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Die Erfindung betrifft ein System zur Datenübertragung zwischen zwei Geräten. Ferner betrifft die Erfindung ein Ventilsystem mit einem System zur Datenübertragung.
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Aus dem Stand der Technik sind Ventilsysteme bekannt, die ein Prozessventil aufweisen. Die Ventilstellung des Prozessventils, also die jeweilige Stellung bzw. Position des Prozessventils, wird dabei mittels eines Wegmesssystems erfasst. Das Wegmesssystem kann als ein analoges Wegmesssystem ausgebildet sein, bei dem ein entsprechender Messwert für einzelne Stellungen aufgenommen wird, die auch als Ventilstellungen bezeichnet werden. Bei den Ventilstellungen handelt es sich üblicherweise zumindest um die geschlossene Ventilstellung und die geöffnete Ventilstellung. Es können aber auch Zwischenstellungen des Prozessventils sein, also Stellungen zwischen der geöffneten Ventilstellung und der geschlossenen Ventilstellung. In einer Anlernphase, die auch als Einlernvorgang („Teaching“) bezeichnet wird, werden die erfassten Ventilstellungen üblicherweise mit einem gewissen Toleranzbereich eingelernt. In der Anlernphase werden typischerweise die Endstellungen verwendet, also die geöffnete Ventilstellung und die geschlossene Ventilstellung, sowie eine oder zwei weitere Zwischenstellungen verwendet. In der Anlernphase erfolgt dann ein Abgleich der erfassten Ventilstellungen mit dem realen Hubbereich des Prozessventils.
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Die Rückmeldung zusätzlicher Werte, die beispielsweise bei weiteren Stellungen bzw. Positionen des Prozessventils an einer weiteren Ventilkomponente, insbesondere weiteren bewegten Ventilkomponente, auftreten, erfolgt über ein externes diskretes Rückmeldesignal einer Rückmeldeeinrichtung, beispielsweise ein binäres Signal, also eine logische Eins bzw. eine logische Null. Hierzu ist es jedoch notwendig, dass die Rückmeldeeinrichtung mechanisch möglichst genau zur weiteren Ventilkomponente positioniert und justiert worden ist, um ein korrektes Rückmeldesignal bereitstellen zu können. Ein Beispiel für eine weitere Stellung ist eine spezielle Ventilstellung bei einer speziellen Funktion, z.B. bei einem Reinigungshub. Hier nimmt das Ventil eine Stellung außerhalb der geöffneten Ventilstellung und der geschlossenen Ventilstellung ein.
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Als nachteilig hat sich herausgestellt, dass die Positionierung und Justierung der Rückmeldeeinrichtung zeitaufwendig und fehleranfällig ist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine vereinfachte und prozesssichere Inbetriebnahme und Rückmeldung zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein System zur Datenübertragung zwischen zwei Geräten, insbesondere zwischen zwei Geräten eines Ventilsystems. Das System umfasst ein Ausgabegerät mit einer Binär-Ausgangsschnittstelle sowie ein erstes Feldgerät mit einer Binär-Eingangsschnittstelle, die mit der Binär-Ausgangsschnittstelle über eine unidirektionale Verbindung signalübertragend verbunden ist. Das Ausgabegerät weist ein Signalverarbeitungsmodul auf, das eingerichtet ist, einen zu übertragenden Datensatz gemäß einem seriellen Protokoll in ein binäres, zeitdiskretes Signal umzuwandeln. Das erste Feldgerät weist ein Signalverarbeitungsmodul auf, das eingerichtet ist, das empfangene binäre, zeitdiskrete Signal gemäß dem seriellen Protokoll in den Datensatz umzuwandeln.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Ventilsystem mit einem System zur Datenübertragung, insbesondere ein System der zuvor genannten Art. Das Ventilsystem umfasst ein Prozessventil mit einem Steuerkopf und einer weiteren Ventilkomponente, insbesondere einer Ventilspindel bzw. einem Ventilspindelsystem, der eine Erfassungseinrichtung, insbesondere ein Näherungsschalter, zugeordnet ist, wobei die Erfassungseinrichtung eine Binär-Ausgangsschnittstelle aufweist. Der Steuerkopf weist eine Binär-Eingangsschnittstelle auf, die mit der Binär-Ausgangsschnittstelle über eine unidirektionale Verbindung signalübertragend verbunden ist. Die Erfassungseinrichtung weist ein Signalverarbeitungsmodul auf, das eingerichtet ist, einen zu übertragenden Datensatz gemäß einem seriellen Protokoll in ein binäres, zeitdiskretes Signal umzuwandeln. Der Steuerkopf weist ein Signalverarbeitungsmodul auf, das eingerichtet ist, das empfangene binäre, zeitdiskrete Signal gemäß dem seriellen Protokoll in den Datensatz umzuwandeln.
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Das Ausgabegerät, beispielsweise die Erfassungseinrichtung bzw. der Näherungsschalter, stellt demnach die Signal- bzw. Datenquelle dar, wohingegen das erste Feldgerät, beispielsweise der Steuerkopf des Prozessventils, die dazugehörige Signal- bzw. Datensenke darstellt. Es ist somit möglich, dass das binäre, zeitdiskrete Signal, also eine entsprechende Bitfolge, vom Ausgabegerät an das erste Feldgerät unidirektional übertragen wird, also nur in eine Richtung, nämlich vom Ausgabegerät zum ersten Feldgerät. Hierzu weist das Ausgabegerät das entsprechende Signalverarbeitungsmodul auf, das ein analoges Messsignal bzw. einen erfassten analogen Messwert zunächst in das digitale Signal umwandelt, also die Bitfolge bzw. das binäre, zeitdiskrete Signal. Das digitale Signal wird dann über die unidirektionale Verbindung von der Binär-Ausgangsschnittstelle des Ausgabegeräts an die Binär-Eingangsschnittstelle des ersten Feldgeräts übermittelt. Das erste Feldgerät weist das entsprechende Signalverarbeitungsmodul auf, das eingerichtet ist das digitale Signal, also die Bitfolge bzw. das binäre, zeitdiskrete Signal, wieder zurück in den Datensatz zu wandeln, um die entsprechenden Informationen zu erhalten.
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Das Signalverarbeitungsmodul kann unter anderem einen Prozessor wie einen Mikroprozessor sowie eine Software umfassen, die von dem Prozessor ausgeführt wird.
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Insofern ist es möglich, dass trotz der Binär-Eingangsschnittstelle des ersten Feldgeräts komplexe Informationen, bspw. in Form eines analogen Messwerts entsprechend übermittelt werden. Demnach kann das System zur Datenübertragung sicherstellen, dass komplexere Informationen als lediglich zwei verschiedene Zustände, nämlich eine logische Null und eine logische Eins, zwischen den jeweiligen Geräten übermittelt werden.
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Die Daten, die von dem Ausgabegerät an das erste Feldgerät übermittelt werden, können dort entsprechend eingelesen werden, wobei es sich bei den Daten um entsprechend komplexe Informationen handeln kann.
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Insbesondere ist es hierdurch möglich, dass die Positionierung und Justierung einer Rückmeldeeinrichtung, die das entsprechende Ausgabegerät darstellt, nicht mehr genau vorgenommen werden muss, da es nunmehr ausreichend ist, eine grobe Positionierung und Justierung der Rückmeldeeinrichtung vorzunehmen, da diese ein digitales Signal an das erste Feldgerät übermittelt, welches jedoch analoge Informationen enthält, also entsprechend komplexe Informationen wie den analog erfassten Messwert.
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Beispielsweise übermittelt das als Rückmeldeeinrichtung ausgebildete Ausgabegerät über die Binär-Ausgangsschnittstelle einen Messwert, der einem Entfernungswert entsprechen kann (bspw. die Entfernung eines Sensors zu einem Signalgeber), wobei der Messwert nun ähnlich wie das Signal eines internen Wegmesssystems für ein Einlernen verwendet werden kann.
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Grundsätzlich handelt es sich bei dem Feldgerät um ein Gerät in der Automatisierungstechnik, insbesondere einen Sensor oder einen Aktor in der Automatisierungstechnik. Das Feldgerät kann über einen Feldbus oder Echtzeit-Ethernet mit weiteren Feldgeräten und/oder mit einem Automatisierungsgerät verbunden sein, beispielsweise einer speicherprogrammierten Steuerung (SPS).
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Ein Aspekt sieht vor, dass das Signalverarbeitungsmodul des Ausgabegeräts eingerichtet ist, den Datensatz zu codieren und/oder dass das Signalverarbeitungsmodul des ersten Feldgeräts eingerichtet ist, das binäre, zeitdiskrete Signal zu decodieren. Die dem Datensatz zugrundeliegenden komplexen Informationen, beispielsweise in Form eines analogen Messwerts, können entsprechend vom Signalverarbeitungsmodul des Ausgabegeräts codiert werden, wobei die Codierung die entsprechende Bitfolge bestimmt.
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Das Signalverarbeitungsmodul des ersten Feldgeräts kennt die entsprechende Codierung, sodass das Signalverarbeitungsmodul des ersten Feldgeräts das empfangene binäre, zeitdiskrete Signal, also die Bitfolge decodieren kann. Hierdurch lassen sich die komplexen Informationen, die dem Datensatz zugrunde liegen, mittels des binären Signals an das erste Feldgerät übertragen.
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Beispielsweise handelt es sich bei dem Datensatz bzw. den komplexen Informationen um analoge Messwerte, die je nach Zustand des zu messenden Systems, beispielsweise des Prozessventils, unterschiedlich sein können.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das Ausgabegerät einen analogen Sensor aufweist, der eingerichtet ist, einen Analogwert, insbesondere einen Stromwert, einen Spannungswert oder einen Frequenzwert, auszugeben. Das Ausgabegerät ist eingerichtet, den vom analogen Sensor erzeugten Analogwert in das binäre, zeitdiskrete Signal umzuwandeln. Insofern ist es möglich, dass der analoge Sensor Informationen gemäß einem analogen Signal an das Feldgerät übermittelt, da der analoge Messwert, beispielsweise in Form des Stromwerts, des Spannungswertes oder des Frequenzwertes, in das binäre, zeitdiskrete Signal umgewandelt wird. Im Gegensatz hierzu ist im Stand der Technik üblicherweise ein Schwellenwert, z.B. ein Stromschwellenwert, vorgesehen, der zwischen der logischen Null und der logischen Eins unterscheidet. Der analoge Sensor kann eine Stromschnittstelle (beispielsweise eine sogenannte 4-20-mA-Schnittstelle) oder eine Spannungsschnittstelle (beispielsweise eine sogenannte 0-10-V-Schnittstelle) haben, deren Ausgabewert vom Signalverarbeitungsmodul in das binäre, zeitdiskrete Signal umgewandelt wird.
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Insofern lassen sich erfindungsgemäß komplexe Informationen übermitteln, da der konkret erfasste Analogwert, bspw. der Stromwert, des analogen Sensors mittels des binären, zeitdiskreten Signals an das erste Feldgerät übermittelt werden kann, also nicht nur die Information, ob der Schwellenwert, bspw. der Stromschwellenwert, über- bzw. unterschritten worden ist oder nicht, was der logischen Null bzw. der logischen Eins entspricht.
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Das Ausgabegerät kann ein zweites Feldgerät sein, insbesondere eine Erfassungseinrichtung bzw. ein Näherungsschalter, beispielsweise ein IO-Link Gerät. Die Datenübertragung kann demnach zwischen zwei Feldgeräten stattfinden, die binäre Schnittstellen aufweisen, welche beim ersten Feldgerät als Binär-Eingangsschnittstelle und beim zweiten Feldgerät als Binär-Ausgangsschnittstelle ausgebildet sind, da zwischen den beiden Feldgeräten eine unidirektionale Verbindung vorgesehen ist, sodass das binäre, zeitdiskrete Signal ausschließlich vom zweiten Feldgerät zum ersten Feldgerät übermittelt wird.
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Grundsätzlich kann die jeweilige binäre Schnittstelle dergestalt sein, dass sie zur bidirektionalen Kommunikation verwendet werden könnte. Erfindungsgemäß ist die entsprechende Schnittstelle aber so eingerichtet, dass sie nur für die unidirektionale Kommunikation dient. Daher handelt es sich bei der binären Schnittstelle auch um eine Ausgangsschnittstelle oder eine Eingangsschnittstelle, wobei zwischen den Schnittstellen ausschließlich die unidirektionale Verbindung vorliegt, also gerade keine bidirektionale Verbindung.
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Insbesondere wird die an sich bidirektionale Schnittstelle des IO-Link Geräts nur als Binär-Ausgangsschnittstelle betrieben, also nur für die unidirektionale Kommunikation. Die entsprechende Einrichtung bzw. Ausbildung der Schnittstelle kann über eine entsprechende Anpassung der Software (und optional ergänzend der Hardware) des jeweiligen Geräts erfolgen.
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Beispielsweise erfolgt die Einrichtung bzw. Modifikation der binären Schnittstellen über die Software der Geräte, sodass die Schnittstellen als die Binär-Ausgangsschnittstelle und die Binär-Eingangsschnittstelle ausgebildet sind. Eine Anpassung der Hardware erfolgt nicht, sodass die Geräte in einem anderen Betriebsmodus weiterhin als bidirektionale Geräte betrieben werden können.
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Insofern kann das Ausgabegerät und/oder das erste Feldgerät einen ersten Betriebsmodus, in dem die unidirektionale Kommunikation vorgesehen ist, und einen zweiten Betriebsmodus aufweisen, in dem eine bidirektionale Kommunikation vorgesehen ist, beispielsweise mit einem weiteren Gerät. Zwischen den beiden Betriebsmodi kann hin- und hergeschalten werden.
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Je nach Betriebsmodus betreibt die Software des entsprechenden Geräts die jeweilige Schnittstelle anders.
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Im ersten Betriebsmodus betreibt die Software des Ausgabegeräts die Schnittstelle des Ausgabegeräts so, dass diese nur als Binär-Ausgangsschnittstelle fungiert. Zudem betreibt die Software des ersten Feldgeräts die Schnittstelle des ersten Feldgeräts im ersten Betriebsmodus so, dass diese nur als Binär-Eingangsschnittstelle fungiert.
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Demnach hat im ersten Betriebsmodus das Ausgabegerät die Binär-Ausgangsschnittstelle, da die entsprechende Schnittstelle so betrieben wird, und das erste Feldgerät die Binär-Eingangsschnittstelle, da die entsprechende Schnittstelle so betrieben wird. Hierdurch wird die unidirektionale Verbindung zwischen den Geräten erreicht.
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Das IO-Link Gerät weist eine entsprechende IO-Link Schnittstelle auf. Beispielsweise handelt es sich um einen IO-Link Näherungsschalter.
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Grundsätzlich stellt IO-Link eine standardisierte IO-Technologie dar, mit der eine Punkt-zu-Punkt Kommunikation möglich ist. IO-Link ist feldbusunabhängig, wobei sich IO-Link in unterschiedliche Feldbusse integrieren lässt.
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Das IO-LinkGerät weist jedoch eine Binär-Schnittstelle auf, die genutzt wird, um die komplexen Informationen, die dem Datensatz zugrunde liegen, über das binäre, zeitdiskrete Signal an das erste Feldgerät zu übertragen.
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Insofern sind das Ausgabegerät, insbesondere das IO-Link Gerät, sowie das erste Feldgerät modifiziert worden, um die Kommunikation der komplexen Informationen, die dem Datensatz zugrunde liegen, über die unidirektionale Verbindung zu ermöglichen, indem der Datensatz vor der Übertragung in die Bitfolge umgewandelt und die empfangene Bitfolge wieder in den Datensatz zurückgewandelt werden. Es können also Daten von einem (modifizierten) binären Feldgerät, insbesondere einem IO-Link Gerät, zu einer (modifizierten) Binär-Schnittstelle des ersten Feldgeräts übertragen und dort eingelesen werden.
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Bei der jeweiligen Binär-Schnittstelle kann es sich um eine Schnittstelle nach Industriestandard handeln, zum Beispiel eine klassische binäre Initiator-Schnittstelle.
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Grundsätzlich ist es hierdurch möglich, dass einfache Feldgeräte durch komplexe Feldgeräte ersetzt werden, beispielsweise IO-LinkGeräten, die entsprechend modifiziert worden sind.
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Bei der Modifikation handelt es sich darum, dass das entsprechende Gerät, beispielsweise das Feldgerät, so eingerichtet ist, dass die ansonsten bidirektionale Schnittstelle ausschließlich als unidirektionale Schnittstelle betrieben wird, also nur in eine Richtung. Demnach wird die entsprechende Schnittstelle beispielsweise nur als Binär-Ausgangsschnittstelle betrieben, sodass entsprechende Daten in binärer, zeitdiskreter und unidirektionaler Weise an die Binär-Eingangsschnittelle des anderen Geräts übertragen werden.
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Mit anderen Worten ist ein an sich komplexes Gerät, beispielsweise das IO-Link Gerät, so modifiziert bzw. eingerichtet, insbesondere softwareseitig, dass die komplexe Schnittstelle zur Kommunikation mit einem einfachen Initiatoreingang ausgebildet ist. Das empfängerseitige Gerät muss ebenfalls entsprechend eingerichtet sein, beispielsweise softwareseitig.
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Insofern sind die beiden Geräte hinsichtlich ihrer Software (und optional ihrer Hardware) so eingerichtet, dass sie über die bidirektionalen Schnittstellen die unidirektionale Verbindung ausbilden, sodass die Schnittstelle des ersten Geräts als Binär-Eingangsschnittstelle und die Schnittstelle des zweiten Geräts als Binär-Ausgangsschnittstelle fungieren.
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Insofern sind die entsprechend modifizierten Ausgabegeräte, insbesondere die modifizierten komplexen Feldgeräte wie IO-LinkGeräte, in der Lage mit korrespondierend modifizierten Feldgeräten, also dem ersten Feldgerät, zu kommunizieren.
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Das erste Feldgerät kann ein Steuerkopf für ein Prozessventil sein, beispielsweise ein Steuerkopf eines Prozessventils eines Ventilsystems. Insofern kann das System zur Datenübertragung Bestandteil des Ventilsystems sein.
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Grundsätzlich kann es sich bei dem ersten Feldgerät und dem Ausgabegerät, insbesondere dem zweiten Feldgerät, um komplexe Feldgeräte handeln, also einem IO-Link Gerät, das ein entsprechendes Signalverarbeitungsmodul aufweist.
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Demnach kann das erste Feldgerät und/oder das Ausgabegerät das Signalverarbeitungsmodul aufweisen, das entsprechend eingerichtet, ausgebildet bzw. modifiziert ist.
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Dabei und im Folgenden ist unter einem „Modul“ im Allgemeinen bzw. dem Signalverarbeitungsmodul im Speziellen entsprechende Hardware und/oder Software zu verstehen, welche dazu eingerichtet sind bzw. ist, eine bestimmte Funktionalität zu erfüllen. Insbesondere ist darunter eine Kombination von geeigneter Hardware und Software zu verstehen. Die Hardware kann dabei beispielsweise eine CPU, eine GPU, ein FPGA, einen ASIC oder andere Arten von Schaltkreisen umfassen.
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Bei der Software kann es sich um eine Signalverarbeitungssoftware handeln, die auf der Hardware bzw. von der Hardware ausgeführt wird, insbesondere dem Prozessor.
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Insbesondere ist das Signalverarbeitungsmodul des Ausgabegeräts dazu eingerichtet, den Datensatz zu codieren bzw. den Datensatz in das binäre, zeitdiskrete Signal umzuwandeln. Bei dem binären, zeitdiskreten Signal entsprechen Pegel bzw. Spannungen beispielsweise einem reinen binären Signal.
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Hierzu ist das Signalverarbeitungsmodul des Ausgabegeräts, beispielsweise die Signalverarbeitungssoftware, derart ausgebildet, dass das Signalverarbeitungsmodul, beispielsweise die Hardware wie ein Treiberschaltkreis, ein einfaches (serielles) Protokoll auf der unidirektionalen Verbindung umsetzt.
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Das binäre, zeitdiskrete Signal kann ein Pulsweitenmodulation-Signal (PWM-Signal) oder ein Frequenzmodulation-Signal (FM-Signal) sein oder einem digitalen Protokoll entsprechen.
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Das Signalverarbeitungsmodul des ersten Feldgeräts kann dazu eingerichtet sein, das binäre, zeitdiskrete Signal zu decodieren bzw. das binäre, zeitdiskrete Signal in den Datensatz umzuwandeln.
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Die im binären, zeitdiskreten Signal enthaltenen Informationen, also der Datensatz, wird mit dem seriellen Protokoll an die Binär-Eingangsschnittstelle des ersten Feldgeräts übertragen, dessen Signalverarbeitungsmodul das binäre, zeitdiskrete Signal empfängt und das serielle Protokoll auswertet, um den Datensatz zu erhalten, also die komplexen Informationen.
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Grundsätzlich kann es sich bei dem seriellen Protokoll um ein einfaches Protokoll handeln, beispielsweise dem „American Standard Code for Information Interchange“ (ASCII).
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Ein Aspekt sieht vor, dass das Ventilsystem, insbesondere der Steuerkopf, eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit umfasst, die mit der Binär-Eingangsschnittstelle signalübertragend verbunden ist. Insbesondere weist die Steuer- und/oder Auswerteeinheit das Signalverarbeitungsmodul auf. Das Signalverarbeitungsmodul ist eingerichtet, das empfangene binäre zeitdiskrete Signal gemäß dem seriellen Protokoll in den Datensatz umzuwandeln. Die Steuer- und/oder Auswerteeinheit kann eine übergeordnete Steuer- und/oder Auswerteeinheit des Ventilsystems sein, die die Signale mehrerer untergeordneter Systeme erhält.
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Die Steuer- und/oder Auswerteeinheit kann mehrere Verarbeitungsmodule umfassen, denen spezielle Verarbeitungsaufgaben zugeordnet sind, insbesondere hinsichtlich der empfangenen Signale. Die Steuer- und/oder Auswerteeinheit ist demnach eingerichtet, die Bitfolge zu analysieren, um die komplexe Information zu erhalten.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das Ventilsystem ein Wegmesssystem aufweist, das der Ventilspindel zugeordnet ist, wobei das Wegmesssystem eingerichtet ist, ein von der Stellung des Prozessventils abhängiges Messsignal auszugeben. Bei dem Wegmesssystem handelt es sich um ein Wegmesssystem, das dazu vorgesehen ist, die Position des Prozessventils aufgrund der Stellung der Ventilspindel zu erfassen. Das Wegmesssystem kann in herkömmlicher Weise während einer Anlernphase angelernt worden sein, sodass es zumindest die Offenstellung bzw. die Schließstellung des Prozessventils bereits erlernt hat.
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Insbesondere ist die Steuer- und/oder Auswerteeinheit eingerichtet, das vom Wegmesssystem empfangene Messsignal in eine Ventilstellung des Prozessventils zu übersetzen. Die Steuer- und/oder Auswerteeinheit kann hierzu ein entsprechendes Wegmessverarbeitungsmodul aufweisen, das dafür vorgesehen ist, das vom Wegmesssystem empfangenen Messsignal auszuwerten, um hierüber die Ventilstellung des Prozessventils zu erhalten.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Steuer- und/oder Auswerteeinheit eingerichtet ist, das vom Wegmesssystem empfangene Messsignal und den Datensatz zu verarbeiten, der aus dem binären, zeitdiskreten Signal gemäß dem seriellen Protokoll umgewandelt worden ist. Die Steuer- und/oder Auswerteeinheit kann hierzu ein Lernverarbeitungsmodul aufweisen, das die Signale vom Wegmesssystemverarbeitungsmodul sowie vom Signalverarbeitungsmodul erhält. Das Lernverarbeitungsmodul kann die entsprechenden Informationen verarbeiten und nutzen, um die entsprechenden Stellungen des Prozessventils zu lernen. Auch können die Informationen des Wegmesssystemverarbeitungsmoduls und des Signalverarbeitungsmoduls miteinander verglichen werden, um so eine Redundanz zu gewährleisten.
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Da die Erfassungseinrichtung bzw. der Näherungsschalter, also das Ausgabegerät, komplexe Informationen an die Steuer- und/oder Auswerteeinheit übermittelt, insbesondere das Signalverarbeitungsmodul, ist es nicht erforderlich, dass die Erfassungseinrichtung, der Näherungsschalter bzw. das Ausgabegerät möglichst genau justiert werden muss. Aufgrund der komplexen Information lässt sich nämlich ein entsprechender Zusammenhang mit der tatsächlichen Stellung des Prozessventils herstellen, insbesondere der weiteren Ventilkomponente, beispielsweise der Ventilspindel bzw. dem Ventilspindelsystem.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventilsystems, das ein erfindungsgemäßes System zur Datenübertragung umfasst,
- - 2 eine Übersicht, die die Kommunikation zwischen den Geräten des erfindungsgemäßen Systems zur Datenübertragung zeigt, und
- - 3 eine weitere Übersicht, die die Datenübertragung zwischen den beiden Geräten des erfindungsgemäßen Systems zur Datenübertragung verdeutlicht.
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In 1 ist ein Ventilsystem 10 gezeigt, das ein Prozessventil 12 sowie einen Steuerkopf 14 umfasst.
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Das Prozessventil 12 weist eine Ventilspindel 16 auf, die als eine Kolbenstange ausgebildet ist. Die Ventilspindel 16 hat einen Messabschnitt 18, der beispielsweise als eine Verlängerung ausgebildet ist. Der Messabschnitt 18 ragt in den Steuerkopf 14 hinein.
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Das Ventilsystem 10 umfasst zudem ein Wegmesssystem 20, mit dem die Stellung des Prozessventils 12, insbesondere der Ventilspindel 16, erfasst werden kann. Beispielsweise handelt es sich bei dem Wegmesssystem 20 um ein analoges Wegmesssystem, das einen analogen Messwert für die Stellung des Prozessventils 12 bzw. der Ventilspindel 16 liefert.
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Das Wegmesssystem 20 weist einen Signalgeber 22 auf, der der Ventilspindel 16 zugeordnet ist, insbesondere am Messabschnitt 18 angeordnet ist. Zudem weist das Wegmesssystem 20 einen Sensor 24 auf, der mit dem Signalgeber 22 wechselwirkt, indem der Sensor 24 entsprechende Signale des Signalgebers 22 empfängt, die einen Rückschluss auf die Position bzw. die Stellung des Prozessventils 12 zulassen.
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Hierzu gibt das Wegmesssystem 20 ein Messsignal 26 aus, das von der jeweiligen Stellung des Prozessventils 12 abhängig ist. Das Messsignal 26 wird an eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit 28 übermittelt, die im Steuerkopf 14 vorgesehen ist.
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Die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 28 weist ein Wegmesssystemverarbeitungsmodul 30 auf, das das entsprechende Messsignal 26 vom Wegmesssystem 20 erhält und verarbeitet, um ausgehend vom erhaltenen Messsignal 26 auf die Ventilstellung des Prozessventils 12 zu schließen.
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In einer Anlernphase hat die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 28, insbesondere das Wegmesssystemverarbeitungsmodul 30, gelernt, welches Messsignal 26 mit welcher Stellung des Prozessventils 12 einhergeht. Hierbei werden üblicherweise zumindest die Offenstellung sowie die Schließstellung des Prozessventils 12 angelernt.
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Darüber hinaus umfasst das Ventilsystem 10 ein System 32 zur Datenübertragung zwischen zwei Geräten, von denen eins der Steuerkopf 14 ist.
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Der Steuerkopf 14 ist beispielsweise als ein erstes Feldgerät 34 ausgebildet, das eine Binär-Eingangsschnittstelle 36 aufweist, über die das erste Feldgerät 34 bzw. der Steuerkopf 14 ein entsprechendes binäres, zeitdiskretes Signal empfangen kann.
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Das zweite Gerät des Systems 32 ist ein Ausgabegerät 38, welches in der gezeigten Ausführungsform als eine die Erfassungseinrichtung 40 in Form eines Näherungsschalters ausgebildet ist. Das Ausgabegerät 38, also der Näherungsschalter bzw. die Erfassungseinrichtung 40, weist eine Binär-Ausgangsschnittstelle 42 auf, die mit der Binär-Eingangsschnittstelle 36 des ersten Feldgeräts 34, also des Steuerkopfs 14, mittels einer unidirektionalen Verbindung 44 signalübertragend verbunden ist.
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Die Binär-Eingangsschnittstelle 36 des ersten Feldgeräts 34, also des Steuerkopfs 14, kann einen Spannungsanschluss, einen Masseanschluss sowie einen Signaleingang umfassen, über den die Binär-Eingangsschnittstelle 36 das binäre, zeitdiskrete Signal empfangen wird. Der Spannungsanschluss kann ein 24V-Anschluss sein, über den das Ausgabegerät 38 mit einer Betriebsspannung versorgt wird, wobei der Masseanschluss das Bezugspotenzial bereitstellt.
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Der Näherungsschalter bzw. die Erfassungseinrichtung 40 ist einem weiteren Signalgeber 46 zugeordnet, der an einer weiteren Ventilkomponente 48 des Prozessventils 12 angeordnet ist, beispielsweise einer weiteren bewegten Ventilkomponente, sodass sich die Position des weiteren Signalgebers 46 mit der Stellung der weiteren Ventilkomponente 48 des Prozessventils 12 entsprechend verändert, was von der Erfassungseinrichtung 40 bzw. vom Ausgabegerät 38 detektiert wird, nämlich in Form eines Sensorwerts 50.
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Der Sensorwert 50 kann einen analogen Messwert darstellen, also einen Analogwert, beispielsweise einen Stromwert, einen Spannungswert oder einen Frequenzwert. Der ausgegebene Sensorwert 50 hängt dabei von der Stellung des Prozessventils 12 ab, insbesondere von der Stellung der weiteren Ventilkomponente 48.
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Das Ausgabegerät 38 bzw. die Erfassungseinrichtung 40 weist zudem ein Signalverarbeitungsmodul 52 auf, das den Sensorwert 50, also den zu übertragenden Datensatz, in ein binäres, zeitdiskretes Signal umwandelt, welches über die Binär-Ausgangsschnittstelle 42 an die Binär-Eingangsschnittstelle 36 des ersten Feldgeräts 34 bzw. des Steuerkopfs 14 übertragen werden kann.
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Hierzu wendet das Signalverarbeitungsmodul 52 ein serielles Protokoll an, um den analogen Sensorwert 50 in das binäre, zeitdiskrete Signal umzuwandeln, also die Bitfolge.
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Das binäre, zeitdiskrete Signale, also die Bitfolge, wird dann über die unidirektionale Verbindung 44 an die Binär-Eingangsschnittstelle 36 übermittelt, die intern mit einem weiteren Signalverarbeitungsmodul 54 verbunden ist, das das binäre, zeitdiskrete Signal empfängt und gemäß dem seriellen Protokoll in den Datensatz zurückwandelt, also den (analogen) Sensorwert 50.
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Das Signalverarbeitungsmodul 54 kann Teil der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 28 sein, insbesondere ein Teilbereich der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 28.
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Das Ausgabegerät 38 bzw. die Erfassungseinrichtung 40 kann demnach einen analogen Sensor aufweisen, der einen analogen Messwert ausgibt. Das Ausgabegerät 38 bzw. die Erfassungseinrichtung 40 wandelt den vom analogen Sensor erzeugten Messwert in das binäre, zeitdiskrete Signal um. Der analoge Sensor hat beispielsweise eine Stromschnittstelle, insbesondere eine 4-20-mA-Schnittstelle, deren Ausgabewert vom Signalverarbeitungsmodul 52 in das binäre, zeitdiskrete Signal umgewandelt wird. Alternativ kann eine sogenannte 0-10-V-Schnittstelle vorgesehen sein, sodass der analoge Messwert einem Spannungswert entspricht.
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Insofern ist es möglich, dass Informationen gemäß einem analogen Signal an das erste Feldgerät 34 bzw. den Steuerkopf 14 übermittelt werden, da der analoge Sensorwert in Form des Stromwerts, des Spannungswerts oder des Frequenzwerts in das binäre, zeitdiskrete Signal umgewandelt wird.
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Die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 28 kann zudem ein Lernverarbeitungsmodul 56 umfassen, welches mit dem Wegmesssystemverarbeitungsmodul 30 sowie dem Signalverarbeitungsmodul 54 signalübertragend verbunden ist.
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Das Lernverarbeitungsmodul 56 erhält die Daten bzw. Informationen vom Wegmesssystemverarbeitungsmodul 30 sowie vom Signalverarbeitungsmodul 54 des ersten Feldgeräts 34 bzw. des Steuerkopfs 14. Das Lernverarbeitungsmodul 56 verarbeitet und nutzt die entsprechenden Informationen bzw. Daten, um die entsprechenden Stellungen des Prozessventils 12 zu lernen, insbesondere nach einer ersten Anlernphase.
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Grundsätzlich kann es sich bei dem Ausgabegerät 38 bzw. die Erfassungseinrichtung 40 um ein IO-Link Gerät handeln, das eine IO-Link Schnittstelle hat.
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Hiernach wird mit Bezug auf die 2 und 3 erläutert, wie eine Datenübertragung zwischen den beiden Geräten des Systems 32 erfolgt.
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In 2 ist ein Ablaufdiagramm gezeigt, das die Funktionsweise des Ausgabegeräts 38 bzw. der Erfassungseinrichtung 40 zeigt, insbesondere des Signalverarbeitungsmoduls 52.
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Nach Start des Signalverarbeitungsmoduls 52 wird zunächst das zur Codierung verwendete serielle Protokoll (ser_Protokoll) und die Verarbeitung des Sensorwertes 50 (Applikation) initialisiert.
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Das Signalverarbeitungsmodul 52 nimmt zur Umwandlung bzw. Codierung Daten von der Verarbeitung entgegen, wobei es sich um eine reduzierte Menge an Daten handelt, was als Datensatz bezeichnet wird. Anschließend findet die Codierung des Datensatzes durch das Signalverarbeitungsmodul 52 statt gemäß dem seriellen Protokoll, beispielsweise einem einfachen Protokoll wie ASCII, wodurch die Bit-Folge erstellt wird, welches beispielhaft mit „010101“ angegeben ist. Die Bit-Folge wird dann als das binäre, zeitdiskrete Signal an die Binär-Eingangsschnittstelle 36 des ersten Feldgeräts 34 bzw. des Steuerkopfs 14 übertragen, indem das binäre, zeitdiskrete Signal über die unidirektionale Verbindung 44 übermittelt wird.
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Grundsätzlich kann das Ausgabegerät 38 auch in einem weiteren Betriebsmodus betrieben werden, beispielsweise als bidirektionales IO-Link Gerät.
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Zwischen dem oben genannten Betriebsmodus, in dem die binäre Schnittstelle als die Binär-Ausgangsschnittstelle 42 ist, und dem weiteren Betriebsmodus des Ausgabegeräts 38 kann mittels Software hin- und hergeschalten werden. Über das Umschalten per Software kann also wahlweise eingestellt werden, ob das Gerät als Ausgabegerät 38 mit der Binär-Ausgangsschnittstelle 42 betrieben wird oder als bidirektionales IO-Link Gerät.
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Im weiteren Betriebsmodus kann die Verarbeitung des Signalverarbeitungsmoduls 52 auch Daten erhalten, insbesondere von anderen IO-Link Geräten. Hierfür werden die Daten nach dem IO-Link Protokoll codiert und decodiert. Diese Kommunikation findet beispielsweise mit einem lO-Link Master statt. Die Binär-Eingangsschnittstelle 36 ist hierfür beispielsweise nicht geeignet, da sie nur binäre Signale verarbeiten kann.
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In 3 ist ein Ablaufdiagramm gezeigt, das die Funktionsweise des ersten Feldgeräts 34 bzw. des Steuerkopfes 14 zeigt, insbesondere des Signalverarbeitungsmoduls 54.
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Nach dem Start des Signalverarbeitungsmoduls 54 wird die Binär-Eingangsschnittstelle 36 (bin_Eingang) und eine Applikation initialisiert, insbesondere die der Signalverarbeitungsmodul 54 zugeordnete Software.
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Die Bitfolge an der Binär-Eingangsschnittstelle 36 wird empfangen, eingelesen und aufbereitet. Dabei werden die Werte nach dem seriellen Protokoll decodiert, das demjenigen entspricht, was vom Ausgabegerät 38 bzw. von der Erfassungseinrichtung 40 verwendet worden ist. Die decodierten Werte werden von der Applikation verarbeitet bzw. umgesetzt (Funktion 1, Funktion 2 usw.).
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Insofern ist es möglich, dass eine unidirektionale Übertragung von Informationen (Sensorwert 50) an die Binär-Eingangsschnittstelle 36 stattfindet.
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Hierzu wird der Datensatz im Ausgabegerät 38, insbesondere dessen Signalverarbeitungsmodul 52, in ein digitales Protokoll codiert und als das binäre, zeitdiskrete Signal über die unidirektionale Verbindung 44 an das erste Feldgerät 34 bzw. den Steuerkopf 14 übertragen. Das binäre, zeitdiskrete Signal wird auf Empfängerseite im Steuerkopf 14 bzw. im ersten Feldgerät 34 im entsprechenden Signalverarbeitungsmodul 54 decodiert.
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Da der Sensorwert 50 als komplexe Information vom Ausgabegerät 38, was beispielsweise eine Rückmeldeeinrichtung ist, an das erste Feldgerät 34 übertragen wird, also an den Steuerkopf 14, ist es nicht mehr notwendig, dass das Ausgabegerät 38 möglichst genau positioniert und justiert werden muss, da die übertragenen Informationen entsprechend komplexer sind als dies noch im Stand der Technik der Fall ist, bei dem eine sehr genaue Positionierung und Justierung erforderlich ist.
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Der Sensorwert 50 kann grundsätzlich einem Entfernungswert zwischen dem Signalgeber 46 und der Erfassungseinrichtung 40 entsprechen. Bei der Montage am Prozessventil 12 muss die Erfassungseinrichtung 40 also nur noch grob ausgerichtet werden, da das im Steuerkopf 14 vorliegende Entfernungssignal dann in ähnlicher Weise wie das Messsignal 26 des Wegmesssystems 20, welches die Position der Ventilspindel 16 im Steuerkopf 14 erfasst, für die Anlernphase bzw. den Einlernvorgang („Teaching“) verwendet werden kann.
