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Die vorliegende Erfindung betrifft einen IO-Link-Master und eine Schnittstelle für den IO-Link-Master. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zum Steuern und zum Überwachen eines IO-Link-Systems.
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Stand der Technik
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Im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Automatisierungstechnik haben sich zahlreiche genormte Feldbussysteme als Alternative zur parallelen Einzelverkabelung bewährt. Dabei werden an eine zentrale Steuereinrichtung eine Mehrzahl von sogenannten Feldbusmodulen über den Feldbus angeschlossen. An die Feldbusmodule werden wiederum Endgeräte angeschlossen.
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Zur Verbindung der Endgeräte an die Feldbusmodule werden in jüngerer Zeit sogenannte „10-Link“-Verbindungen verwendet. Ein solcher IO-Link sowie ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zum Betrieb eines solchen IO-Links gehen aus der
DE 10 2012 009 494 A1 hervor. Wie dort beschrieben, übernehmen die Feldbusmodule die Rolle eines IO-Link-Masters. Als Endgeräte (im Folgenden „IO-Link-Devices“) kommen beispielsweise Sensoren, Aktoren, Anzeigegeräte, Bediengeräte, bis hin zu kleineren Antrieben an Maschinen, in Betracht.
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Ein Standard für eine intelligente Sensor-/Aktorschnittstelle mit der Bezeichnung „IO-Link“ soll als internationaler offener Standard in der Norm IEC 61131-9 genormt werden. IO-Link-Devices werden danach über Beschreibungsdateien IODD (IO-Link Device Description) beschrieben. Die IODD als Beschreibungssprache soll zudem in der Norm ISO 15745 als offener Standard genormt werden. In der bestehenden „IO-link Wireless System Extensions“-Spezifikation wird auch bereits ein IO-Link wireless Master mit Feldbusinterface beschrieben.
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Ein IO-Link stellt eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung für die Signalübertragung zwischen Sensoren und Aktoren und der IO-Ebene der Maschine zur Verfügung. Grundsätzlich überträgt ein IO-Link Daten zwischen einem genannten IO-Link-Master und einem angeschlossenen IO-Link-Device als Slave. Als IO-Link-Master stehen sowohl Feldbusmodule als auch SPS-Schnittstellenbaugruppen zur Verfügung.
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Gebräuchliche Feldbusse sind beispielsweise PROFIBUS-DP, Interbus, DeviceNet, CC-Link, CC-Link IE Field, CC-Link IE Field Basic, Modbus TCP, Sercos III, und CANopen. Darüber hinaus werden neuerdings auch auf Ethernet basierende Felsbusstandards wie PROFINET, EtherNet/IP, Ether-CAT, Mechatrolink, Varan sowie Ethernet POWERLINK eingesetzt. Feldbusse sind besonders vorteilhaft bei der Überbrückung großer Entfernungen zwischen einzelnen Teilnehmern, die von mehreren 100 Metern bis zu teilweise über 10 km betragen können. Problematisch und nachteilig ist es jedoch, dass diese leistungsfähigen Bussysteme auf der Sensor-/Aktorebene praktisch wirtschaftlich nicht einsetzbar sind.
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Das Parametrieren von IO-Link-Devices kann einzeln vor Ort mittels Schraubendrehern an einem Power Potentiometer oder über einen Tastendruck erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, sie über den Feldbus zu konfigurieren und zu überwachen. Dabei erfolgt der Zugriff auf den Feldbus üblicherweise über die SPS (speicherprogrammierbare Steuerung).
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, IO-Link-Devices in einfacherer Weise zu parametrieren und zu überwachen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in einem Aspekt der Erfindung durch eine Schnittstelle beziehungsweise ein Gateway für einen IO-Link-Master gelöst. Diese Schnittstelle weist einen IO-Link-Port-Transceiver auf, der dazu eingerichtet ist, um eine Verbindung zwischen der Schnittstelle und einem IO-Link-Master über einen IO-Link-Port herzustellen. Der IO-Link-Port-Transceiver kann in unterschiedlichen Ausführungsformen der Schnittstelle beispielsweise eingerichtet sein, um ihn direkt in einen IO-Link-Port einzustecken oder auch, um ihn mittels eines Kabels mit diesem zu verbinden. Weiterhin weist die Schnittstelle mindestens einen drahtlosen Transceiver auf. Dieser kann dazu eingerichtet sein, um mittels eines oder mehrerer verschiedener Funkprotokolle wie beispielsweise Bluetooth drahtlos zu kommunizieren. Ein Signalverarbeitungsgerät ist dazu eingerichtet, um ein Netzwerk zwischen dem 10-Link-Port-Transceiver und dem mindestens einen drahtlosen Transceiver bereitzustellen und so einen Datenaustausch zwischen diesen zu ermöglichen.
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Die Schnittstelle ermöglicht es, einen vorhandenen IO-Link-Master mit einer zusätzlichen Kommunikationsmöglichkeit nachzurüsten und so das Konfigurieren und Überwachen von IO-Link-Devices zu ermöglichen. Da der drahtlose Transceiver kein fester Bestandteil des IO-Link-Masters wird, ist es nicht erforderlich, diesen funkzuzertifizieren.
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Es ist bevorzugt, dass die Schnittstelle weiterhin ein Schaltelement aufweist, das eingerichtet ist, um eine Kommunikationsverbindung zwischen einem Kommunikationspartner und dem drahtlosen Transceiver aufzubauen. Um sicherzustellen, dass nur autorisierte Kommunikationspartner eine Kommunikationsverbindung aufbauen können, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei Betätigen des Schaltelements zunächst ein Aufbausignal an den IO-Link-Master gesendet wird. Dieser zeigt dann auf einem Display einen Code an, um sicherzustellen, dass nur Personen mit einem physikalischen Zugang sich mit dem IO-Link-Master verbinden können. Der Code muss dann vom Kommunikationspartner an die Schnittstelle gesendet werden. Erst wenn ein Vergleich im Signalverarbeitungsgerät ergibt, dass der korrekte Code vom Kommunikationspartner zurückgesendet wurde, wird die Kommunikationsverbindung aufgebaut.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Schnittstelle ein Schaltelement aufweist, das eingerichtet ist, um das Aufbauen von Kommunikationsverbindungen zwischen einem Kommunikationspartner und dem drahtlosen Transceiver zu sperren. Sobald eine Kommunikationsverbindung mit einem Kommunikationspartner aufgebaut wurde, kann durch Betätigen dieses Schaltelements also verhindert werden, dass weitere Kommunikationsverbindungen mit weiteren Kommunikationspartnern aufgebaut werden. So kann ein externer Zugriff auf den IO-Link-Master verhindert werden.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Schnittstelle ein Schaltelement aufweist, das eingerichtet ist, um eine Kommunikation zwischen dem drahtlosen Transceiver über mindestens ein vorgebbares Kommunikationsprotokoll zu sperren. Beispielsweise kann hiermit nur die Kommunikation über das Bluetooth-Protokoll gesperrt werden. Diese Ausführungsform der Schnittstelle ist insbesondere dann sinnvoll, wenn sie mehrere drahtlose Transceiver aufweist, die jeweils für unterschiedliche Kommunikationsprotokolle eingerichtet sind. Das Schaltelement kann dann gezielt einen der drahtlosen Transceiver abschalten.
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Wenn die Schnittstelle die Kommunikation über mehrere verschiedene drahtlose Kommunikationsprotokolle ermöglichen soll, ist es grundsätzlich sowohl möglich, dass hierfür mehrere separate drahtlose Transceiver vorgesehen sind als auch, dass ein drahtloser Transceiver vorgesehen ist, der entweder automatisch oder manuell, beispielsweise durch Betätigung eines weiteren Schaltelements, an der Schnittstelle zwischen unterschiedlichen Kommunikationsprotokollen umschalten kann. Insbesondere kann eines der verwendeten Kommunikationsprotokolle auch das IO-Link-Wireless-Protokoll sein. In diesem Fall ist die Schnittstelle ein IO-Link-Wireless-Master oder ein IO-Link-Wireless-Device. Dieser bzw. dieses kann insbesondere mehrere Tracks (transceiver radio) aufweisen von denen einer insbesondere eingerichtet ist, um zwischen dem IO-Link-Wireless-Protokoll und einem schnelleren Protokoll, wie beispielsweise dem Bluetooth-Protokoll, zu wechseln.
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Eine Antenne des drahtlosen Receivers kann insbesondere als externe Antenne oder innerhalb eines Gehäuses der Schnittstelle als Chip oder als PCB-Antenne auf einer Leiterplatte realisiert sein (PCB = Printed Circuit Board).
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Das Signalverarbeitungsgerät ist insbesondere ein Microcontroller, der das Netzwerk beispielsweise in Form eines Ad-hoc-Kommunikationsprotokolls bereitstellen kann.
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Bei dem Kommunikationspartner kann es sich insbesondere sowohl um ein mobiles Endgerät wie beispielsweise ein Smartphone oder einen Tablet-PC als auch um eine Cloud handeln.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Schnittstelle wenigstens ein Speicherelement umfasst. Das Signalverarbeitungsgerät ist in dieser Ausführungsform der Erfindung eingerichtet, um von dem IO-Link-Port-Transceiver empfangene Daten in dem Speichergerät zu speichern. Das Speicherelement kann beispielsweise eine Speicherkarte sein. Dies ermöglicht es, den Kommunikationsfluss zwischen allen Ports eines IO-Link-Masters in dem Speicherelement zu sichern. Diese Daten können dann beispielsweise in einem Computer offline analysiert werden.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen IO-Link-Master gelöst, der mehrere IO-Link-Ports aufweist. Einer der IO-Link-Ports ist eingerichtet, um mit einem IO-Link-Port-Transceiver einer Schnittstelle gemäß einem der vorhergehend beschriebenen Aspekte der Erfindung verbunden zu werden. Dieser 10-Link-Port kann also als Service-Port fungieren, um einem Servicemitarbeiter unmittelbaren Zugriff auf den IO-Link-Master zu ermöglichen.
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Die Einrichtung zur Verbindung des IO-Link-Ports mit dem IO-Link-Transceiver kann bevorzugt dadurch erfolgen, dass der IO-Link-Master eine Signalverarbeitungseinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um ein Netzwerk zwischen der Schnittstelle und IO-Link-Devices bereitzustellen, die an weiteren IO-Link-Ports des IO-Link-Masters angeschlossen sind. Dies ermöglicht es, diese IO-Link Devices zu parametrieren und von ihnen gelieferte Daten wie beispielsweise Conditional-Monitoring-Daten auszulesen.
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In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Steuern eines IO-Link-Systems gelöst. In diesem Verfahren kommuniziert ein Kommunikationspartner über die Schnittstelle mit mindestens einem IO-Link-Device. Es ist in dem Verfahren also nicht notwendig, das IO-Link-Device vor Ort anzusprechen oder mittels der SPS zu kontaktieren.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist das IO-Link-Device an denselben IO-Link-Master angeschlossen wie die Schnittstelle. Die Kommunikation zwischen dem IO-Link-Device und der Schnittstelle erfolgt also nur über den IO-Link-Master.
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In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist das IO-Link-Device an einen IO-Link-Master angeschlossen, der mit dem IO-Link-Master, an welchen die Schnittstelle angeschlossen ist, über einen Feldbus verbunden ist. In dieser Ausführungsform erfolgt die Kommunikation über beide IO-Link-Master und den Feldbus. Es ist auf diese Weise möglich, mittels der Schnittstelle auch weiter entfernte IO-Link-Devices anzusprechen.
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In noch einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist das IO-Link-Device an einen IO-Link-Master angeschlossen, der mit dem IO-Link-Master, an welchen die Schnittstelle angeschlossen ist, über ein drahtloses Netzwerk verbunden ist. Dabei können zusätzlich auch noch weitere Verbindungselemente vorgesehen sein. So kann beispielsweise das IO-Link-Device an einem ersten IO-Link-Master angeschlossen sein, der über einen Feldbus mit einem zweiten IO-Link-Master verbunden ist. Dieser kann über das drahtlose Netzwerk mit dem dritten IO-Link-Master verbunden sein, welcher wiederum über einen Feldbus mit einem vierten IO-Link-Master verbunden ist, an den die Schnittstelle angebunden ist.
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Der Kommunikationspartner kann in dem Verfahren insbesondere Daten des IO-Link-Devices auslesen. Wenn es sich beispielsweise bei dem IO-Link-Device um einen Sensor und bei dem Kommunikationspartner um ein mobiles Endgerät handelt, so kann ein Servicemitarbeiter sich Sensordaten mittels des Verfahrens auf dem mobilen Endgerät visualisieren lassen.
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Weiterhin kann mittels des Verfahrens der Kommunikationspartner das IO-Link-Device insbesondere parametrieren. Handelt es sich bei dem Kommunikationspartner um ein mobiles Endgerät, so bietet dieses also eine benutzerfreundliche Möglichkeit des Parametrierens von IO-Link-Devices, ohne diese physikalisch beziehungsweise mittels eines Schraubendrehers manipulieren zu müssen oder sie über die SPS parametrieren zu müssen.
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Wenn ein IO-Link-Master ein Webinterface, ein API (application programming interface) oder ein GUI (graphical user interface) aufweist, dann ist es in dem Verfahren bevorzugt, dass der Kommunikationspartner mit dem Interface des IO-Link-Masters kommuniziert. Dies kann der IO-Link-Master sein, an den die Schnittstelle angeschlossen ist, oder aber auch ein IO-Link-Master, der über einen Feldbus und/oder ein drahtloses Netzwerk mit dem IO-Link-Master verbunden ist, an den die Schnittstelle angeschlossen ist. Auf diese Weise wird dem Kommunikationspartner über die Schnittstelle ein Webzugriff ermöglicht.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Kommunikation zwischen der Schnittstelle und dem IO-Link-Master nicht mittels eines IO-Link-Protokolls erfolgt. Stattdessen ist es bevorzugt, dass der IO-Link-Master erkennt, wenn eine Kommunikation mit der Schnittstelle über den IO-Link-Serviceport erfolgen soll und hierzu auf ein schnelleres Kommunikationsprotokoll umschaltet.
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Außerdem ist es bevorzugt, dass ein Transceiver der Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Kommunikationspartner von einem IO-link-Wireless Protokoll auf ein anderes Protokoll umgeschaltet wird, insbesondere auf ein Bluetooth-Protokoll.
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Schließlich wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Überwachen eines IO-Link-Systems gelöst, in dem ein Kommunikationsfluss zwischen IO-Link-Ports eines IO-Link-Masters mittels einer Schnittstelle, die an den IO-Link-Master angeschlossen ist, in einem Speicherelement der Schnittstelle gespeichert wird. Dies ermöglicht ein Protokollieren des Kommunikationsflusses im IO-Link-System.
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Hierbei ist es bevorzugt, dass weiterhin auch ein Informationsfluss zwischen IO-Link-Ports in dem Speicherelement gespeichert wird, deren IO-Link-Master über einen Feldbus und/oder über ein drahtloses Netzwerk mit dem IO-Link-Master verbunden ist, an welchen die Schnittstelle angeschlossen ist.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch eine Schnittstelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2 zeigt schematisch, wie in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein IO-Link-Device über einen IO-Link-Master und eine Schnittstelle mit einem Kommunikationspartner kommuniziert.
- 3 zeigt schematisch die Kommunikation in einem IO-Link-System mithilfe einer Schnittstelle gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
- 4 zeigt schematisch die Kommunikation in IO-Link-Systemen mittels Schnittstellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 5 zeigt schematisch eine Schnittstelle gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Eine Schnittstelle 10 für einen IO-Link-Master gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Sie weist einen IO-Link-Port-Transceiver 11 auf, der als IO-Link-Wired-Transceiver ausgeführt ist. Dieser ist mit einem IO-Link-Wired-Connector 111 in Form eines Steckers für einen 10-Link-Port verbunden. Weiterhin weist die Schnittstelle 10 einen drahtlosen Transceiver 12 auf, der als Bluetooth-Transceiver ausgeführt ist und eine Antenne 121 aufweist. Ein Signalverarbeitungsgerät 13 in Form eines Microcontrollers ist mit dem IO-Link-Port-Transceiver 11 und mit dem drahtlosen Transceiver 12 verbunden und stellt ein Netzwerk zwischen diesen beiden bereit. Es ist außerdem mit drei Schaltelementen 14, 15, 16 in Form von Druckschaltern verbunden. Das erste Schaltelement 14 ist ein Pairing-Druckknopf, durch dessen Betätigung ein Pairing-Signal mittels des IO-Link-Port-Transceivers 11 an einen IO-Link-Master gesendet werden kann. Das zweite Schaltelement 15 ist eingerichtet, um den Aufbau weiterer Kommunikationsverbindungen über den drahtlosen Transceiver neben bereits bestehenden Kommunikationsverbindungen zu sperren. Das dritte Schaltelement 16 ist eingerichtet, um Verbindungen mittels des drahtlosen Transceivers 12 über das Bluetooth-Protokoll zu sperren. Außerdem ist ein Speicherelement 17 in Form einer Speicherkarte vorgesehen. Das Signalverarbeitungsgerät 13 ist dazu eingerichtet, um über den IO-Link-Port-Transceiver 11 die Kommunikation zwischen IO-Link-Ports eines IO-Link-Masters auszulesen, an welchen die Schnittstelle 10 angeschlossen ist. Die gesamte Kommunikation wird vom Signalverarbeitungsgerät 13 auf dem Speicherelement 17 gespeichert. Dieses kann der Schnittstelle 10 entnommen werden, um die darauf gespeicherten Daten beispielsweise einem Computer zuzuführen, an welchem sie dann ausgewertet werden können.
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Wie in 2 dargestellt ist, kann die Schnittstelle 10 mittels des IO-Link-Wired-Connectors 111 direkt in einen 10-Link-Port 21 eines IO-Link-Masters eingesteckt werden. Sie kann beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Verschraubung an dem IO-Link-Port 21 befestigt werden. Dieser IO-Link-Port 21 wird im Folgenden als IO-Link-Serviceport bezeichnet. Weitere IO-Link-Ports 22 des IO-Link-Masters sind über ein Signalverarbeitungsgerät 23 innerhalb des IO-Link-Masters 20 so mit dem IO-Link-Serviceport 21 verbunden, dass die Schnittstelle 10 Daten mit einem an einem IO-Link-Port 22 angeschlossenen IO-Link-Device 40 austauschen kann. Diese können an einen Kommunikationspartner 30 in Form eines Smartphones weitergeleitet werden. Der IO-Link-Master 20 weist weiterhin eine Feldbuskommunikationsschnittstelle 24, eine elektrische Versorgung 25, ein Display 26 und ein Webinterface auf. Das Webinterface ermöglicht eine Webkommunikation über die Feldbuskommunikationsschnittstelle 24 oder erfindungsgemäß über die Schnittstelle 10. Wenn über den IO-Link-Serviceport 21 ein Pairing-Signal an das Signalverarbeitungsgerät 23 gesendet wird, so wird ein darin gespeicherter Code auf dem Display 26 angezeigt. Der Benutzer des Kommunikationspartners 30 muss diesen nun ablesen und in den Kommunikationspartner 30 eingeben. Dieser sendet ihn wiederum über die Schnittstelle 10 an den IO-Link-Master und an dessen Signalverarbeitungsgerät 25 zurück. Erst wenn im Signalverarbeitungsgerät 25 erkannt wird, dass der korrekte Code eingegeben wurde, wird der Schnittstelle 10 der Zugriff auf die anderen IO-Link-Ports 22 und daran angeschlossene IO-Link-Devices 40 gestattet. Auch der Zugriff auf weitere IO-Link-Master, die über die Feldbuskommunikationsschnittstelle 24 mit diesem IO-Link-Master 20 verbunden sind, wird nun gestattet. Ebenfalls wird ein Zugriff auf das Web-Interface ermöglicht.
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Wie in 3 dargestellt ist, muss die Schnittstelle 10 nicht direkt an den IO-Link-Serviceport 21 eingesteckt werden. Stattdessen kann der IO-Link-Wired-Connector 111 auch über ein Kabel 211 mit dem IO-Link-Serviceport 21 verbunden werden. Dies ermöglicht es, die Schnittstelle in einem größeren Abstand zu einem IO-Link-Master 20a zu positionieren, der einen einfacheren Zugriff mittels des Kommunikationspartners 30 ermöglicht. Wenn weitere IO-Link-Master 20b, 20c und eine SPS 60 mittels eines Feldbusses 50 mit dem ersten IO-Link-Master 20a verbunden sind, kann der Kommunikationspartner 30 auch auf diese zugreifen. Insbesondere ermöglicht dies auch das Auslesen von Daten eines IO-Link-Devices 40, das an einen weiter entfernten IO-Link-Master 20c angebunden ist. Auch ein Parametrieren dieses IO-Link-Devices 40 ist möglich, ohne dass direkter physikalischer Zugriff darauf besteht.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem in einem ersten IO-Link-System eine Schnittstelle 10a an einen ersten IO-Link-Master 20a angebunden ist. Dieser ist über einen ersten Feldbus 50a mit einem zweiten IO-Link-Master 20b und einer ersten SPS 60a verbunden. Ein zweites IO-Link-System weist eine zweite Schnittstelle 10b auf, die an einen dritten IO-Link-Master 20c angebunden ist. Über einen zweiten Feldbus 50b sind ein vierter IO-Link-Master 20d und eine zweite SPS 60b an den dritten IO-Link-Master 20c angebunden. Ein IO-Link-Device 40 ist am vierten IO-Link-Master 20d angebunden. Die IO-Link-Master 20a bis 20d der beiden IO-Link-Systeme sind über ein drahtloses Mesh-Netzwerk miteinander verbunden. Wenn der Benutzer eines Smartphones, das als Kommunikationspartner 30 fungiert, sich lediglich innerhalb der Reichweite der ersten Schnittstelle 10a aber nicht innerhalb der Reichweite der zweiten Schnittstelle 10b befindet, so kann er über die erste Schnittstelle 10a das drahtlose Netzwerk und die Feldbusse 50a, 50b dennoch auf das weit entfernte IO-Link-Device 40 zugreifen.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Schnittstelle 10, die alle Komponenten der Schnittstelle 10 gemäß 1 aufweist. Anstelle nur eines drahtlosen Transceivers 12 mit einer Antenne 121 weist diese Schnittstelle 10 jedoch zwei drahtlose Transceiver 12a, 12b mit jeweils einer Antenne 121a, 121b auf. Diese Schnittstelle 10 ist als IO-Link-Wireless-Master ausgeführt. Der erste drahtlose Transceiver 12a kommuniziert dabei über das IO-Link-Wireless-Protokoll, während der zweite Transceiver 12b automatisch bei Bedarf und Konfiguration zwischen dem IO-Link-Wireless-Protokoll und dem Bluetooth-Protokoll wechselt und zur Kommunikation mit dem Kommunikationspartner 30 eingerichtet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012009494 A1 [0003]
