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Die Erfindung betrifft einen Adapter zur Einbindung eines IO-Link-Gerätes in eine nicht IO-Link-Umgebung nach Anspruch 1.
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IO-Link-Geräte, d.h. IO-Link-Sensoren oder IO-Link-Aktoren werden oft nicht - oder oft nicht durchgängig - in einer IO-Link-Umgebung eingesetzt. Dies ist zum Teil in älteren, bereits existierenden Produktionsanlagen der Fall, oder ist in Applikationen vorgesehen, bei denen der Aufbau bewusst einfach gehalten ist, beispielsweise wenn Sensoren oder Aktoren in einer Anlage oder in einem Anlagenbereich autark, ohne die Verwendung eines IO-Link-Masters, eingesetzt werden. Dabei erfolgt bei solch einem Aufbau die Signalübertragung zur Steuerung konventionell, das heißt ohne die Übertragung eines IO-Link-Datenpakets, sondern im sogenannten SIO-Mode (Standard Input Output Mode), im Schalt-Modus (0/1) binär.
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Der SIO-Mode ist ein unabhängiger Standard-Kommunikationsmodus zwischen einem Steuergerät und einem Feldgerät, bei dem nur Schaltinformationen in Form eines binären Schaltsignals entsprechend einer eingestellten Schaltschwelle übertragen werden.
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In einem Automatisierungssystem werden heutzutage häufig IO-Link-fähige Geräte verwendet. Dennoch können alle von der Anmelderin hergestellten und vertriebenen IO-Link-Geräte auch im SIO-Mode betrieben werden.
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IO-Link Befehle liegen standardisiert vor. Das heißt, mit Standard-Befehlen können Geräte unterschiedlichen Prinzips, bspw. induktive, magnetische, optische, magnetische Sensoren herstellerunabhängig kommunizieren und angesprochen werden.
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Das Anlernen eines solchen IO-Link-Gerätes, bspw. eines IO-Link-Sensors erfolgt zentral über die IO-Link-Kommunikationsschnittstelle des Sensors. So können z.B. Justagetoleranzen oder Einbaubedingungen ausgeglichen, Einstellungen am Sensor oder die Parametrisierung des Sensors vorgenommen werden. Für den Moment des Anlernvorgangs (Teach-In-Modus, Anlern-Modus) muss der Sensor daher bisher von der Steuerung der Anwendung elektrisch getrennt werden und an eine dafür behelfsmäßig aufgebaute IO-Link-Umgebung angeschlossen werden. Diese besteht im einfachsten Fall aus einer Rechnereinheit bspw. einem Laptop oder ähnlichem als Eingabegerät, einem Parametrier-Programm, welches auf der Recheneinheit abläuft, einem IO-Link-Master mit entsprechender Schnittstelle zum Eingabegerät und ggfs. einer Stromversorgung. Solch ein Aufbau ist umständlich und aufwändig.
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Einsatzbedingt und bauraumoptimiert weisen die meisten IO-Link-Geräte keine Tasten oder ähnliches am Sensorgehäuse auf. Ein Teach-In Vorgang über eine direkte Eingabe am Gerät ist daher oft nicht möglich und auch nicht vorgesehen, da solche Geräte i.d.R. über die IO-Link-Schnittstelle bspw. über ein dezentral angeordneten IO-Link-Master ansprech- und parametrierbar sind.
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Der Begriff IO-Link-Geräte bezeichnet in dieser Schrift ausschließlich IO-Link-Sensoren oder IO-Link-Aktoren und wird gleichwertig verwendet. IO-Link-Geräte werden entsprechend ihrer Überwachungsaufgabe häufig prozessnah verbaut. Da IO-Link-Sensoren an sich für die dezentrale Parametrierung aus der Ferne ausgelegt sind, werden solche Geräte in einer Anlage oft nicht einfach zugänglich verbaut. Müssen Einstellungen direkt am Gerät vorgenommen werden, ist dies meist mit erheblichem Aufwand und mit längeren Stillstandzeiten verbunden.
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Weiter ist bekannt, aus oben genannten Gründen ein User-Interface zur Parametereinstellung im Gerätekabel, das fest mit dem Sensor verbundenen ist zu integrieren und zu verbauen. Solch ein Anzeige- und oder Steuermodul das über Tasten oder über Touch bedienbar ist, kann nicht einfach vom Sensor getrennt, demontiert oder abgesteckt werden. Es verbleibt am Sensor und kann nur dort verwendet werden, da das Kabel fest mit dem Gerät verbunden ist. Die Herstellung solch eines Sensorik-Geräts gestaltet sich aufgrund der vielen Arbeitsschritte als relativ aufwändig und ist sehr kostenintensiv.
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Weiter gibt es Adapter mit drahtloser Kommunikation, bspw. mit Bluetooth, die in die Versorgungsleitung des Sensors zwischengesteckt werden können. Mitunter können hierdurch sogar mehr Einstellungen als direkt am Sensor vorgenommen werden. Der Initialaufwand steigt jedoch mit jedem Sensor im System erheblich. Denn der Benutzer muss jeden Sensor zunächst mit einer entsprechenden Drahtlosverbindung bspw. über Bluetooth mit einem entsprechenden Endgerät, bspw. mit einem Computer, Smartphone oder ähnlichem, verbinden, wobei auf diesem Endgerät ein entsprechendes Programm mit aktuellen Konfigurationsdaten installiert sein muss, um ein Parametrieren hierüber anzustoßen zu können.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben genannten Nachteile zu beseitigen und ein in Sich eigenständiges, weniger aufwendiges und zugleich anwenderfreundliches Gerät, einen sogenannten Teach-In Plug Adapter als temporär verbindbares Zusatztool bereitzustellen, das für die Dauer des Einlernvorgangs von IO-Link-Geräten zwischen Sensor und Auswerteschaltung zwischengesteckt werden kann, um IO-Link-Geräte und/oder Sensoren unabhängig ihrer sensorisch technischen Eigenschaft in eine nicht IO-Link-Umgebung einfacher und schneller einbinden und parametrisieren zu können. Dabei erfolgt die Kommunikation über den Adapter zum Sensor und zur Auswerteeinheit in beide Richtungen bidirektional. Vom Adapter zum Sensor hin erfolgt die Kommunikation über ein IO-Link-Protokoll und zur Auswerteeinheit hin gerichtet erfolgt die Kommunikation ausdrücklich als ein binäres Schaltsignal im SIO-Mode. Damit stellt der Adapter der Auswerteeinheit dieselben Signale zur Verfügung, als ob der Sensor im SIO-Mode betrieben werden würde, und gleichzeitig wird eine Signalübertragung über IO-Link zum Sensor sichergestellt.
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Die Lösung ist für alle IO-Link-Geräte kompatibel und ist damit in möglichst vielen Anwendungsfelder sofort anwendbar. Insbesondere soll mit der Erfindung die Möglichkeit geschaffen werden bestehende Anlagen einfach, schnell und unkompliziert sensorisch zu modernisieren und aufrüsten zu können, ohne in den Steuerungsablauf der Anlage eingreifen zu müssen.
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Gelöst wird die Erfindung durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Hierbei ist es vorgesehen, dass der Adapter derart ausgebildet ist, dass er als Zusatztool, als ein eigenständiges Gerät, in die Leitung zwischen Sensor und Auswerteeinheit zum Einlernvorgang eines IO-Link-Geräts temporär für die Dauer eines Einlernvorgangs eingebunden werden kann. Dabei bleibt der Adapter auch für weiter folgende Einlernvorgänge am selben Gerät, wie auch für weitere Geräte einsatzfähig und ist somit zum Einlernen unterschiedlicher IO-Link-Geräte mehrfach verwendbar. Die Leitung bzw. das Verbindungskabel dient zum einen der Spannungsversorgung des Sensors und zum andern als analoge oder digitale Stromschnittstelle zur Messwertübertragung des Sensors. Beispielsweise können über die Leitung Messwerte analog übertragen werden, 4-20 mA, oder die Übertragung mittels IO-Link über ein IO-Link-Protokoll oder im SIO-Modus erfolgen.
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Sofern der Adapter in die Versorgungsleitung zwischen Sensor und Auswerteeinheit eingebunden ist, können mit diesem Aufbau auch IO-Link-Geräte in eine nicht IO-Link-Umgebung eingebunden werden. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn die Auswerteeinheit nur im SIO-Modus, d.h. ausschließlich über ein binäres Schaltsignal angesprochen werden kann. Als nicht IO-Link-Umgebung wird innerhalb dieser Schrift der Umstand bezeichnet, dass die Kommunikation zur Auswerteeinheit AE ausschließlich über ein binäres Schaltsignal erfolgt und keine weiteren Datenpakete an die Auswerteeinheit AE übermittelt werden können, da die Auswerteeinheit AE diese Information nicht verarbeiten kann.
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Ist der Adapter in die Leitung zwischen IO-Link-Gerät und Auswerteeinheit eingebunden, besteht zwischen IO-Link-Gerät und Adapter immer eine IO-Link-Verbindung. Der Adapter wandelt das Schaltbit der IO-Link-Dateien in ein Schaltbit um, und imitiert den SIO-Mode, so dass es für die Auswerteeinheit bzw. die Steuerung so aussieht, als ob das Gerät im SIO-Mode angeschlossen ist.
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Der Adapter weist einen IO-Link-Master, eine Logikeinheit, eine binäre Endstufe, ein Bedienelement und ein Anzeigeelement auf.
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Der Adapter baut über den im Adapter integrierten IO-Link-Master mit einem angebundenen IO-Link-Sensor eine IO-Link-Verbindung auf und kann mit dem IO-Link-Sensor über IO-Link kommunizieren. Weiter können mittels einer azyklischen Befehlsfolge Schaltpunkte eingelernt und/oder vom Bediener Parameter auf das IO-Link-Gerät eingestellt werden.
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Solange wie das IO-Link-Gerät mit dem Adapter verbunden ist kommuniziert es weiter mit dem Adapter über IO-Link. Dabei wertet die im Adapter befindliche Logikeinheit fortlaufend zyklische Daten aus und setzt diese um. Insbesondere werden die Schaltbits des IO-Link-Sensors ausgewertet und geben anhand dieser Information den entsprechenden Signalpegel über die binäre Endstufe des Adaptes an die Auswerteeinheit ausschließlich binär weiter.
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In besonders vorteilhafte Weise kann der Adapter nach dem Einlernvorgang aus der Leitung wieder entnommen und entfernt werden. Dabei findet die anschließende Kommunikation des zuvor über den Adapter neu angelernten IO-Link-Gerätes mit der Auswerteeinheit im SIO-Modus statt.
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In vorteilhafter Weise kann durch Integration des Adapters in die Verbindungsleitung zwischen Sensor und Auswerteeinheit ein System bestehend aus Sensor, Auswerteeinheit, Verbindungsleitung und Adapter gebildet werden, um binär schaltende Sensoren durch IO-Link-Sensoren einfach austauschen zu können, wobei über die Logikeinheit des Adapters die Schaltbits des Sensors ausgewertet und über den Adapter an die Auswerteeinheit ausschließlich binär weitergeben werden. Wie zuvor beschreiben, kann der Adapter nach dem Einlernvorgang nach dem Austausch in diesem Systemaufbau belassen oder wieder entnommen werden. Die anschließende Kommunikation zwischen neuem IO-Link-Gerät und der Auswerteeinheit findet dann im SIO-Modus statt.
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Weiter weist der Adapter ein Bedienelement auf, das sowohl als Taste, als Schalter, als Wippe, über Berührung oder berührungslos ausgeführt sein kann. Weiter können auch mehrere Bedienelemente am Adapter angeordnet sein.
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Weiter kann das am Adapter angeordnete Anzeigeelement LEDs und/oder ein Display aufweisen. Über die LEDs können Zustände durch Farbwechsel oder über eine Blinkfrequenz ausgegeben werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Adapter derart eingerichtet, dass die Logikeinheit einen vordefinierten Befehl zum IO-Link-Sensor schickt, der erfolgreiche Einlernvorgang über ein Anzeigeelement angezeigt wird und weitere Befehlsfolgen in gleicher Weise über das Bedienelement oder über weitere Bedienelement an den IO-Link-Sensor übertragen werden. Dabei wird über ein Display ein Auswahlmenü angezeigt und eine Auswahl kann über ein Bedienelement oder direkt über das Display erfolgen.
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Weiter vorteilhaft ist, dass durch den Adapter zum Einlernen der IO-Link-Sensoren kein weiteres Hilfsmittel an den Adapter angeschlossen werden muss, wobei die Inbetriebnahme innerhalb des Anlern-Modus durch den Adapter autark und ohne ein weiteres Mittel erfolgen kann, ohne, dass in den Steuerungsablauf der Anlage eingegriffen werden muss, und dass im Betriebs-Modus, d.h. im Normalbetrieb, sofern der Adapter in das System eingebunden ist, die Signale durch den Adapter durchgeschleift und binär an die Auswerteeinheit ausgegeben werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1a einen erfindungsgemäßen Adapter in Draufsicht;
- 1b den in 1a gezeigten Adapter in der Seitenansicht;
- 2 schematisch eine nicht IO-Link-Umgebung
- 3 schematisch den erfindungsgemäßen Aufbau zur Einbindung des Adapters in eine nicht IO-Link Umgebung
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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1a zeigt einen erfindungsgemäßen Adapter 1 in Draufsicht und mit Dimensionsangaben in Millimeter. Der Teach-In Plug Adapter 1 weist einen zentralen Gehäusekörper auf. Im Gehäuse sind ein IO-Link-Master 7, eine Logikeinheit 8, eine binäre Endstufe 9, ein Anzeigeelement A und seitliche Bedienelemente BE untergebracht. Die in dieser Ausführungsform gezeigten Bedienelemente BE sind um die Hauptachse des Körpers drehbar gelagert und können durch federrückstellende, wippende Auslagerung aus der Grundstellung heraus betätigt werden. Anders wirkende Bedienelemente, bspw. Taster, Schalter, Wippen mit Betätigung über eine Auslenkung oder über eine Berührung oder ein berührungsloses Bedienelement sind ebenso denkbar. Weiter ist in das Anzeigeelement A eine LED-Anzeige 6 als Zustandsanzeige und ein Display zur weiteren Anzeige von Information eingebracht. Über die LED-Anzeige als auch über das Display können Zustände durch Farbwechsel, Farbumschlag oder über eine Blinkfrequenz ausgegeben werden. An den Enden des Gehäuses sind zwei M12x1 Industrieanschlüsse angebracht. Über diese Schnittstellen kann der Adapter 1 in die Leitung 5 zwischen einem Sensor 2 und einer Auswerteeinheit AE eingebunden werden.
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1b zeigt den Adapter 1 aus 1a entsprechend in einer Seitenansicht.
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2 zeigt schematisch eine nicht IO-Link-Umgebung. Als nicht IO-Link-Umgebung wird innerhalb dieser Schrift der Umstand bezeichnet, dass die Kommunikation zur Auswerteeinheit AE ausschließlich über ein binäres Schaltsignal erfolgt und keine weiteren Datenpakete an die Auswerteeinheit AE übermittelt werden können, da die Auswerteeinheit AE diese Information nicht verarbeiten kann. Ein Sensor 2,3,4 ist über eine Leitung 5 mit einer Auswerteeinheit AE verbunden. Die Kommunikation erfolgt über die Leitung 5. Dabei kann der Sensor 2,3,4 ein binär schaltender Sensor 4 sein, ein IO-Link-Gerät 2, und damit ein IO-Link-Sensor oder ganz allgemein ein Sensor 3 sein, der binär schaltet und seinen Schaltzustand binär übermittelt. Über die Leitung 5 wird der Auswerteinheit AE ein binäres Schaltsignal übermittelt.
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3 zeigt schematisch den erfindungsgemäßen Aufbau zur Einbindung des Adapters 1 - dem sogenannten Teach-In-Plug - in eine nicht IO-Link-Umgebung. Dabei wird der Adapter 1 zwischen das IO-Link-Gerät 2, d.h. den IO-Link-Sensor und/oder den IO-Link-Aktor und die Auswerteeinheit AE eingebunden. Der Adapter 1 weist einen IO-Link-Master 7, eine Logikeinheit 8 und eine binäre Endstufe 9 auf. Der IO-Link-Master 7 dient zur Herstellung einer Punkt zu Punkt IO-Link-Verbindung des Adapters 1 mit dem IO-Link-Gerätes 2. Die Logikeinheit 8 wertet fortlaufend zyklische Daten aus und setzt diese um, und leitet den entsprechenden Signalpegel über die binäre Endstufe 9 an die Auswerteeinheit AE binär weiter. Der Anschluss des Adapters 1 in die Leitung 5 geschieht über die industrielle Ein-/ Ausgangs-Schnittstelle des Adapters 1. Die Kommunikation des Adapters 1 mit der Auswerteeinheit AE erfolgt über die Leitung 5 ausschließlich über ein binäres Schaltsignal. Neben dem binären Schaltsignal werden keine weiteren Datenpakete an die Auswerteeinheit AE übermittelt, da die Auswerteeinheit AE diese zusätzliche Information nicht verarbeiten kann. Die Kommunikation, und damit die Parametrisierung und Einstellung des Sensors zwischen dem Adapter 1 und dem IO-Link-Gerät 2 erfolgt dabei immer über IO-Link. Dieser Aufbau ist besonders vorteilhaft, da die Parametrisierung und Einstellung des Sensors 2 direkt über den Adapters 1 (Teach-In-Plug) erfolgen kann, ohne ein weiteres Endgerät anschließen zu müssen. Entsprechende Bedienelemente BE sowie Anzeigeelemente A sind am Adapter vorhanden, so dass das Einlernen und Einrichten des Sensors 2 in die nicht IO-Link-Umgebung durch den Bediener intuitiv erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass dieser Aufbau an sich nur für den Zeitraum des Einlernvorgangs bestehen muss. Nach dem Einlernvorgang kann der Adapter 1 wieder entnommen und damit der Zustand wie in 2 dargestellt wieder eingenommen werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da der Adapter 1 wie eine Art Werkzeug, als Zusatztool, verwendet werden kann, um IO-Link-Geräte 2 in eine nicht IO-Link-Umgebung einrichten zu können, dabei die vorhandene Struktur und den Systemaufbau aber nicht verändern zu müssen. Ein einfacher Austausch von evtl. veralteten Sensoren 3 durch ein entsprechendes neues IO-Link-Gerät 2 ist dadurch möglich, und das, ohne dass in den Steuerungsablauf der Anlage eingegriffen werden muss. Das neue IO-Link-Gerät 2 kann sehr einfach durch den Adapter 1 angelernt werden.
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Nachfolgend werden die Funktionen der Erfindung sowie weitere Ausführungsformen näher erläutert.
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Die Erfindung betrifft einen In-Line-Adapter 1, welcher zwischen einem Sensor 2,3,4 und einer Auswerteeinheit AE eingebunden ist. Der Adapter 1 wird dazu verwendet, Schaltpunkte auf ein IO-Link-Sensor 2 einzulernen, welches typischerweise in seiner Anwendung im SIO-Modus, im Schalt-Modus verwendet wird.
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Dazu wird der Adapter 1 zwischen den Sensor 2,3,4 und die zugehörige binäre Auswerteschaltung montiert. Der Adapter 1 beinhaltet einen IO-Link-Master 7, welcher zum IO-Link-Gerät 2 eine IO-Link-Verbindung aufbaut. Weiter beinhaltet der Adapter 1 eine Logikeinheit, welche die zyklischen Daten, insbesondere die Schaltbits des IO-Link-Geräts 2 auswertet und anhand dieser Information den entsprechenden Signalpegel an die Auswerteeinheit AE weitergibt. Die Auswerteeinheit AE „sieht“ also die gleichen Signale, wie wenn das IO-Link-Gerät 2 im SIO-Modus betrieben werden würde.
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Am Gehäuse des Adapters 1 sind Bedienelemente BE und Anzeigeelemente A integriert. Die Bedienelemente BE können sowohl als Tasten, Schalter, Wippen aber auch berührungslos ausgeführt werden. Die Anzeigeelemente A können als LED-Anzeige in verschiedenen Farben, als Display oder als Kombination aus Display und LED-Anzeige ausgeführt werden.
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Eine Betätigung eines Bedienelements BE führt dazu, dass die Logikeinheit einen vordefinierten Befehl IO-Link-Gerät 2 schickt, wie z.B. das Systemkommando Teach SP1 SSC1. Der erfolgreiche Einlernvorgang wird über die Anzeigeelemente A angezeigt. Mit weiteren Bedienelementen BE lassen sich mehrere Befehle übertragen, wie z.B. Teach SP2, Start dynamic teach, usw. Ab einer bestimmten Anzahl von Bedienelementen BE und geeigneten Anzeigeelementen A lässt sich auch eine Menüoberfläche realisieren, so dass die Anzahl möglicher Befehle die Anzahl der Bedienelemente BE übersteigt.
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Weiter Vorteile der Erfindung sind:
- a. Einfache Bedienung:
- Der Adapter 1 muss nur in die Anschlussleitung eines Sensors 2,3,4 dazwischen gesteckt werden und ist sofort einsatzbreit. Die Bedienung erfolgt über Tasten, ohne dass ein weiteres Gerät dazu benötigt oder ein Anwendungsprogramm zur Parametrierung installiert und parallel ausgeführt werden muss.
- b. Das Signal zur Steuerung bzw. Auswerteeinheit AE bleibt erhalten:
- Der Adapter 1 kann im laufenden Betrieb in einer Applikation eingebaut und eingebunden werden. Der Betrieb wird durch den Adapter 1 nicht unterbrochen, weil der Adapter 1 das Sensorsignal an die Auswerteeinheit AE weitergibt.
- c. Kostenersparnis und umweltfreundlicher durch mehrfache Verwendung des Adapters 1 zum Einlernen eines IO-Link-Geräts 2:
- Der Adapter 1 kann zum Einlernen mehrere IO-Link-Geräte 2 verwendet werden. Ist der Einlernvorgang an einem Gerät 2 abgeschlossen, kann der Adapter 1 entweder in der Leitung 5 belassen werden, oder wieder entfernt werden und kann dadurch für einen weiteren Einlernvorgang, z.B. für ein anderes Gerät 2 verwendet werden. Der Bediener erhält mit dem Adapter 1 ein einfach zu bedienendes Werkzeug, um IO-Link-Geräte 2 in einer nicht IO-Link-Umgebung einlernen zu können, ohne dass ein weiteres Gerät dazu benötigt oder ein Anwendungsprogramm zur Parametrisierung installiert und/oder benötigt wird.
- d. der Adapter 1 ist universell für alle IO-Link-Geräte 2 oder -Sensoren 2 einsetzbar:
- Der Adapter 1 kann an allen Geräten 2 verwendet werden, die ein entsprechendes IO-Link-Profil verwenden. Folglich muss beim Einrichten einer Maschine nicht für jedes Gerät 2 ein eigener Adapter 1 verwendet werden. Ein einfacher Austausch von evtl. veralteten Sensoren 3 durch ein entsprechendes neues IO-Link-Gerät 2 ist dadurch möglich, und das, ohne dass in den Steuerungsablauf der Anlage eingegriffen werden muss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Adapter, Teach-In Plug
- 2
- IO-Link-Gerät, IO-Link-Sensor, IO-Link-Aktor
- 3
- Sensor (allgemein)
- 4
- binär schaltende Sensoren
- 5
- Leitung
- 6
- LED-Anzeige
- 7
- IO-Link-Master
- 8
- Logikeinheit
- 9
- binäre Endstufe
- A
- Anzeigeelement
- BE
- Bedienelement
- AE
- Auswerteeinheit, nur binär, im SIO-Modus ansprechbar
- LED
- LED-Anzeige
