig.
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Eine Vergleichslogik vergleicht die beiden Signale auf den Wellenlängen λ1 und λ2 auf Identität. Dieser Vergleich kann entweder in Software in dem optischen Empfänger 140 oder in dessen Busteilnehmer durchgeführt werden oder auch in Software und/oder Hardware in dem Combiner 440.
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Vorteilhafterweise ist die Sicherheitslogik so entworfen, dass in einem Fehlerzustand ein sicherer Zustand geschaltet wird. Ein Fehlerzustand kann entweder durch einen Energieverlust oder durch inkonsistente Signale hervorgerufen werden. Für das sichere Erreichen eines sicheren Zustands kann es notwendig sein, die Logikeinheit mit einem Kurzzeitenergiespeicher auszustatten oder den Kurzzeitenergiespeicher des optischen Empfängers 140 zu verwenden.
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Es ist auch denkbar, zwei Empfängereinheiten jeweils auf eine Wellenlänge abzustimmen und mit einer weiteren Logikeinheit zu verknüpfen, wodurch der Combiner 440 entfallen würde. Eine Empfängereinheit empfängt dann das Signal auf der ersten Wellenlänge λ1 und die andere Empfängereinheit empfängt das Signal auf der Wellenlänge λ2 . Der Vergleich der beiden Signale auf Identität findet dann auf der Ebene der Ausgangssignale der beiden Empfängereinheiten statt.
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Der zweite Combiner 440 und der optische Empfänger 140 können in einem Busteilnehmer angeordnet sein. Ebenso können die zwei Splitter 420 und 430 in dem Busteilnehmer angeordnet sein.
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Ist die Empfängereinheit auf eine Wellenlänge abgestimmt, so kann die physische Verbindung mittels Glasfaser entfallen und es ist möglich, die Steuersignale in einem geschlossenen Raum wie einem Schaltschrank auch indirekt per Luftübertragung an die einzelnen Baugruppen zu verteilen.
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Ist die Stromversorgung der einzelnen Steuerbaugruppen hart verdrahtet und sind die Empfänger nur auf ein kleines Wellenlängenspektrum begrenzt, so kann auf die Aussendung und den Empfang des monochromatischen Laserlichtes verzichtet werden und die Signale können aus dem „weißen Licht“ innerhalb eines Schaltschrankes herausgefiltert werden.
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Durch die geschlossene Struktur eines Schaltschrankes ist die freie optische Übertragungstrecke in dem Schaltschrank vor störenden optischen Einflüssen geschützt. Dies kann durch spezielle optische Kapselungen des Schaltschrankes weiter erhöht werden. Dabei kann der Schaltschrank insgesamt optisch gekapselt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein bestimmter optischer Bereich, in dem dann die eine oder mehreren freien optischen Übertragungstrecken angeordnet sind, gekapselt werden. Dann kann der elektrische Teil des Schaltschrankes frei zugänglich sein, während der optische Teil gekapselt ist.
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5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Werkzeugmaschine 500 in Form einer Biegemaschine mit Matrize 510 und Stempel 520. Die Werkzeugmaschine 500 umfasst ferner einen Busteilnehmer 110 wie zuvor beschrieben. Zum Beispiel kann ein Sicherheitssystem der Werkzeugmaschine 500 den Bereich zwischen Matrize 510 und Stempel 520 auf unerwünschtes Eindringen zum Beispiel einer Hand während des Biegevorgangs überwachen. Das Sicherheitssystem steht in Kommunikation mit dem Busteilnehmer 110, so dass sicherheitsrelevante Signale über das Bussystem 100 an andere Busteilnehmer übertragen werden können. Die schnelle optische Übertragung und Signalverarbeitung ermöglicht sehr kurze Latenzzeiten, was wiederum eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine 500 erlaubt. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit der Werkzeugmaschine 500 bei zumindest gleichbleibender, wenn nicht erhöhter Sicherheit gesteigert.
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Das hier vorgestellte Bussystem 100 funktioniert als Signal- und Energieübertragungssystem und erlaubt eine sichere und schnelle Signalübertragung.
