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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren
zum Erhalten von Informationen von einer nicht an Bord liegenden
Zeit- bzw. Taktquelle und insbesondere auf ein System und ein Verfahren
zum Empfangen von Informationen von einer Vielzahl von nicht an
Bord liegenden Taktquellen und zum Synchronisieren von Maschinen
unter Verwendung der empfangenen Informationen.
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Hintergrund
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Viele
Maschinen weisen an Bord liegende Systeme auf, wie beispielsweise
Elektronik, Software usw., die gewisse Funktionen ausführen,
um Anwendung von Clock- bzw. Taktinformationen zu machen. Diese
Funktionen können beispielsweise das Eintragen und das
Berichten des Auftretens von Ereignissen zu speziellen Zeiten, das
automatische Ausführen von gewissen Aufgaben zu vorbestimmten
Zeiten usw. aufweisen. Weiterhin kann eine Anzahl von Maschinen,
die geographisch verteilt sind, jedoch Teil der gemeinsamen Flotte
sind, Informationen miteinander austauschen, indem sie Nachrichten
direkt zueinander senden. Diese Nachrichten können Zeitstempel
aufweisen, die beispielsweise den Zeitpunkt anzeigen, zu dem eine
Nachricht von einer Maschine gesendet wurde, den Zeitpunkt, zu dem
eine spezielle Aufgabe von einer Maschine ausgeführt wurde, usw.
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Es
ist wichtig, Taktinformationen in verschiedenen Vorrichtungen an
einer Maschine und auch zwischen physisch getrennten Maschinen konsistent zu
halten. Dies kann getan werden, um unter anderem genaue und effiziente
Datenkommunikationsvorgänge zwischen den physisch getrennten
Maschinen und auch zwischen Vorrichtungen sicherzustellen, die auf
der gleichen Maschine gelegen sind. Eine Maschine kann Taktinformationen
von verschiedenen Quellen empfangen. In einem Fall kann eine Maschine
Taktinformationen von einer Uhr bzw. einem Taktgeber an Bord der
Maschine empfangen. Insbesondere kann eine elektronische Komponente
an einer Maschine Zeit- bzw. Taktinformationen von einer batteriebetriebenen
Uhr empfangen, die an der Maschine gelegen ist. Eine batteriebetriebene
Uhr kann unter anderem einen Oszillator, einen Zähler und
eine Batterie aufweisen.
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Es
kann jedoch Probleme geben, die mit dem Erhalten von Taktinformationen
von einer an Bord liegenden batteriebetrieben Uhr bzw. einem solchen
Taktgeber assoziiert sind. Insbesondere kann die batteriebetriebene
Uhr nicht genaue Takt- bzw. Zeitinformationen liefern. Dieser Mangel
an Genauigkeit kann aufgrund von klimatischen Bedingungen sein,
in denen die Maschine arbeitet. Beispielsweise kann eine Maschine
unter extremen klimatischen Bedingungen arbeiten, die beispielsweise
kalte Nächte und heiße Tage mit einschließen.
Ein großer Temperaturgradient kann bewirken, dass die batteriebetriebene
Uhr bzw. der Taktgeber seine Genauigkeit über eine Zeitperiode
verliert. Daher können, wenn die Zeit vergeht, einige Funktionen,
die von der Maschine ausgeführt werden, durch diesen Mangel
an Genauigkeit der Uhr beeinflusst werden. Beispielsweise können
Nachrichten, die von einer Maschine gesendet werden, welche Zeitstempel
aufweisen, die von einer an Bord liegenden batteriebetriebenen Uhr
erzeugt werden, nicht genaue Taktinformationen aufweisen. Dieser
Mangel an Zeitgenauigkeit bzw. Taktgenauigkeit kann in vielen Fällen
zu Problemen führen, insbesondere dort, wo andere Einheiten,
wie beispielsweise andere Maschinen oder ein nicht an Bord liegendes
Steuersystem, auf zeitempfindlichen Informationen beruhen, die von
der Maschine gesendet werden.
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Um
dem Problem der ungenauen Zeit- bzw. Taktinformationen abzuhelfen,
die von einer an Bord liegenden Uhr verfügbar sind, können
manche Maschinen externe Taktquellen verwenden, d. h. Takt- bzw.
Zeitquellen, die nicht an Bord einer Maschine gelegen sind. Diese
externen Taktquellen können kompliziertere und genauere
Zeitbestimmungseinrichtungen aufweisen. Ein solches System wird
im
US-Patent Nr. 6,535,926
B1 ("dem '926-Patent") von Esker beschrieben, welches am
18. März 2003 ausgegeben wurde. Das '926-Patent offenbart
die Anwendung eines global unabhängigen Synchronisationsimpulses
zum Synchronisieren von lokalen Takten, die für lokale
Ereignisse in einem Industriesteuersystem verwen det werden. Das
Verfahren weist auf, bei einer ersten Industriesteuervorrichtung
einen globalen Referenzimpuls zu detektieren und den Zeitwert des
Master- bzw. Haupttaktes zu speichern. Dieser Zeitwert wird von
der ersten Industriesteuervorrichtung als eine Zeitnachricht auf
dem Netzwerk an andere Industriesteuervorrichtungen übermittelt. Eine
zweite Industriesteuervorrichtung detektiert auch den globalen Referenzimpuls
und speichert einen Wert der lokalen Zeit bzw. des lokalen Taktes
zu diesem Zeitpunkt. Dann empfängt sie die Zeitnachricht
von der ersten Industriesteuervorrichtung und vergleicht ihre gespeicherte
lokale Zeit mit dem Zeitwert der ersten Zeitnachricht, um einen
Fehlerwert abzuleiten. Dieser Fehlerwert wird verwendet, um die Uhr
bzw. den Takt der zweiten Industriesteuervorrichtung zu korrigieren.
Das '926-Patent offenbart, dass der globale Referenzimpuls von einer
externen Taktquelle erhalten werden kann, wie beispielsweise von einem
Globalpositionsbestimmungssystem (GPS = global positioning system).
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Während
das '926-Patent die Anwendung einer externen Taktquelle verwendet,
um dabei zu helfen, die Zeit zwischen den Industriesteuervorrichtungen
zu synchronisieren, hat es verschiedene Nachteile. Beispielsweise
müssen alle Steuervorrichtungen bei dem '926-System mit
der externen Taktquelle verbunden sein. Dieses kann problematisch
sein, weil nicht jede Steuervorrichtung in einem Netzwerk die Fähigkeit
haben kann, sich mit einer externen Taktquelle zu verbinden. Weiterhin
offenbart das '926-Patent nicht die Anwendung von mehr als einer externen
Taktquelle. Dies kann problematisch sein, wenn die einzige externe
Taktquelle, die verwendet wird, ausfällt.
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Die
vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere
der Probleme des Zeitsynchronisationssystems des Standes der Technik zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt weist die vorliegende Offenbarung ein zeit- bzw. taktsynchronisiertes
Steuersystem auf. Das System kann eine Steuervorrichtung aufweisen,
die konfiguriert ist, um mindestens eine Funktion einer Maschine
zu steuern. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um
eine Taktquelle aus einer Vielzahl von externen Taktquellen basierend
auf einer vorbestimmten Reihenfolge auszuwählen. Die Steuervorrichtung
kann weiter konfiguriert sein, um Informationen von der ausgewählten Takt-
bzw. Zeitquelle zu erhalten. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert
sein, um die erhaltenen Informationen zu verwenden, um die mindestens eine
Funktion der Maschine zu beeinflussen.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren
zur taktsynchronisierten Steuerung einer Maschine auf. Das Verfahren
kann aufweisen, eine Taktquelle aus einer Vielzahl von externen
Taktquellen basierend auf einer vorbestimmten Reihenfolge auszuwählen.
Das Verfahren kann auch aufweisen, Informationen von der ausgewählten
Taktquelle bzw. Zeitquelle zu erhalten. Das Verfahren kann auch
aufweisen, die erhaltenen Informationen zu verwenden, um mindestens
eine Funktion einer Maschine zu beeinflussen.
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Noch
ein weiterer Aspekt der Offenbarung weist ein Taktinformationsübertragungssystem
auf. Das System kann eine erste Maschine aufweisen, die eine Steuervorrichtung
aufweist, die konfiguriert ist, um mindestens eine Funktion der
ersten Maschine zu steuern. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert
sein, um eine Taktquelle aus einer Vielzahl von externen Taktquellen
basierend auf einer vorbestimmten Reihenfolge auszuwählen.
Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um Taktinformationen
von der ausgewählten Taktquelle zu erhalten. Die Steuervorrichtung
kann auch konfiguriert sein, um die erhaltenen Informationen zu
verwenden, um die mindestens eine Funktion der ersten Maschine zu
beeinflussen. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein,
um die erhaltenen Informationen an eine zweite Maschine zu übertragen,
die eine Empfangssteuervorrichtung aufweist. Die Empfangssteuervorrichtung
kann konfiguriert sein, um mindestens eine Funktion der zweiten
Maschine zu steuern. Die Empfangssteuervorrichtung kann auch konfiguriert sein,
um betriebsmäßig eine Verbindung mit der Steuervorrichtung
der ersten Maschine herzustellen. Die Empfangssteuervorrichtung
kann weiter konfiguriert sein, um Informationen von der Steuervorrichtung
der ersten Maschine zu erhalten. Die Empfangssteuervorrichtung kann
auch konfiguriert sein, um die erhaltenen Informationen zu verwenden,
um die mindestens eine Funktion der zweiten Maschine zu beeinflussen.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Maschine
auf. Die Maschine kann einen Rahmen und eine Leistungsquelle aufweisen, die
betriebsmäßig mit dem Rahmen verbunden ist. Die
Maschine kann auch eine Steuervorrichtung aufweisen, die konfiguriert
ist, um mindestens eine Funktion der Maschine zu steuern. Die Steuervorrichtung
kann auch konfiguriert sein, um eine Takt- bzw. Zeitquelle aus einer
Vielzahl von externen Taktquellen basierend auf einer vorbestimmten
Reihenfolge auszuwählen. Zusätzlich kann die Steuervorrichtung
konfiguriert sein, um Informationen von der ausgewählten
Taktquelle zu erhalten. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert
sein, um die erhaltenen Informationen zu verwenden, um die mindestens eine
Funktion der Maschine zu beeinflussen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Blockdiagrammdarstellung eines globalen Taktsynchronisationssystems
gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
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2 ist
eine Blockdiagrammdarstellung eines Maschinensystems gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
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3 ist
eine Blockdiagrammdarstellung eines Systems mit externen Taktquellen
gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
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4 ist
eine Flussdiagrammdarstellung eines Verfahrens einer globalen Taktsynchronisation gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
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Detaillierte Beschreibung
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1 sieht
eine Blockdiagrammdarstellung eines taktsynchronisierten Steuersystems 10 vor. Das
System 10 weist ein Maschinensystem 14 auf, welches
Maschinen 20 und 30 aufweisen kann. Das System 10 weist
auch ein externes Takt- bzw. Zeitsystem 40 auf. Die Maschine 20 und
die Maschine 30 können einen Raupentraktor, eine
Lastwagen, einen mit Rädern versehenen Traktor, einen Kipplastwa gen,
ein Automobil, ein Straßenfahrzeug, ein Geländefahrzeug,
ein differentialgelenktes Fahrzeug, einen stationären Generator,
einen Luftkompressor oder irgendeine andere derartige Maschine aufweisen.
Das externe Taktsystem 40 kann physisch von den Maschinen 20 und 30 getrennt
sein und kann eine Vielzahl von Taktquellen aufweisen, die konfigurierbar
sind, um Informationen zur Maschine 20 zu liefern. Der
Fachmann wird erkennen, dass, während nur zwei Maschinen
als Teil des Maschinensystems 14 gezeigt sind, irgendeine
Anzahl von Maschinen in dem Maschinensystem 14 vorgesehen
sein kann.
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Die
Maschinen 20 und 30 können eine (nicht gezeigte)
Leistungsquelle und einen (nicht gezeigten) Rahmen aufweisen. Die
Leistungsquelle kann eine oder mehrere Vorrichtungen aufweisen,
die konfiguriert sind, um Leistung für den Betrieb der
Maschinen 20 und 30 zu liefern. Diese Vorrichtungen
können beispielsweise einen Elektromotor, einen Motor, eine
Batterie usw. aufweisen. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
kann die Leistungsquelle einen Motor aufweisen, wie beispielsweise
einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen Dampfmotor usw. Zusätzlich
kann irgendein anderer Motor, der konfigurierbar ist, um Leistung
für den Betrieb der Maschinen 20 und 30 zu
liefern, als eine Leistungsquelle verwendet werden. Die Leistungsquelle
kann betriebsmäßig mit einem Rahmen verbunden
sein.
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In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist die Maschine 20 konfiguriert,
um betriebsmäßig mit dem externen Taktsystem 40 eine
Verbindung herzustellen und Informationen von dem externen Taktsystem 40 zu
erhalten. Weil das externe Taktsystem 40 eine Vielzahl
von Taktquellen aufweist, kann die Maschine 20 konfiguriert
sein, um Informationen von einer der Vielzahl von externen Takt-
bzw. Zeitquellen gemäß einer vorbestimmten Reihenfolge
zu erhalten. Die erhaltenen Informationen können Daten aufweisen,
die für den Betrieb der Maschine 20 verwendet
werden können. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
können diese Daten Takt- bzw. Zeitinformationen aufweisen.
Zusätzlich kann die Maschine 20 irgendwelche anderen
Daten erhalten, die von dem externen Taktsystem 40 zu erhalten
sind und für den Betrieb der Maschine 20 verwendet
werden können.
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Die
Maschine 20 kann konfiguriert sein, um die von dem externen
Taktsystem 40 erhaltenen Informationen zu anderen Einheiten
zu übertragen, die entfernt (physisch getrennt) von der
Maschine 20 gelegen sind. Diese Einheiten können
irgendein System aufweisen, welches Informationen von der Maschine 20 empfangen
kann. Diese Einheiten können beispielsweise andere Maschinen,
eine Basisstation, eine Überwachungsstation oder irgendeine
andere solche Einheit aufweisen, die konfiguriert ist, um solche
Informationen von der Maschine 20 zu empfangen. In einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Maschine 20 konfiguriert
sein, um betriebsmäßig eine Verbindung mit der
Maschine 30 herzustellen, und die Informationen, die von
dem externen Taktsystem 40 empfangen wurden, zur Maschine 30 oder
zu irgendeiner anderen Maschine zu übertragen, die Takt-
bzw. Zeitinformationen empfangen kann. Während nur eine
Maschine, d. h. die Maschine 30 in dem beispielhaften Ausführungsbeispiel
derart gezeigt ist, dass sie mit der Maschine 20 verbunden
ist, wird der Fachmann erkennen, dass, wie oben erwähnt,
irgendeine Anzahl von Maschinen mit der Maschine 20 verbunden
sein kann. Somit können beispielsweise in einem System,
welches eine geographisch verteilte Flotte von Maschinen aufweist, alle
Maschinen, die nicht direkt mit dem externen Taktsystem 40 verbunden
sind, eine Verbindung mit der Maschine 20 herstellen, um
unter anderem Informationen zu erhalten, die von der Maschine 20 von dem
externen Taktsystem 40 empfangen wurden.
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2 ist
eine Blockdiagrammdarstellung des Maschinensystems 14.
Wie oben beschrieben, kann das Maschinensystem 14 in einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel die Maschine 20 und
die Maschine 30 aufweisen. Die Maschine 20 kann
eine Steuervorrichtung 100 aufweisen. Die Steuervorrichtung 100 kann
eine primäre Komponente 110 und eine Gateway-
bzw. Weiterleitungskomponente 120 aufweisen. Die Maschine 20 kann
auch einen batteriebetriebenen Taktgeber bzw. eine Uhr 130 aufweisen.
Die Maschine 20 kann betriebsmäßig mit
der Maschine 30 verbunden sein. Die Maschine 30 kann eine
Empfangssteuervorrichtung 140 aufweisen und ihre eigene
batteriebetriebene Uhr 130.
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Die
Steuervorrichtung 100 kann konfiguriert sein, um mindestens
eine Funktion der Maschine 20 zu steuern. Diese Funktionen
können beispielsweise die Rege neration von Abgaselementen,
die Getriebesteuerung, die Nutzlaststeuerung, die Steuerung von
hydraulischen Bremsen usw. aufweisen. Weiterhin kann die Steuervorrichtung 100 konfiguriert
sein, um eine Taktquelle unter einer Vielzahl von externen Taktquellen
in dem externen Taktsystem 40 auszuwählen. Beim
Erhalten von Informationen von dem externen Taktsystem 40 kann
die Steuervorrichtung 100 die erhaltenen Informationen
verwenden, um die mindestens eine Funktion der Maschine 20 zu
beeinflussen. Zusätzlich kann die Steuervorrichtung 100 konfiguriert
sein, um die von dem externen Taktsystem 40 erhaltenen
Informationen zur Empfangssteuervorrichtung 140 zu übertragen,
die auf der Maschine 30 gelegen ist.
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Die
Steuervorrichtung 100 kann eine oder mehrere Komponenten
aufweisen, die Software bzw. Programme mit einschließen,
die konfiguriert sein können, um die oben erwähnten
Betriebsvorgänge auszuführen. Weiterhin kann die
Steuervorrichtung 100 irgendwelche Vorrichtungen aufweisen,
die geeignet sind, um eine Software-Anwendung laufen zu lassen.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 100 eine CPU
bzw. zentrale Verarbeitungseinheit, einen Arbeitsspeicher bzw. RAM
(= random access memory), I/O- bzw. Eingabe/Ausgabe-Module usw. aufweisen.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel können
alle Komponenten der Steuervorrichtung 100 in eine physische
Einheit integriert sein, um die oben erwähnten Betriebsvorgänge
auszuführen. In einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel
kann die Steuervorrichtung 100 zwei oder mehr getrennte
Komponenten aufweisen, die konfiguriert sein können, um
die oben erwähnten Betriebsvorgänge auszuführen.
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Die
Gateway-Komponente 120 kann konfiguriert sein, um betriebsmäßig
eine Verbindung mit dem externen Taktsystem 40 herzustellen
und Informationen von diesem zu erhalten. Weiterhin kann die Gateway-Komponente 120 konfiguriert
sein, um die Taktquelle aus der Vielzahl von Taktquellen in dem externen
Taktsystem 40 auszuwählen, von der die Gateway-Komponente 120 Informationen
erhalten kann. Die Gateway-Komponente 120 kann konfiguriert
sein, um diese Auswahl auf der Grundlage einer vorbestimmten Reihenfolge
zu treffen. Die Gateway-Komponente 120 kann weiter konfiguriert
sein, um die Informationen, die von einer Taktquelle in dem externen
Taktsystem 40 empfangen wurden, zur primären Komponente 110 zu übertragen.
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Die
Gateway-Komponente 120 kann eine oder mehrere Vorrichtungen
aufweisen, die unter anderem konfigurierbar sind, um eine Verbindung
mit dem externen Taktsystem 40 herzustellen, um die geeignete
Taktquelle aus der Vielzahl von Taktquellen in dem externen Taktsystem 40 zu
bestimmen und Informationen, die von der ausgewählten Taktquelle
in dem externen Taktsystem 40 empfangen wurden, zu der
primären Komponente 110 zu leiten. In einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel kann die Gateway-Komponente 120 programmierbare
Logikvorrichtungen aufweisen, wie beispielsweise PL300, PL1000e
und andere derartige elektronische Steuervorrichtungen, die konfigurierbar
sind, um Daten von einem Kommunikationsanschluss zum anderen zu übertragen.
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In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Gateway-Komponente 120 unterschiedliche Arten
von Kommunikationsanschlüssen aufweisen, wie beispielsweise
serielle Anschlüsse, Datenverbindungsanschlüsse
und Ethernetanschlüsse. An Bord liegende Vorrichtungen,
wie beispielsweise die primäre Komponente 110 und
nicht an Bord liegende Systeme, wie beispielsweise das externe Taktsystem 40,
können mit den Kommunikationsanschlüssen an der
Gateway-Komponente 120 verbunden sein. Die Gateway-Komponente 120 kann
konfiguriert sein, um Informationen zwischen den angeschlossenen Vorrichtungen/Systemen
zu übertragen, und zwar durch Übertragung von
Informationen von einem Kommunikationsanschluss zum anderen. Diese
Informationen können beispielsweise Taktinformationen aufweisen,
die von dem externen Taktsystem 40 empfangen wurden, die
für die primäre Komponente 110 bestimmt
sind.
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Die
Gateway-Komponente 120 kann konfiguriert sein, um eine
Software-Anwendung zu verwenden, um Funktionen auszuführen,
wie beispielsweise die Auswahl der geeigneten Taktquelle in dem externen
Taktsystem 40, den Empfang von Informationen von der ausgewählten
Taktquelle und die Übertragung der empfangenen Informationen
zur primären Komponente 110. Weiterhin kann die
Software-Anwendung auch verwendet werden, um gerade übertragene
Daten von einem Kommunikationsprotokoll zum anderen zu übersetzen.
Wenn beispielsweise Informationen von einem Ethernet-Anschluss zu einem
Datenverbindungsanschluss bzw. Datalink-Anschluss unter Verwendung
eines Datenverbindungs- bzw. Datalink-Protokolls übertragen
werden, wie beispielsweise J1939, kann die Software in der Gateway-Komponente 120 konfiguriert
sein, um die Datenpakete von Ethernet auf J1939 zu übersetzen. Diese
Software-Anwendung kann in einer Computersprache geschrieben sein,
wie beispielsweise in C, C++, in Pascal, in Visual C++ oder in Visual
Basic usw. Weiterhin kann die Gateway-Komponente 120 eine
zentrale Verarbeitungseinheit bzw. CPU, einen Arbeitsspeicher bzw.
RAM, Eingabe/Ausgabe-Module und irgendeine andere Komponente aufweisen, die
benötigt wird, um die Software-Anwendung laufen zu lassen.
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Die
primäre Komponente 110 kann die von der Gateway-Komponente 120 empfangenen
Informationen verwenden, um den Betrieb der Maschine 20 zu
beeinflussen. Diese Betriebsvorgänge können irgendeine
elektronisch steuerbare Funktion der Maschine 20 aufweisen,
die Anwendung von Informationen machen kann, die von dem externen
Taktsystem 40 erhalten wurden. Beispielsweise kann die
primäre Komponente 110 die empfangenen Taktinformationen
verwenden, um Log- bzw. Aufzeichnungsnachrichten mit einem Zeitstempel
zu versehen, die an ein entferntes System gesendet werden, wie beispielsweise
an ein nicht an Bord liegendes Überwachungssystem, an eine
andere Maschine, an eine Basisstation, an eine nicht an Bord liegende
Logging- bzw. Aufzeichnungsvorrichtung usw. Zusätzlich
kann die primäre Komponente 110 auch die von der
Gateway-Komponente 120 empfangenen Informationen verwenden,
um zeitempfindliche Betriebsvorgänge der Maschine 20 zu
beeinflussen. Beispielsweise kann die primäre Komponente 110 basierend
auf Taktinformationen, die von der Gateway-Komponente 120 empfangen
wurden, den Betrieb der Maschine 20 gemäß einer
vorbestimmten Zeittabelle starten und stoppen. Beispielsweise kann
die Startzeit und die Stoppzeit einer Leistungsquelle der Maschine 20 basierend
auf Takt- bzw. Zeitinformationen gesteuert werden, die von der Gateway-Komponente 120 empfangen
werden. Alternativ oder zusätzlich kann die primäre
Komponente 110 die Taktinformationen verwenden, die von
dem externen Taktsystem 40 über die Gateway-Komponente 120 empfangen
wurden, um die Regeneration eines Abgas elementes in der Maschine 20 zu
steuern. Insbesondere kann die Regenerationsdauer eines Abgaselementes
basierend auf den Taktinformationen gesteuert werden, die von der
Gateway-Komponente 120 empfangen wurden. Wenn die primäre
Komponente 110 keine Informationen von dem externen Taktsystem 40 empfangen kann,
dann kann die primäre Komponente 110 Taktinformationen
verwenden, die von dem batteriebetriebenen Taktgeber bzw. der Uhr 130 erzeugt
wurden.
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Die
primäre Komponente 110 kann als eine individuelle
Steuervorrichtung konfiguriert sein, die ihre eigene zentrale Verarbeitungseinheit,
ihre eigene Speichereinheit, ihre eigenen Eingabe/Ausgabemodule
usw. aufweist, und zwar getrennt von der Gateway-Komponente 120,
die als eine andere individuelle Steuervorrichtung konfiguriert
sein kann. Alternativ können sowohl die primäre
Komponente 110 als auch die Gateway-Komponente 120 zusammen in
einer einzigen Steuervorrichtung 100 integriert sein, wie
in 2 gezeigt.
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Die
Steuervorrichtung 100 kann konfiguriert sein, um Informationen,
die von dem externen Taktsystem 40 empfangen wurden, zur
Maschine 30 zu übertragen, die entfernt (physisch
getrennt) von der Maschine 20 gelegen ist. Insbesondere
können entweder die primäre Komponente 110 oder
die Gateway-Komponente 120 konfiguriert sein, um Informationen
von der Steuervorrichtung 100 zur Maschine 30 zu übertragen.
Die Maschine 30 kann irgendein Empfangssystem aufweisen,
welches konfiguriert ist, um Informationen von der Maschine 20 zu
empfangen. Das Empfangssystem kann eine elektronische Steuervorrichtung
aufweisen, die konfiguriert ist, um Informationen von der Steuervorrichtung 100 an
der Maschine 20 zu empfangen. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
kann die primäre Komponente 110 konfiguriert sein,
um Informationen, die von der Gateway-Komponente 120 empfangen
wurden, zur Empfangssteuervorrichtung 140 zu übertragen,
die auf der Maschine 30 gelegen ist.
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Die
Empfangssteuervorrichtung 140 kann eine oder mehrere Vorrichtungen
aufweisen, die konfiguriert sind, um Informationen von der Steuervorrichtung 100 zu
empfangen. Weiterhin kann die Empfangssteuervorrichtung 140 konfiguriert
sein, um irgendeinen elektronisch steuerbaren Betriebsvorgang der
Maschine 30 zu steuern. Die Empfangssteuervorrichtung 140 kann
Vorrichtungen aufweisen, wie beispielsweise eine Motorsteuervorrichtung,
eine Regenerationssteuervorrichtung, eine Hydrauliksteuervorrichtung,
eine Nutzlaststeuervorrichtung, eine Getriebesteuervorrichtung usw.
Zusätzlich kann irgendeine andere Vorrichtung, die konfigurierbar
ist, um Informationen von der Steuervorrichtung 100 zu empfangen,
und um einen elektronisch steuerbaren Betrieb der Maschine 30 zu
steuern, in der Empfangssteuervorrichtung 140 vorgesehen
sein.
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Die
Empfangssteuervorrichtung 140 kann die empfangenen Informationen
verwenden, um ähnliche Aufgaben auszuführen, wie
jene, die von der primären Komponente 110 ausgeführt
werden. Beispielsweise kann die Empfangssteuervorrichtung 140 konfiguriert
sein, um empfangene Takt- bzw. Zeitinformationen von der Steuervorrichtung 100 zu
verwenden, um Log- bzw. Aufzeichnungsnachrichten mit einem Zeitstempel
zu versehen, die von der Maschine 30 zu anderen entfernten
Einheiten gesendet werden. Zusätzlich kann die Empfangssteuervorrichtung 140 empfangene
Taktinformationen verwenden, um die Startzeit und die Stoppzeit
der Maschine 30 zu steuern, wie durch eine vorbestimmte
Zeittabelle. Weiterhin kann die Empfangssteuervorrichtung 140 empfangene
Taktinformationen verwenden, um die Regeneration eines Abgaselementes
zu steuern. Die Maschine 30 kann eine Vorrichtung, wie
beispielsweise eine Gateway-Komponente 120, aufweisen oder
nicht, welche mit dem externen Taktsystem 40 eine Verbindung
herstellen kann. Daher kann in manchen Ausführungsbeispielen
die Empfangssteuervorrichtung 140 nicht fähig
sein, Informationen direkt von dem externen Taktsystem 40 zu
erhalten. Stattdessen kann die Empfangssteuervorrichtung 140 diese Informationen
von Quellen empfangen, die nicht an Bord der Maschine 30 gelegen
sind, wie beispielsweise von der Steuervorrichtung 100 an
der Maschine 20 oder anderen ähnlichen Maschinen
oder Quellen.
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Die
Empfangssteuervorrichtung 140 kann betreibbar sein, um
eine Verbindung mit der primären Komponente 110 herzustellen,
und zwar unter Verwendung von einem oder mehreren Datenkommunikationsanschlüssen.
Diese Anschlüsse können beispielsweise Ethernet-Anschlüsse,
drahtlose Anschlüsse, Datalink- bzw. Daten verbindungsanschlüsse,
Faseroptikanschlüsse usw. aufweisen. Zusätzlich kann
irgendein anderer Datenverbindungs- bzw. Datenkommunikationsanschluss,
der konfigurierbar ist, um Informationen zwischen der primären
Komponente 110 und der Empfangssteuervorrichtung 140 zu übertragen,
verwendet werden, um die Empfangssteuervorrichtung 140 mit
der primären Komponente 110 zu verbinden. Die
Empfangssteuervorrichtung 140 kann Informationen von der
primären Komponente 110 als einen Teil von speziellen
Kommunikationsnachrichten empfangen, oder als einen Teil von regulären
Kommunikationsnachrichten. Auf den Empfang einer Anfrage von der
Empfangssteuervorrichtung 140 kann beispielsweise die primäre
Komponente 110 Taktinformationen, die von der Gateway-Komponente 120 empfangen
wurden, zur Empfangssteuervorrichtung 140 in einer speziellen
Uhr- bzw. Taktaktualisierungsnachricht übertragen. Alternativ
kann die primäre Komponente 110 diese Taktinformationen
als einen Teil einer Steuernachricht aufweisen, die zur Empfangssteuervorrichtung 140 gesendet
wird. Diese Steuernachricht kann andere Informationen aufweisen,
wie beispielsweise die Lage der Maschine 20.
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In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die primäre
Komponente 110 Taktinformationen zur Empfangssteuervorrichtung 140 unter
Verwendung von einem oder mehreren Datenkommunikationsprotokollen übertragen.
Diese Datenkommunikationsprotokolle können beispielsweise
ein Drahtlos-Ethernet-Protokoll, ein Zellenfunk-Protokoll, ein Echtzeit-Taktsynchronisierungsprotokoll
usw. aufweisen. Die Art des Protokolls, das zur Übertragung
von Informationen von der primären Komponente 110 zur Empfangssteuervorrichtung 140 verwendet
wird, kann von der Art der Datenverbindung zwischen der Maschine 20 und
der Maschine 30 abhängen. Wenn beispielsweise
eine drahtlose Ethernet-Verbindung zwischen der Maschine 20 und
der Maschine 30 vorgesehen ist, dann kann die primäre
Komponente 110 Informationen an die Empfangssteuervorrichtung 140 unter
Verwendung eines Drahtlos-Ethernet-Protokolls übertragen,
wie beispielsweise 802.11 b, 802.11 g usw. Wenn alternativ ein Zellenfunknetzwerk
verwendet wird, um eine Verbindung zwischen der Maschine 20 und
der Maschine 30 vorzusehen, können Zellenfunkprotokolle,
die mit Zellenfunkstandards in Beziehung stehen, wie bei spielsweise
GSM, CDMA; TDMA usw., verwendet werden, um Informationen von der
primären Komponente 110 zur Empfangssteuervorrichtung 140 zu übertragen.
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In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann ein Anwendungsschichtprotokoll
bzw. Application-Layer-Protokoll, wie beispielsweise das Real Time
Clock Synchronization Protocol ("RTCSP", Echtzeit-Takt-Synchronisierungsprotokoll)
verwendet werden, um Informationen von der primären Komponente 110 zur
Empfangssteuervorrichtung 140 zu übertragen. RTCSP
ist ein Anwendungsschichtprotokoll, welches gestattet, dass Daten
von einer Master- bzw. Hauptvorrichtung zu einer Slave- bzw. Hilfsvorrichtung
geliefert werden. Basierend auf einem Aushandlungsverfahren auf
einer gemeinsamen Datenverbindung kann RTCSP konfiguriert sein,
um eine Master- bzw. Hauptvorrichtung und die entsprechenden Slave-
bzw. Hilfsvorrichtungen auf der gemeinsamen Datenverbindung zu bestimmen.
Die Master-Vorrichtung kann dann konfiguriert sein, um Daten zu
den entsprechenden Slave-Vorrichtungen zu übertragen. Während
des Aushandlungsverfahrens können Faktoren, wie beispielsweise
die Qualität der Komponenten in jeder Vorrichtung, die
Lage jeder Vorrichtung, die Verbindungsarten bei jeder Vorrichtung
und die CPU-Leistung von jeder Vorrichtung berücksichtigt
werden, um die Master-Vorrichtung aus einer Gruppe von Vorrichtungen
auf der gemeinsamen Datenverbindung zu bestimmen.
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Wenn
die primäre Komponente 110 und die Empfangssteuervorrichtung 140 auf
einer gemeinsamen Datenverbindung sind und weiter konfiguriert sind,
um RTCSP zu verwenden, dann können in einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel basierend auf Faktoren, wie beispielsweise
der in der primären Komponente 110 verwendeten
Komponenten, der Anwesenheit einer Verbindung zwischen der primären
Komponente 110 und der Gateway-Komponente 120 und
anderen derartigen Faktoren das RTCSP konfiguriert sein, um die
primäre Komponente 110 als eine Master-Vorrichtung
auszuwählen und die Empfangssteuervorrichtung 140 als
eine Slave-Vorrichtung, wenn die primäre Komponente 110 und
die Empfangssteuervorrichtung 140 auf einer gemeinsam verwendeten
Datenverbindung sind und weiter konfiguriert sind, um RTCSP zu verwenden.
Die primäre Komponente 110 kann dann Informationen
zur Empfangssteuervorrichtung 140 unter Verwendung des
RTCSP übertragen.
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3 ist
eine Blockdiagrammdarstellung des externen Taktsystems 40.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann das externe
Taktsystem 40 ein Globalpositionsbestimmungssystem ("GPS"
= global positioning system) 150 einen Satelliten in einer
niedrigen Erdumlaufbahn ("LEO-Satellit", LEO = low earth orbit) 154,
ein Zellenfunknetzwerk 158, ein Radiodatensystem ("RDS") 162 und ein
Computernetzwerk 164 aufweisen. Das System 40 kann
irgendeine von diesen Takt- bzw. Zeitquellen oder alle davon aufweisen,
oder andere mögliche Taktquellen. Die Software-Anwendung
in der Gateway-Komponente 120 kann konfiguriert sein, um
eine vorbestimmte Reihenfolge bei der Auswahl einer Taktquelle unter
jenen zu verwenden, die in dem externen Taktsystem 40 verfügbar
sind. Somit kann die Gateway-Komponente 120 in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
konfiguriert sein, um eine externe Taktquelle aus einer der Folgenden
auszuwählen: GPS 150, LEO 154, Zellenfunknetzwerk 158,
RDS 162 und Computernetzwerk 164, und zwar in
einer gewissen bevorzugten Reihenfolge. Diese bevorzugte Reihenfolge
kann durch einen Algorithmus bestimmt werden, der von der Software-Anwendung
in der Gateway-Komponente 120 ausgeführt wird.
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Das
GPS 150 kann eine Vielzahl von Satelliten aufweisen, die
jeweils eine Atomuhr oder irgendeine andere Taktquelle aufweisen.
Wenn ein Satellit, der Teil des GPS 150 ist, als eine Taktquelle wirkt,
kann der Atomzeittakt in dem Satelliten verwendet werden, um Informationen
zur Gateway-Komponente 120 zu liefern. LEO 154 weist
eine Gruppe Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn auf. Die
Satelliten bei LEO 154 können einen anderen Umlaufpfad
haben als jene beim GPS 150. Beispielsweise können
die Satelliten im GPS 150 in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
geostationäre Satelliten sein, d. h. Satelliten, die die
Erde direkt über dem Äquator in eine Höhe
von ungefähr 22000 Meilen umkreisen. Andererseits kann
ein LEO-Satellit die Erde in einer Höhe von nur einigen
hundert Meilen umkreisen. Wie ein Satellit beim GPS 150 kann
ein Satellit bei LEO 154 eine Atomuhr aufweisen, die verwendet
werden kann, um Informationen zur Gateway-Komponente 120 zu
liefern. Verschiedene Satellitendienstleister liefern In formationen
vom GPS 150 und vom LEO 154. Beispielsweise kann
ein Satellitendienstleister, wie beispielsweise ORBCOM, verwendet
werden, um Informationen von LEO 154 für die Gateway-Komponente 120 zu
liefern.
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Das
Zellenfunknetzwerk 158 kann ein Telekommunikationsnetzwerk
aufweisen, welches verwendet wird, um einen Zellenfunktelefonservice
vorzusehen. Insbesondere kann das Zellenfunknetzwerk 158 Zellenfunktelefontürme
aufweisen, die verwendet werden, um Telefongespräche und
Nachrichten von einem Zellenfunktelefonteilnehmer zum anderen zu
leiten. Zusätzlich können die Zellenfunktelefontürme
auch konfiguriert sein, um Takt- bzw. Zeitinformationen zu den Zellenfunktelefonen
weiterzuleiten. Die Zellenfunktelefontürme können
Taktinformationen von einem Satelliten erhalten, und zwar mit Hilfe
eines Satellitenempfängers, der an den Zellenfunktelefontürmen
oder an der Basisstation gelegen ist. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
können die Zellenfunktelefontürme konfiguriert
sein, um Takt- bzw. Zeitinformationen, die von einem Satelliten erhalten
wurden, zur Gateway-Komponente 120 weiterzuleiten. Das
Zellenfunknetzwerk 158 kann mit den 2G-Zellenfunkstandards
arbeiten, wie beispielsweise mit CDMA (Code Division Multiple Access), GSM
(Global System for Mobile Communications) und TDMA (Time Division
Multiple Access). Alternativ oder zusätzlich kann das Zellenfunknetzwerk 158 auch
mit 2.5G- und/oder mit 3G-Standards arbeiten, wie beispielsweise
mit GPRS (General Packet Radio Service) und WCDM (WIdeband Code
Division Multiple Access). Zusätzlich kann das Zellenfunknetzwerk 158 mit
irgendeinem anderen Zellenfunkstandard arbeiten, der konfigurierbar
ist, um die Übertragung von Informationen vom Zellenfunknetzwerk 158 zur
Gateway-Komponente 120 zu gestatten.
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Das
RDS 162 kann verschiedene Arten von Funk- bzw. Radiostationen
aufweisen, wie beispielsweise AM-, FM- und XM-Radiostationen, die
eine Funk- bzw. Radioprogrammierung in unterschiedlichen Frequenzbändern übertragen.
Jede Funkstation verwendet eine Taktquelle, um die Programmierung
zu beeinflussen. Somit kann das RDS 162 konfiguriert sein,
um als eine Taktquelle zu wirken, wobei die von jeder Funk- bzw.
Radiostation zur Programmierung verwendeten Informationen für
die Gateway-Komponente 120 verfügbar gemacht werden. Insbesondere kann
die Gateway-Komponente 120 konfiguriert sein, um Taktinformationen
vom RDS 162 zu erhalten.
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Das
Computernetzwerk 164 kann eine oder mehrere Computer- bzw.
Berechnungsvorrichtungen aufweisen, die eine Taktquelle aufweisen.
Beispielsweise kann ein Computernetzwerk Vorrichtungen aufweisen,
wie beispielsweise Rooter bzw. Weiterleitungseinrichtungen, die
Datenpaketweiterleitungsfunktionen ausführen können
und auch als Taktquellen wirken. Die Rooter in einem Computernetzwerk können
ihre Taktinformationen direkt oder indirekt von einer Atomuhr erhalten.
Beispielsweise kann ein (nicht gezeigter) Gateway-Rooter Taktinformationen direkt
von einer Atomuhr erhalten. Stromabwärts liegende Rooter
in dem Computernetzwerk können konfiguriert sein, um ihre
Taktinformationen von dem Gateway-Rooter zu erhalten. Die Gateway-Rooter und
die stromabwärts liegenden Rooter können konfiguriert
sein, um Informationen zu irgendeinem Empfänger oder in
manchen Fällen zu einer Liste von vorbestimmten Empfängern
zu liefern. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
kann die Gateway-Komponente 120 konfiguriert sein, um Informationen
von einem Gateway oder einem stromabwärts liegenden Rooter
in dem Computernetzwerk 164 zu empfangen. Zusätzlich
kann irgendeine andere Computer- bzw. Berechnungsvorrichtung, wie
beispielsweise ein Switch, ein Server usw., der Taktinformationen
aufweisen kann, als eine Takt- bzw. Zeitquelle in dem Computernetzwerk 164 wirken.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass die externen Taktquellen, die oben
beschrieben wurden, nur beispielhafter Natur sind. Wenn andere Taktquellen
verfügbar werden und Informationen zur Gateway-Komponente 120 liefern
können, können sie auch als Taktquellen in dem
externen Taktsystem 40 verwendet werden.
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Wiederum
mit Bezug auf 2 kann die Gateway-Komponente 120 eine
Verbindung mit dem GPS 150 und dem LEO 154 unter
Verwendung eines Kommunikationsanschlusses herstellen. In einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel kann die Gateway-Komponente 120 konfiguriert
sein, um als ein Satellitenempfänger zu arbeiten, und einen
seriellen Anschluss verwenden, um mit dem GPS 150 und dem
LEO 154 zu kommunizieren. Der serielle Anschluss kann konfiguriert
sein, um mit seriellen Protokollen zu arbeiten, wie beispielsweise
mit NMEA 183, um der Gateway-Komponente 120 dabei
zu helfen, mit dem GPS 150 und dem LEO 154 zu
kommunizieren. Zusätzlich können andere Protokolle,
die eine Kommunikation zwischen einem Empfänger und einem
Satelliten vorsehen können, auch zur Kommunikation zwischen
der Gateway-Komponente 120 und dem GPS 150 und
dem LEO 154 verwendet werden.
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Zusätzlich
oder alternativ kann die Gateway-Komponente 120 konfiguriert
sein, um alle Taktquellen in dem externen Taktsystem 40 durch
eine Protokollumwandlungsvorrichtung zu verbinden. In einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel kann die Gateway-Komponente 120 eine
Verbindung zu einer (nicht gezeigte) Protokollumwandlungsvorrichtung über
eine serielle Verbindung oder Datenverbindung herstellen. Die Protokollumwandlungsvorrichtung kann
auch eine Verbindung mit den Taktquellen in dem externen Taktsystem 40 herstellen.
Die Protokollumwandlungsvorrichtung kann verschiedene Arten von
Datenanschlüssen aufweisen, um mit der Gateway-Komponente 120 und
dem externen Taktsystem 40 zu kommunizieren. Beispielsweise
kann die Gateway-Komponente 120 eine Verbindung mit der
Protokollumwandlungsvorrichtung unter Verwendung eines Datenverbindungsanschlusses
herstellen. Insbesondere kann die Gateway-Komponente 120 eine
Verbindung mit der Protokollumwandlungsvorrichtung unter Verwendung
eines Anschlusses herstellen, der konfiguriert ist, um ein Datenverbindungsprotokoll
zu verwenden, wie beispielsweise J1939. Weiterhin kann die Protokollumwandlungsvorrichtung
eine Verbindung mit dem GPS 150 unter Verwendung eines
seriellen Anschlusses herstellen, der konfiguriert ist, um mit dem
NMEA-Protokoll 183 zu arbeiten. Die Protokollumwandlungsvorrichtung kann
konfiguriert ist, um Pakete zwischen dem seriellen Anschluss und
dem Datenverbindungs- bzw. Datalink-Anschluss zu übertragen
und zwar durch Übersetzung der Informationen von NMEA 183 auf
J1939 und umgekehrt.
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Zusätzlich
kann die Protokollumwandlungsvorrichtung einen ersten drahtlosen
Anschluss aufweisen, der konfiguriert ist, um eine Verbindung mit dem
Zellenfunknetzwerk 158 herzustellen. Der erste drahtlose
Anschluss kann konfiguriert sein, um unter Verwendung eines Protokolls
zu kommunizieren, welches mit ei nem Kommunikationsstandard kompatibel
ist, der von dem Zellenfunknetzwerk 158 verwendet wird.
Wenn beispielsweise das Zellenfunknetzwerk 158 ein GSM-Netzwerk
ist, kann der erste drahtlose Anschluss auf der Protokollumwandlungsvorrichtung
konfiguriert sein, um mit dem Zellenfunknetzwerk 158 unter
Verwendung von GSM zu kommunizieren. Wenn das Zellenfunknetzwerk 158 ein CDMA-Netzwerk
ist, kann alternativ der erste drahtlose Anschluss konfiguriert
sein, um mit CDMA zu arbeiten. In ähnlicher Weise kann
die Protokollumwandlungsvorrichtung einen zweiten drahtlosen Anschluss
aufweisen, um mit dem RDS 162 zu kommunizieren und einen
Ethernet-Anschluss um eine Verbindung mit dem Computernetzwerk 164 herzustellen.
Alternativ kann die Protokollumwandlungsvorrichtung einen dritten
drahtlosen Anschluss, einen Faseroptikanschluss, einen Koaxialkabelanschluss oder
irgendeinen anderen derartigen Anschluss aufweisen, um eine Verbindung
mit dem Computernetzwerk 164 herzustellen.
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Die
Protokollumwandlungsvorrichtung kann Software bzw. Programme aufweisen,
um dabei zu helfen, Informationen von einem Anschluss zum nächsten
zu übertragen, und auch um Informationen von einem Kommunikationsprotokoll
zum anderen zu übertragen. Diese Software kann in irgendeiner
Art von Computersprache konfiguriert sein, wie beispielsweise in
C, C++, in Pascal, in Visual C++ oder in Visual Basic usw. Zusätzlich
kann die Protokollumwandlungsvorrichtung eine CPU bzw. zentrale
Verarbeitungseinheit, einen RAM bzw. Arbeitsspeicher, I/O- bzw.
Eingabe/Ausgabe-Module und irgendeine andere Komponente aufweisen,
die benötigt wird, um die Software-Anwendung laufen zu
lassen.
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Die
Software-Anwendung in der Gateway-Komponente 120 kann konfiguriert
sein, sodass die Gateway-Komponente 120 die geeignete Taktquelle
aus jenen auswählen kann, die in dem externen Taktsystem 40 verfügbar
sind, und zwar gemäß einer vorbestimmten Reihenfolge.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die vorbestimmte Reihenfolge
aufweisen, das GPS 150 vor dem LEO 154 einzuordnen,
das LEO 154 vor dem Zellenfunknetzwerk 158 einzuordnen,
das Zellenfunknetzwerk 158 vor dem RDS 162 einzuordnen
und das RDS 162 vor dem Computernetzwerk 164 einzuordnen.
Wenn das Computernetzwerk 164 nicht verfügbar
ist, dann kann die Software-Anwendung in der Gateway-Komponente 120 konfiguriert
sein, um Informationen von der batteriebetriebenen Uhr bzw. dem
Taktgeber 130 anstatt von dem externen Taktsystem 40 zu
erhalten. Wenn somit das GPS 150 nicht verfügbar
ist, kann die Gateway-Komponente 120 gemäß der
vorbestimmten Reihenfolge das LEO 154 als eine Taktquelle
auswählen. Wenn jedoch das LEO 154 nicht verfügbar
ist, dann kann die Gateway-Komponente 120 das Zellenfunknetzwerk 158 als
eine Taktquelle auswählen usw.
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Die
von der Software-Anwendung in der Gateway-Komponente 120 verwendete
Reihenfolge zur Auswahl einer geeigneten Takt- bzw. Zeitquelle von
dem externen Taktsystem 40 kann von verschiedenen Faktoren
abhängen. Die Faktoren können beispielsweise die
wahrgenommene oder erwartete Genauigkeit des Taktes in der Taktquelle
aufweisen, weiter die Kosten, um einen Dienst von dem Taktquellendienstleister
bzw. Taktquellenbetreiber zu erhalten, die Einfachheit, wie die
Informationen von der Taktquelle zu erhalten sind, usw. Beispielsweise kann
das GPS 150 eine Atomuhr verwenden, die als die genaueste
verfügbare Uhr angesehen werden kann. Weiterhin kann das
GPS 150 zu nahezu allen Zeiten als eine Taktquelle für
die Maschine 20 verfügbar sein, und zwar wegen
Faktoren, wie beispielsweise dem Umlaufpfad, der Konfiguration und
der Höhe des GPS 150. Dies kann die Auswahl des
GPS 150 am attraktivsten gegenüber anderen Taktquellen
machen, die keinen Taktgeber bzw. keine Uhr verwenden, die so genau
ist, wie die Atomuhr und/oder die nicht so leicht verfügbar
sind, wie das GPS 150. Der Fachmann wird erkennen, dass
die oben beschriebene Reihenfolge nur beispielhaft ist und dass
irgendeine andere Reihenfolge verwendet werden kann, um eine Taktquelle
aus dem externen Taktsystem 40 auszuwählen, und
zwar beispielsweise abhängig von den Auswahlkriterien,
die von einem Anwender des globalen Taktsynchronisationssystems 10 geliefert werden.
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Die
Gateway-Komponente 120 kann konfiguriert sein, um Informationen
zwischen der primären Komponente 110 und nicht
an Bord liegenden Vorrichtungen und Systemen zu übertragen.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Gateway-Komponente 120 konfiguriert
sein, um Informationen zwischen dem externen Taktsystem 40 und der
primären Komponente 110 zu übertragen.
Insbesondere kann die Gateway-Komponente 120 Taktinformationen,
die von dem ex ternen Taktsystem 40 erhalten wurden, zur
primären Komponente 110 übertragen. Die
Gateway-Komponente 120 kann mit der primären Komponente 110 unter
Verwendung einer Datenverbindung kommunizieren, wie beispielsweise unter
Verwendung einer Ethernet-Verbindung, einer Datalink- bzw. Datenverbindung,
einer drahtlosen Verbindung oder irgendeiner anderen derartigen
Verbindung. Zusätzlich kann die primäre Komponente 110 einen
Teil der empfangenen Informationen zu anderen Steuervorrichtungen
unter Verwendung der Empfangssteuervorrichtung 140 übertragen.
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Die
primäre Komponente 110 kann eine oder mehrere
Vorrichtungen darstellen, die konfiguriert sein können,
um die Betriebsvorgänge der Maschine 20 mit Hilfe
einer Programmdatei zu steuern. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
kann die primäre Komponente 110 Vorrichtungen
aufweisen, wie beispielsweise ein Motorsteuervorrichtungsmodul, um
das Klopfen im Motor der Maschine 20 zu steuern, weiter
ein Regenerationssteuervorrichtungsmodul, um die Regeneration eines
Abgaselementes in der Maschine 20 zu steuern, ein Getriebesteuervorrichtungsmodul,
ein Hydrauliksteuervorrichtungsmodul oder irgendeine andere Vorrichtung,
die zumindest einen Betriebsvorgang der Maschine 20 steuern kann.
Die primäre Komponente 110 kann zumindest einen
Betrieb der Maschine 20 mit einer Programmdatei steuern.
Die Programmdatei für die primäre Komponente 110 kann
in irgendeiner Computersprache geschrieben sein, wie beispielsweise
in C, in C++, in Pascal, in Visual C++ oder in Visual Basic usw.
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Wie
oben bemerkt, kann die primäre Komponente 110 verwendet
werden, um verschiedene Betriebsvorgänge der Maschine 20 mit
Hilfe einer Programmdatei zu steuern. Beispielsweise kann die primäre
Komponente 110 konfiguriert sein, um das Klopfen in einem
Motor zu steuern. Das "Klopfen" ist eine unerwünschte Brennstoffverbrennung,
die schädlich für Emissionen, für die
Brennstoffausnutzung und die Langlebigkeit des Motors ist. Alternativ kann
die primäre Komponente 110 als eine Regenerationssteuervorrichtung
konfiguriert sein, um die "Regeneration" eines Abgaselementes in
einem Motor einer Maschine zu steuern. Die "Regeneration" ist der
Prozess des Aufheizens der in einem Abgaselement eingefangenen Partikelstoffe
auf eine Temperatur, bei der die Partikelstoffe verbrennen oder
verdampfen. Zusätzlich kann die primäre Komponente 110 konfiguriert
sein, um andere derartige Funktionen/Betriebsvorgänge einer
Maschine auszuführen. Die primäre Komponente 110 kann
Komponenten aufweisen, die geeignet sind, um verschiedene Betriebsvorgänge
für die Maschine 20 auszuführen. Diese
Komponenten können beispielsweise einen (nicht gezeigten)
Speicher und eine (nicht gezeigte) zentrale Verarbeitungseinheit,
(nicht gezeigte) Eingabe/Ausgabe-Module und irgendeine andere Komponente
aufweisen, die benötigt wird, um eine Programmdatei laufen
zu lassen.
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Die
primäre Komponente 110 kann Informationen, die
von dem externen Taktsystem 40 durch die Gateway-Komponente 120 empfangen
wurden, verwenden, um irgendeinen elektronisch steuerbaren Betriebsvorgang
der Maschine 20 zu beeinflussen. Insbesondere kann die
primäre Komponente 110 die von der Gateway-Komponente 120 empfangenen
Takt- bzw. Zeitinformationen verwenden, um Betriebsvorgänge,
wie beispielsweise die Regeneration, den Motorbetrieb usw. zu beeinflussen.
Beispielsweise kann die primäre Komponente 110 die empfangenen
Taktinformationen verwenden, um Regenerationsaufzeichnungsnachrichten
mit einem Zeitstempel zu versehen. Dies würde einem Anwender
oder einer Maschine dabei helfen, den Regenerationsvorgang in der
Maschine 20 zu überwachen, um zu bestimmen, wann
gewisse mit der Regeneration in Beziehung stehende Ereignisse auftreten.
Basierend auf diesen Informationen kann ein Anwender oder eine Maschine
Veränderungen vornehmen, die den Betrieb der Maschine 20 beeinflussen
können. Zusätzlich kann die primäre Komponente 110 andere Aufzeichnungsnachrichten
mit einem Zeitstempel versehen, und zwar unter Verwendung der Taktinformationen,
die von der Gateway-Komponente 120 empfangen wurden.
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In
einigen Ausführungsbeispielen kann die primäre
Komponente 110 verwendet werden, um direkt Funktionen zu
steuern, wie beispielsweise Regenerationsvorgänge, Motorvorgänge
usw., und zwar basieren auf empfangenen Taktinformationen. Beispielsweise
kann die primäre Komponente 110 die von der Gateway-Komponente 120 empfangenen Taktinformationen
verwenden, um die Startzeit und die Stoppzeit einer Leistungsquelle
zu steuern, wie beispielsweise eines Motors der Maschine 20.
Insbesondere kann es eine Notwendigkeit geben, elektro nisch die
Betriebszeit eines Motors der Maschine 20 zu steuern, wie
beispielsweise durch eine vorbestimmte Zeittabelle. Dies kann von
Faktoren herkommen, wie beispielsweise Sicherheitsregelungen, Umweltregelungen
usw. In solchen Fällen kann die primäre Komponente 110 die
von dem externen Taktsystem 40 erhaltenen Taktinformationen
verwenden, um genau die Startzeit und die Stoppzeit und somit die
Betriebszeit des Motors der Maschine 20 gemäß der
vorbestimmten Zeittabelle zu steuern.
-
Zusätzlich
dazu, dass sie den Betrieb der Maschine 20 unter Verwendung
von Informationen, die von dem externen Taktsystem 40 empfangen wurden,
beeinflusst, kann die Steuervorrichtung 100 auch Informationen,
die von dem externen Taktsystem 40 empfangen wurden, zu
anderen (nicht gezeigten) Steuervorrichtungen übertragen,
die in der Maschine 20 gelegen sind. Irgendeine primäre
Komponente 110 oder eine Gateway-Komponente 120 kann verwendet
werden, um diese Informationen auf andere Steuervorrichtungen zu übertragen.
Diese anderen Steuervorrichtungen können Vorrichtungen aufweisen,
welche, wie die Steuervorrichtung 100, den Betrieb der
Maschine 20 beeinflussen, jedoch keine direkte Verbindung
zu dem externen Taktsystem 40 haben. Wenn beispielsweise
die Steuervorrichtung 100 ein Motorsteuermodul ("ECM =
engine controller module) aufweist, kann die Steuervorrichtung 100 Informationen,
die von dem externen Taktsystem 40 empfangen wurden, zu
einer Regenerationssteuervorrichtung übertragen, die keine
direkte Verbindung zu dem externen Taktsystem 40 hat. In einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die primäre
Komponente 110 Taktinformationen, die von dem externen
Taktsystem 40 empfangen wurden, durch die Gateway-Komponente 120 zu
anderen Steuervorrichtungen an der Maschine 20 übertragen. Somit
können andere Steuervorrichtungen an der Maschine 20 auch
Informationen verwenden, die von dem externen Taktsystem 40 empfangen
wurden, um den Betrieb der Maschine 20 zu beeinflussen,
obwohl die anderen Steuervorrichtungen nicht direkt mit dem externen
Taktsystem 40 verbunden sind.
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Die
primäre Komponente 110 kann Informationen zu anderen
Steuervorrichtungen an der Maschine 20 unter Verwendung
von einem oder mehreren Datenverbindungsanschlüssen übertragen.
Diese Datenverbindungsanschlüsse können bei spielsweise
serielle Anschlüsse, Ethernet-Anschlüsse, drahtlose
Anschlüsse, Datalink-Anschlüsse usw. aufweisen.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist die primäre
Komponente 110 konfiguriert, um Informationen an andere
Steuervorrichtungen über einen Datalink-Anschluss zu übertragen,
der konfiguriert ist, um mit Datalink-Protokollen zu arbeiten, wie beispielsweise
mit J1939, mit SAEJ1587 usw.
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Zusätzlich
kann die Steuervorrichtung 100 auch Informationen, die
von dem externen Taktsystem 40 empfangen wurden, zu anderen
Maschinen übertragen. Wie oben bemerkt, können
entweder die primäre Komponente 110 oder die Gateway-Komponente 120 konfiguriert
sein, um diese Informationen zu anderen Maschinen zu übertragen.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die primäre Komponente 110 konfiguriert
sein, um die empfangenen Informationen zur Empfangssteuervorrichtung 140 zu übertragen,
die an der Maschine 30 gelegen ist. Wie oben bemerkt, kann
die Empfangssteuervorrichtung 140 ähnlich der
Steuervorrichtung 100 bezüglich der Konfiguration
und der ausgeführten Funktionen sein. Anders als die Steuervorrichtung 100 kann
jedoch die Empfangssteuervorrichtung 140 keine direkte
Verbindung mit dem externen Taktsystem 40 haben. Die Maschine 30 kann
auf der gleichen Baustelle bzw. dem gleichen Arbeitsgelände
gelegen sein, wie die Maschine 20. Alternativ kann die
Maschine 30 an einer geographisch entfernten Stelle gelegen
sein, wie beispielsweise in einem anderen Bezirk, in einer anderen
Stadt, in einem anderen Bundesland oder in einem anderen Land als
die Maschine 20.
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Industrielle Anwendbarkeit
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4 sieht
ein Flussdiagramm vor, welches die Schritte eines beispielhaften
offenbarten Taktsynchronisationssteuerverfahrens 200 veranschaulicht. Im
Schritt 210 kann die Gateway-Komponente 120 beginnen,
Informationen von dem externen Taktquellensystem 40 zu
erhalten bzw. aufzunehmen. Die Gateway-Komponente 120 kann
konfiguriert sein, um Informationen vom externen System 40 mit
vorbestimmten Zeitintervallen zu erhalten, die beispielsweise durch
einen Bediener eingestellt werden. Alternativ kann die Gateway-Komponente 120 konfi guriert sein,
um diese Informationen beim Empfang einer Anforderung nach Informationen
für die primäre Komponente 110 zu erhalten.
Weiterhin kann die Gateway-Komponente 120 konfiguriert
sein, um eine Taktquelle aus dem externen Taktsystem 40 auszuwählen,
und zwar gemäß einer vorbestimmten Reihenfolge,
die in der Software-Anwendung konfiguriert ist, die auf der Gateway-Komponente 120 läuft.
Die vorbestimmte Reihenfolge kann durch einen Anwender konfiguriert
sein oder kann eine in der Fabrik konfigurierte voreingestellte
Reihenfolge sein, die von einem Anwender zu verändern ist.
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Im
Schritt 220 kann die Gateway-Komponente 120 bestimmen,
ob das Globalpositionsbestimmungssystem bzw. GPS 150 als
Taktquelle verfügbar ist. Wenn das GPS 150 als
eine Taktquelle nicht verfügbar ist (beispielsweise aufgrund
von schlechtem Wetter, einem außer Betrieb befindlichen
Satelliten usw.), kann dann die Gateway-Komponente 120 im Schritt 230 versuchen,
Informationen vom LEO 154 zu erhalten. Wenn LEO 154 nicht
verfügbar ist, dann kann die Gateway-Komponente 120 versuchen,
Informationen aus dem Zellenfunknetzwerk 158 im Schritt 240 zu
erhalten. Wenn das Zellenfunknetzwerk 158 als eine Takt-
bzw. Zeitquelle nicht verfügbar ist, kann die Gateway-Komponente 120 versuchen,
Informationen vom RDS 162 im Schritt 250 zu erhalten.
Wenn das RDS 162 nicht verfügbar ist, dann kann
die Gateway-Komponente 120 im Schritt 260 versuchen,
Informationen vom Computernetzwerk 164 zu erhalten. Wenn
schließlich das Computernetzwerk 164 nicht verfügbar
ist, dann kann die Gateway-Komponente 120 im Schritt 270 Informationen
von dem batteriebetriebenen Taktgeber bzw. der Uhr 130 erhalten.
Im Schritt 280 kann die Gateway-Komponente 120 die
von einer der oben erwähnten Zeit- bzw. Taktquellen erhaltenen
Informationen zur primären Komponente 110 leiten.
Im Schritt 290 kann die primäre Komponente 110 die
von der Gateway-Komponente 120 erhaltenen Informationen zu
anderen Steuervorrichtungen unter Verwendung der Empfangssteuervorrichtung 140 leiten.
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Das
offenbarte Taktsynchronisationsverfahren und das Taktsynchronisationssystem
können in irgendeinem System verwendet werden, welches ausgelegt
ist, um eine genaue und stabile Taktquelle als Informationsquelle
zu verwenden. Indem Informationen von einer externen Taktquelle
erhalten werden, kann das offenbarte System Informationen von einer
Quelle liefern, die nicht von klimatischen Bedingungen, Betriebsbedingungen
und anderen derartigen Faktoren beeinflusst ist. Weiterhin sieht
das offenbarte System, indem es eine Vielzahl von externen Taktquellen
vorsieht, eine Unterstützungs- bzw. Absicherungsfähigkeit
vor, um Situationen Rechnung zu tragen, wo eine oder mehrer Taktquellen
nicht verfügbar werden können. Zusätzlich
sieht die vorbestimmte Reihenfolge vor, Informationen von der genauesten
verfügbaren Takt- bzw. Zeitquelle zu erhalten.
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Die
Anwendung einer Gateway-Komponente 120 und einer primären
Komponente 110 in der Steuervorrichtung des offenbarten
Systems kann dabei helfen, die Kosten des Erhaltens von Informationen von
einer externen Taktquelle zu verringern. Beispielsweise vermeidet
die Gateway-Komponente die Notwendigkeit, dass alle Steuervorrichtungen
in einem System eine direkte Verbindung zu einer externen Taktquelle
haben, weil sie Informationen zu der primären Komponente
leiten kann, die wiederum die Informationen an die Steuervorrichtungen
leiten kann. Eine Verringerung der Anzahl der Verbindungen zu einer
externen Taktquelle kann die Gesamtkosten eines Systems verringern.
Zusätzlich kann das offenbarte System auch die Kosten der
Auslegung einer geographisch verteilten Flotte von Maschinen verringern.
Dies ist der Fall, weil die primäre Komponente an einer
Maschine in dem offenbarten System Informationen, die von der Gateway-Komponente
empfangen wurden, an die Steuervorrichtungen in anderen Maschinen
in der Flotte übertragen kann. Dies vermeidet die Notwendigkeit,
dass andere Maschinen in der Flotte direkte Verbindungen zu externen
Taktquellen haben, was zu einer Verringerung der Kosten bei der
Auslegung der Flotte führt.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem offenbarten globalen Taktsynchronisationssystem
und -Verfahren vorgenommen werden können ohne vom Umfang
der Offenbarung abzuweichen Zusätzlich werden andere Ausführungsbeispiele
des offenbarten Systems dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung
offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung
und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein
wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche
und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
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Zusammenfassung TAKTSYNCHRONISATION
FÜR EIN MASCHINENSTEUERSYSTEM
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Ein
zeit- bzw. taktsynchronisiertes Steuersystem weist eine Steuervorrichtung
auf. die konfiguriert ist, um mindestens eine Funktion einer Maschine zu
steuern. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um eine
Taktquelle aus einer Vielzahl von externen Takt- bzw. Zeitquellen
basierend auf einer vorbestimmten Reihenfolge auszuwählen.
Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um Informationen
von der ausgewählten Taktquelle zu erhalten. Die Steuervorrichtung
kann auch konfiguriert sein, um die erhaltenen Informationen zu
verwenden, um die mindestens einen Funktion der Maschine zu beeinflussen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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