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Die Erfindung betrifft eine Speichereinheit für ein Anlagenteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Speichereinheiten für Anlagenteile, die mit einem Steuerungsnetzwerk der Automatisierungstechnik, verbunden sind und die z. B. zum Speichern von allgemeinen Informationen wie z. B. Betriebsstunden bzw. Wartungsterminen dienen, sind allgemein bekannt.
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Solche Steuerungsnetzwerke der Automatisierungstechnik sind typischerweise in mehrere Steuerungsebenen unterteilt.
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Die unterste Ebene umfasst Sensoren, die Prozessvariablen liefern und Aktoren, die angesteuert werden, um die Prozessvariablen zu beeinflussen.
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In der untersten Steuerungsebene werden verschiedene Kommunikationssysteme eingesetzt, um mit den übergeordneten Einheiten zu kommunizieren.
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Ein spezielles Kommunikationssystem der Industrieautomatisierung ist der IO-Link Standard. Dieser Standard dient zur Anbindung intelligenter Sensoren und Aktoren, die auch als Feldgeräte bezeichnet werden, an ein Steuerungsnetzwerk (Automatisierungssystem). Der IO-Link-Standard ist in der Norm IEC 61131-9 unter der Bezeichnung Single-drop digital communication interface for small sensors and actuators (SDCI) normiert. Die Standardisierung umfasst dabei sowohl die elektrischen Anschlussdaten als auch ein digitales Kommunikationsprotokoll, über das die Sensoren und Aktoren mit dem Automatisierungssystem in Datenaustausch treten.
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Ein IO-Link-System besteht aus einem IO-Link-Master, der einer ersten höheren Steuerungsebene zugeordnet ist, und einem oder mehreren IO-Link-Geräten, also Sensoren oder Aktoren. Der IO-Link-Master stellt die Schnittstelle zur überlagerten Prozesssteuerungseinheit (SPS), die einer noch höheren Steuerungsebene zugeordnet ist, zur Verfügung und steuert die Kommunikation mit den angeschlossenen IO-Link-Geräten.
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Ein IO-Link-Master kann einen oder mehrere IO-Link-Ports haben, an jedem Port kann aber nur ein IO-Link-Gerät angeschlossen werden. IO-Link ist damit eine Punktzu-Punkt-Kommunikation.
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Ein IO-Link-Gerät ist ein intelligenter Sensor oder Aktor. Intelligent heißt im Hinblick auf IO-Link, dass ein Gerät z. B. eine Seriennummer oder Parameterdaten (z. B. Empfindlichkeiten, Schaltverzögerungen oder Kennlinien) besitzt, die über das IO-Link-Protokoll lesbar bzw. schreibbar sind. Das Ändern von Parametern kann damit z.T. im laufenden Betrieb durch die SPS erfolgen.
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Die Parameter der Sensoren und Aktoren sind gerätespezifisch, daher gibt es für jedes Gerät Parameterinformationen in Form einer IODD (IO Device Description).
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Aktuell gibt es zwei Spezifikationen von IO-Link, nämlich die Version V1.1 und Vorgängerversion V1.0.
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Allgemeine Informationen wie Betriebsstundenzähler oder anstehenden Wartungstermine für ein Anlagenteil sind für Anlagenhersteller und Anlagenbetreiber von zunehmender Bedeutung.
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Diese Daten werden entweder auf der Steuerung, in einer angrenzenden Datenbank oder aber im zusätzlich angebrachten elektronischen Typenschild, das gewisse Sonderfunktionen umfasst, abgelegt.
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Vielfach sind hierfür kleine Speichereinheiten am jeweiligen Anlagenteil montiert, die mit einer Steuereinheit, die den Betrieb des Anlagenteils steuert, verbunden. Dies Speichereinheit wird laufend von der Steuerung angesprochen und entsprechende Daten abgespeichert. Nachteilig hierbei ist, dass im Fall einer inaktiven Steuerung oder bei einem Stromausfall, die entsprechenden Daten nicht ausgelesen werden können. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Daten nicht unmittelbar am Anlagenteil ohne Netzwerkzugriff zur Verfügung stehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine Speichereinheit für ein automatisierungstechnisches Anlagenteil insbesondere ein IO-Link-Gerät bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
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Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 Blockdarstellung eines erfindungsgemäßen IO-Link-Geräts
- 2 Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen IO-Link Geräts mit M12 Kabelanschluss
- 3 Steuerungsnetzwerk mit mehreren Feldgeräten in der untersten Steuerungsebene
- 4a Container mit Füllstands Messgerät
- 4b Container im Lager abgestellt
- 5 ID-Tag mit IO-Link-Schnittstelle
- 6a SPS liest/schreibt Datenüber die IO-Link-Schnittstelle
- 6b SPS liest Daten die vom Mitarbeiter geschrieben worden sind
- 6c Anlage ist nicht an die SPS angeschlossen
- 7 Verbindung IO-Link Master mit einem IO-Ling Gerät
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1 zeigt eine Blockdarstellung eines erfindungsgemäßen IO-Link-Gerätes. Es besteht aus zwei Teilen, einem herkömmlichen IO-Link-Gerätteil und einem RFID-Erweiterungsteil, der in der Zeichnung gestrichelt eingerahmt ist.
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Das IO-Link-Gerät weist im IO-Link Geräteteil eine IO-Link-Schnittstelle IOL-Phy, einem Mikrocontroller µC einer Speichereinheit M auf. Über die IO-Link-Schnittstelle IOL-Phy werden die verbrauchenden Komponenten mit Spannung versorgt. Hierzu zweigt eine Spannungsversorgungsschiene PS von der IO-Link-Schnittstelle IOL-Phy ab, an die die verbrauchenden Komponenten des IO-Link-Geräts angeschlossen sind.
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Der Mikrocontroller µC und die Speichereinheit M tauschen über einen Daten-Kommunikationsbus z. B. einen I2C-Bus Daten aus.
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Der RFID-Erweiterungsteil besteht aus einem RFID-Transponder mit Antenne. Der RFID-Transponder ist ebenfalls mit dem Daten-Kommunikationsbus I2C verbunden, um z. B. Daten aus der Speichereinheit M auszulesen. Damit Daten aus der Speichereinheit M ausgelesen werden können, wenn die IO-Link-Schnittstelle keine Spannung liefert, ist RFID-TranspOnder ebenfalls mit der Spannungsversorgungsschiene PS verbunden, um über den Gleichrichter (Rectifier) die Speichereinheit M und den Kommunikations-Controller CC, mit Energie, die aus dem elektromagnetischen Feld gewonnen wird, zu versorgen.
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2 zeigt eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen IO-Link-Geräts mit einem Anschlusskabel und einem M12 Steckeranschluss.
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3 zeigt ein Steuerungsnetzwerk mit mehreren Feldgeräten in der untersten Steuerungsebene, die über eine IO-Link-Verbindung mit einer Mastereinheit , der einer ersten höheren Netzwerkebene angehört mit einer Prozesssteuerungseinheit PLC, die einer weiteren zweiten höheren Netzwerkebene zugeordnet ist, verbunden ist.
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Die Kommunikation zwischen PLC und Mastereinheit erfolgt über einen Feldbus z. B. Profibus.
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Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung näher erläutert.
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Das erfindungsgemäße IO-Link-Gerät weist einen eingebauten elektronischen, nichtflüchtigen Speicher, die Speichereinheit M auf. Der Zugriff auf den Speicher kann über zwei Arten erfolgen:
- 1. Kommunikation über IO-Link
- 2. Kommunikation über eine RFID/NFC Schnittstelle
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Der Zugriff auf die Daten in der Speichereinheit M über die RFID/NFC Schnittstelle kann auch erfolgen, wenn die übliche Spannungsversorgung nicht gegeben ist, weil das IO-Link-Gerät z. B. nicht an einen IO-Link-Master angeschlossen ist, Die Versorgung, d.h. die Stromversorgung erfolgt dann über das entsprechende RFID-Lesegerät.
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Spezielle Anwendungsbereiche sind:
- • Digitales Typenschild / digitales Tagebuch einer Anlage oder Teil einer Anlage
- • Speichern von Füllstand / Nutzungszyklen / Wartungsintervallen
- • Auslesen und Beschreiben von Daten im stromlosen Zustand einer Anlage z.B. in einem Lager (Ersatzteillager)
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Die Vorteile der Erfindung sind:
- • Kombination von IO-Link-Schnittstelle und RFID-Tag-Funktion
- • die Speichereinheit M ist auch ohne IO-Link nutzbar
- • Zugriff über IO-Link Prozessdaten ermöglicht schnelleren Datenaustausch über IO-Link. Daten können bei IO-Link generell als Prozessdaten oder Parameterdaten ausgetauscht werden. Bei den Parameterdaten stehen aber im Allgemeinen weniger Bytes per Übertragungszyklus zur Verfügung und es sind mehr Zyklen für eine Übertragung notwendig als bei Verwendung der Prozessdaten.
- • Eindeutige Identifikationsnummer (UID)
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Es sind verschieden Anwendungsfälle denkbar:
- a) Container mit Reinigungsflüssigkeit: Das Gerät ist an einem Container verbaut, der im Wartungsfall in einer Produktionsanlage benötigt wird.
- 1. Reinigungsbetrieb (4a): Container ist in der Anlage verbaut und Reinigungsflüssigkeit wird verbraucht. Das Gerät ist an die Steuerung der Anlage über IO-Link angeschlossen. Der Füllstand wird aus dem Gerät ausgelesen, die Menge an verbrauchter Flüssigkeit abgezogen und der neue Wert auf dem Gerät abgelegt. Dies erfolgt beispielsweise alle 200ms, so dass immer der aktuelle Füllstand auf dem Gerät gespeichert ist.
- 2. Anlage im Normalbetrieb (4b): Container ist im Lager abgestellt. Das Gerät ist nicht mit IO-Link verbunden. Der aktuelle Füllstand kann nun mit einem Smartphone / RFID-Gerät stromlos ausgelesen werden. Ist der Füllstand zu niedrig kann man eventuell weitere Reinigungsflüssigkeit nachbestellt werden
- b) Plagiatsschutz für Ersatzteile: Das Gerät wird an verschiedene Maschinenteile verbaut. Wird ein Ersatzteil benötigt, soll gewährleistet werden, dass nur ein Original zum Einsatz kommt. Dazu wird von der Steuerung der Maschine die eindeutige Identifikationsnummer des Gerätes ausgelesen. Diese Nummer ist der Ausgangspunkt für eine mathematische Berechnung (z.B. Checksumme, CRC), die nur dem Maschinenhersteller bekannt ist. Das Ergebnis der Berechnung wird nun im Speicher des Gerätes hinterlegt. Die Steuerung kann der Maschinen kann nun durch Auslesen beider Werte immer eindeutig feststellen, ob die Checksumme und die Identifikationsnummer zusammenpassen, oder ob der Speicherinhalt kopiert wurde und es sich somit nicht um ein Original handelt. Über die RFID Schnittstelle kann dies alternativ auch im stromlosen Zustand durch beispielsweise eine Smartphone App geschehen.
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Der ID-Tag (RFID-Transponder) eines RFID- Systems stellt den mobilen nicht flüchtigen Speicher des Systems dar. In herkömmlichen Systemen wird mit dem ID-Tag über eine Luftschnittstelle, gemäß der Induktion, kommuniziert. Das bedeutet, die Daten werden immer über eine Luftschnittstelle übertragen, an der es auch zu Störungen durch äußere Einflüsse kommen kann. Der ID-Tag mit IO-Linkschnittstelle umgeht dieses Problem, in dem der ID-Tag über eine zusätzliche IO-Linkschnittstelle verfügt (5). Mit Hilfe dieser Schnittstelle können die Prozessdaten aus der Steuerung, prozesssicher ausgelagert werden. Z. B die Betriebsstunden oder der nächste Wartungstermin könnten auf dem ID-Tag mit IO-Linkschnittstelle gespeichert werden. Die integrierte Antenne des ID-Tags ermöglicht es, dass die Daten mittels einer Antenne, z.B einem RFID - Handheld praktisch ausgelesen werden können. Ein großer Vorteil der Lösung ist es, dass die Daten auch ausgelesen werden können, wenn der Anlagenteil zum Zeitpunkt nicht an einer Stromversorgung angeschlossen ist. Diese Funktionalität beruht auf der eigentlichen Funktion des passiven ID-Tags, der über das elektromagnetische Feld mit Spannung versorgt wird.
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Die möglichen Szenarien sind:
- Der RFID-Tag mit IO-Link-Schnittstelle wird von einer SPS gelesen/beschrieben ( 6a)
- ID-Tag mit IO-Linkschnittstelle ist an der SPS angeschlossen und wird zusätzlich über die Luftschnittstelle gelesen/beschrieben (6b).
- ID-Tag mit IO-Linkschnittstelle ist nicht an SPS angeschlossen und wird über Luftschnittstelle beschrieben/gelesen (6c)
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In 7 ist dargestellt, wie das IO-Link-Gerät mit einem IO-Link Master verbunden ist.
