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Die vorliegende Erfindung betrifft eine modulare Befehlsvorrichtung für Elektroventilinseln.
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Diese modulare Befehlsvorrichtung gemäß dieser Erfindung kann für Elektroventilinseln beliebiger Art verwendet werden, zum Beispiel mit einem elektromagnetischen Stellglied oder mit Solenoid-, magnetischen, piezoelektrischen, thermischen oder anderen Typen von Stellgliedern. Es ist bekannt, dass eine Elektroventilinsel eine Grundeinheit enthält, auf der eine Mehrzahl von Elektroventilen angeordnet ist und mit der die elektronischen Schaltkreise zur Energieversorgung und zum Befehlen der Elektroventile selbst, die die Funktion des Stellglieds regeln, assoziiert sind. Diese elektronischen Energieversorgungs- und Befehlsschaltkreise bilden einen Teil der modularen Befehlsvorrichtung für die Inseln.
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Allgemein enthält eine modulare Befehlsvorrichtung ein Eingangsmodul, das als eine Schnittstelle mit dem Benutzer arbeitet und Befehlssignale vom Benutzer empfängt, und mindestens ein Ventilbefehlsmodul, das mit dem Eingangsmodul verbunden ist und die Befehlssignale an die Elektroventile weiterleitet, die es steuert.
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In diesem Dokument wird der Begriff „Modul” verwendet, um die Anordnung elektronischer Schaltkreise und Schnittstellen elektrischer Verbindungen zu kennzeichnen, die allgemein auf einer Leiterplatte erhalten werden. Die Module können auch eine Trägereinheit für die vorgenannte Leiterplatte darstellen. Auf jeden Fall ist das Eingangsmodul üblicherweise in einem vorbestimmten Teil einer Insel positioniert und es gibt ein einziges Eingangsmodul in der gesamten Elektroventilinsel. Die Ventilbefehlsmodule sind andererseits über das Innere der Insel verteilt. Es ist auch möglich, eine oder mehrere sekundäre Inseln, die mit Ventilbefehlsmodulen, jedoch nicht mit Eingangsmodulen ausgestattet sind, mit einer Hauptinsel zu verketten, die mit einem Eingangsmodul ausgestattet ist. Die Modularität der oben beschriebenen Befehlsvorrichtung ermöglicht dieser deshalb, abhängig von den Bedürfnissen des Benutzers zahlreiche Konfigurationen zum Anweisen verschiedener Elektroventilinseln zu erstellen. Genauer gesagt ist das Eingangsmodul mit mindestens einem Eingangsanschluss verbunden, der dazu ausgestaltet ist, über ein Verbindungskabel mit einer Befehlseinheit des Benutzers verbunden zu werden. Dieses Eingangsmodul ist dann dazu ausgeführt, mit einem ersten Ventilbefehlsmodul einer Mehrzahl von Ventilbefehlsmodulen verbunden zu werden, die dazu vorgesehen sind, in Reihe miteinander verbunden zu werden. Die gegenseitige Verbindung zwischen dem Eingangsmodul und dem Ventilbefehlsmodul und zwischen zwei aufeinander folgenden Ventilbefehlsmodulen wird über eine Kopplung zwischen zwei Stecker-/Buchsenanschlüssen erreicht. Das Verbindungskabel, das das Eingangsmodul mit der Befehlseinheit verbindet, kann seriell sein, wie ein Ethernet-Kabel, oder es kann parallel sein oder ein Mehrkernkabel sein.
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Es sind modulare Befehlsvorrichtungen eines ersten Typs 10 bekannt, die dazu ausgestaltet sind, mit parallel gesendeten Signalen zu arbeiten und die parallele Eingangsmodule 11 und parallele Ventilbefehlsmodule 12 enthalten. Unter Bezugnahme auf 1 ist insbesondere das parallele Eingangsmodul 11 mit einem Kommunikations-BUS vom parallelen Typ ausgestattet, der den Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss mittels einer Mehrzahl von Kommunikationsleitungen verbindet. In diesem Fall ist jede Kommunikationsleitung des BUSses dafür reserviert, ein vorbestimmtes Elektroventil anzusteuern. Gleichermaßen enthält jedes Ventilbefehlsmodul 12 einen parallelen Kommunikations-BUS, aus dem es die Befehlssignale extrahiert, die für die Elektroventile bestimmt sind, die es steuert. Es ermöglicht den restlichen Befehlssignalen, zum nächsten Ventilbefehlsmodul 12 weiterzugehen, bis alle der Kommunikationsleitungen des BUSses mit den jeweiligen Elektroventilen verbunden sind.
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Die modularen Befehlsvorrichtungen des ersten Typs 10 erfordern weder eine Verwendung von komplexen elektronischen Schaltkreisen und/oder eine Verwendung von Mikroprozessoren, noch erfordern sie komplizierte automatische Adressierungsprozeduren für Befehlssignale. Tatsächlich ist jede Kommunikationsleitung des parallelen BUSses dafür vorgesehen, mit einem bestimmten Elektroventil verbunden zu werden. Darüber hinaus ist die Transfergeschwindigkeit der Signale von einem Modul zum nächsten sehr schnell, da diese Vorrichtungen keine Befehlssignale verarbeiten. Die modularen Vorrichtungen des ersten Typs 10 sind jedoch durch einen Nachteil beeinträchtigt, der darin besteht, dass sie nicht mit Diagnosesystemen ausgestattet sind; die Ventilbefehlsmodule 12 enthalten tatsächlich beispielsweise keine Mikroprozessoren, die zum Erkennen und Senden von Diagnosedaten konfiguriert sind. Die Anzahl der Elektroventile ist jedoch durch die Anzahl der verfügbaren Kommunikationsleitungen eingeschränkt. Schließlich stellt sich die gegenseitige Verbindung mit sekundären Inseln als sehr komplex und schwierig heraus.
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Es sind ferner modulare Befehlsvorrichtungen eines zweiten Typs 20 bekannt, die dazu ausgestaltet sind, mit seriell gesendeten Signalen zu arbeiten und die serielle Eingangsmodule 21 und serielle Ventilbefehlsmodule 22 enthalten. Unter Bezugnahme auf 2 weist insbesondere das Eingangsmodul 21 eine elektronische Verarbeitungs- und Steuereinheit 23, beispielsweise einen Mikroprozessor, auf, die die Befehlssignale über einen standardmäßigen seriellen BUS 24 auf Basis von Standardprotokollen empfängt, beispielsweise: Ethernet, Ethercat, CAN, RS485, und diese als Ausgabe über einen seriellen Kommunikations-BUS 25 auf Basis eines anderen vorbestimmten seriellen Sendeprotokolls sendet. Dieser serielle Kommunikations-BUS 25 kann eine Kommunikationsleitung für ein serielles Senden 26 von Befehlssignalen für die Elektroventile und eine oder mehrere Hilfskommunikationsleitungen 27 zum Senden von Diagnosedaten oder zum Transportieren von elektrischer Leistung oder zum Erden der Schaltkreise der verschiedenen Module enthalten. Jedes Ventilbefehlsmodul 22 enthält eine elektronische Verarbeitungseinheit 28, die über einen seriellen Kommunikations-BUS, der dem des Eingangsmoduls 21 entspricht, mit dem Eingang und dem Ausgang des Moduls verbunden ist; diese elektronische Verarbeitungseinheit 28 empfängt in Reihe gesendete Befehlssignale und wandelt sie in Befehlssignale für die jeweiligen Elektroventile um oder stellt sie als Ausgabe zur Verfügung, abhängig von ihrer Adressierung.
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Die modularen Befehlsvorrichtungen des zweiten Typs 20 ermöglichen deshalb die Verwaltung mehrerer Elektroventile mit einer geringen Anzahl an Kommunikationsleitungen. Ferner können die seriellen Kommunikations-BUSse auch für zusätzliche Dienste, wie die oben aufgeführten, verwendet werden. Die modularen Befehlsvorrichtungen des zweiten Typs 20 sind allerdings teurer als die des ersten Typs 10, da jedes Modul komplexe Schaltkreise und nicht einfache Umgehungsleitungen beinhaltet. Außerdem ist eine serielle Übertragung von Befehlssignalen klar langsamer als eine parallele Übertragung.
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Heute bekannte Elektroventilinseln werden hinsichtlich ihres bestimmten Typs von modularer Befehlsvorrichtung unterschieden, die während der Konstruktions- oder Kaufphasen ausgewählt werden. Die Wahl eines bestimmten Typs von modularer Befehlsvorrichtung wird vom Übertragungstyp für Befehlssignale, seriell oder parallel, beeinflusst; diese Wahl ist bindend und kann nicht leicht geändert werden. Um beispielsweise das Übertragen von Befehlssignalen von parallel auf seriell oder umgekehrt zu ändern, ist es notwendig, sowohl das Eingangsmodul als auch alle mit diesem verketteten Ventilbefehlsmodule zu wechseln. Andererseits ist es auch möglich, den Übertragungstyp auf serielles Übertragen zu modifizieren.
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Der Zweck dieser Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen, und insbesondere eine modulare Befehlsvorrichtung für Elektroventilinseln zu schaffen, die vielseitig ist und sich an die verschiedenen Optionen der dem Benutzer verfügbaren Befehlssignalen anpassen kann.
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Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch Bereitstellen einer in Anspruch 1 erläuterten modularen Befehlsvorrichtung für Elektroventilinseln erreicht.
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Weitere Merkmale der modularen Befehlsvorrichtung für Elektroventilinseln sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Merkmale und Vorteile einer modularen Befehlsvorrichtung für Elektroventilinseln gemäß der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung, die als nicht einschränkendes Beispiel gegeben wird und auf die beigefügten schematischen Zeichnungen Bezug nimmt, in denen:
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1 ein schematisches Blockdiagramm einer modularen Befehlsvorrichtung des ersten Typs nach dem Stand der Technik ist;
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2 ein schematisches Blockdiagramm einer modularen Befehlsvorrichtung des zweiten Typs nach dem Stand der Technik ist;
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3 ein schematisches Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform einer modularen Befehlsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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4 ein schematisches Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer modularen Befehlsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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5 ein schematisches Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform einer modularen Befehlsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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6 ein schematisches Blockdiagramm einer vierten Ausführungsform einer modularen Befehlsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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7 ein schematisches Blockdiagramm einer fünften Ausführungsform einer modularen Befehlsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren wird eine modulare Befehlsvorrichtung für Elektroventilinseln gezeigt, die insgesamt mit der Ziffer 30 bezeichnet ist.
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Eine solche modulare Befehlsvorrichtung 30 enthält ein Eingangsmodul 40, 50, das aus einem Eingangsmodul vom parallelen Typ 40 und einem Eingangsmodul vom seriellen Typ 50 ausgewählt ist. Das Eingangsmodul 40, 50 enthält mindestens einen Eingangsanschluss 41, 51, um zumindest die Befehlssignale eines Benutzers zu empfangen, und mindestens einen Ausgangsanschluss 42, 52, um zumindest die empfangenen Befehlssignale zu senden. Das Eingangsmodul 40, 50 ist genauer dazu vorgesehen, mit einem Verbindungskabel mit einer Befehlseinheit (nicht dargestellt), beispielsweise einem Personalcomputer, verbunden zu werden, die die Befehlssignale erzeugt.
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Falls ein Eingangsmodul vom parallelen Typ verwendet wird, kann das Verbindungskabel entweder parallel oder mehrpolig sein. Das parallele Eingangsmodul 40 ist mit einem Kommunikations-BUS 43 vom parallelen Typ ausgestattet, der den Eingangsanschluss 41 mit dem Ausgangsanschluss 42 mittels einer Mehrzahl von Kommunikationsleitungen verbindet. Jede Kommunikationsleitung des Kommunikations-BUSses 43 vom parallelen Typ ist vorzugsweise dafür reserviert, ein vorbestimmtes Elektroventil anzusteuern.
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Im Fall eines Eingangsmoduls vom seriellen Typ kann das Verbindungskabel seriell in Übereinstimmung mit seriellen Standard-Sendeprotokollen sein, wie beispielsweise Ethernet. Das serielle Eingangsmodul 50 hat eine elektronische Verarbeitungs- und Steuereinheit 53, beispielsweise einen Mikroprozessor, die die Befehlssignale über einen standardmäßigen seriellen BUS 54 auf Basis von Standardprotokollen empfängt, beispielsweise: Ethernet, Ethercat, CAN, RS485, und diese als Ausgabe über einen seriellen Kommunikations-BUS 55 auf Basis eines anderen vorbestimmten seriellen Sendeprotokolls sendet. Dieser serielle Kommunikations-BUS 55 kann eine Kommunikationsleitung 56 für ein serielles Senden von Befehlssignalen für die Elektroventile und, wenn notwendig, eine oder mehrere Hilfskommunikationsleitungen 57 zum Senden von Diagnosedaten oder zum Transportieren von elektrischer Leistung oder zum Erden der Schaltkreise der verschiedenen Module enthalten.
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Die modulare Befehlsvorrichtung 30 enthält mindestens ein Ventilbefehlsmodul 60 zum Steuern einer Mehrzahl von Elektroventilen, das mindestens einen Eingangsanschluss 61, 62, 63 enthält, der dazu vorbereitet ist, direkt oder indirekt mit dem Ausgangsanschluss 42, 52 des Eingangsmoduls 40, 50 verbunden zu werden. Die gegenseitige Verbindung zwischen dem Eingangsmodul 40, 50 und dem Ventilbefehlsmodul 60 ist über eine Stecker-/Buchsenkopplung zwischen den jeweiligen Anschlüssen direkt oder durch die Verwendung von Adaptern oder Kabeln zwischen den jeweiligen Anschlüssen indirekt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält mindestens ein Ventilbefehlsmodul 60 einen Kommunikations-BUS 64 vom parallelen Typ und einen Kommunikations-BUS 65 vom seriellen Typ, die dazu ausgeführt sind, zumindest die vom Eingangsmodul 40, 50 empfangenen Befehlssignale zu senden.
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Insbesondere kann der serielle Kommunikations-BUS 65 des Ventilbefehlsmoduls 60 dem seriellen Kommunikations-BUS 55 des Eingangsmoduls 50 entsprechend eine Kommunikationsleitung 71 für ein serielles Senden von Befehlssignalen für die Elektroventile und, wenn notwendig, eine oder mehrere Hilfskommunikationsleitungen 72 zum Senden von Diagnosedaten oder zum Transportieren von elektrischer Leistung oder zum Erden der Schaltkreise der verschiedenen Module enthalten.
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Das Ventilbefehlsmodul 60 enthält auch vorteilhafterweise eine elektronische Verarbeitungs- und Steuereinheit 66, etwa einen Mikroprozessor, die mit dem parallelen Kommunikations-BUS 64 und dem seriellen Kommunikations-BUS 65 verbunden ist und dazu konfiguriert ist, Befehlssignale aus den Kommunikations-BUSsen 64, 65 für die Elektroventile zu extrahieren, die vom mindestens einen Ventilbefehlsmodul 60 gesteuert werden, und die entsprechenden Ventilbefehlssignale an die vorgenannten Elektroventile zu senden.
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Genauer fungiert die elektronische Verarbeitungs- und Steuereinheit 66 als eine passive Vorrichtung oder eine Umgehungseinheit für die Befehlssignale vom parallelen Kommunikations-BUS 64; in diesem Fall entsprechen die Ventilbefehlssignale den empfangenen Befehlssignalen. Andernfalls arbeitet die elektronische Verarbeitungs- und Steuereinheit 66 die Befehlssignale aus dem seriellen Kommunikations-BUS 65 heraus und erzeugt die entsprechenden Ventilbefehlssignale auf eine bekannte Weise.
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Vorteilhafterweise ist die elektronische Verarbeitungs- und Steuereinheit 66 dazu konfiguriert, automatisch den für die Befehlssignale verwendeten Sendetyp über einen bekannten Handshake- oder Erkennungsprozess zu erkennen.
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Außerdem ist es bevorzugt, dass die elektronische Verarbeitungs- und Steuereinheit 66 mindestens ein Ventilbefehlsmodul 60 aufweist, das dazu konfiguriert ist, Diagnosedaten von den Elektroventilen 70 zu erkennen und diese Diagnosedaten in einer seriellen Übertragung auf mindestens einer Kommunikationsleitung des seriellen Kommunikations-BUSses 65 zu senden, zum Beispiel auf der Hilfskommunikationsleitung 72.
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In diesem Fall, falls das Eingangsmodul vom parallelen Typ 40 ist, ist vorzugsweise mindestens einer der Eingangsanschlüsse 41 des Eingangsmoduls 40 dazu bestimmt, mit mindestens einer Kommunikationsleitung des seriellen Kommunikations-BUSses 65 verbunden zu werden, die zum Senden von Diagnosedaten bestimmt ist; in der in 7 gezeigten Ausführungsform ist beispielsweise einer der Kontakte des Eingangsanschlusses 41 mit der Kommunikationsleitung 72 des seriellen Kommunikations-BUSses des Ventilbefehlsmoduls 60 verbunden.
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Vorzugsweise ist der Eingangsanschluss 61 vorteilhaft mit dem parallelen Kommunikations-BUS 64 und auch mit dem seriellen Kommunikations-BUS 65 verbunden.
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Alternativ sind zwei Eingangsanschlüsse 62, 63 vorgesehen, wobei ein erster Eingangsanschluss 62 mit dem parallelen Kommunikations-BUS 64 verbunden ist und der zweite Eingangsanschluss 63 mit dem seriellen Kommunikations-BUS 65 verbunden ist.
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Das Ventilbefehlsmodul 60 enthält auch mindestens einen Ausgangsanschluss 67, 68, 69, welche(r) dazu ausgeführt sind, direkt oder indirekt mit einem entsprechenden Eingangsanschluss 61, 62, 63 eines anderen Ventilbefehlsmoduls 60 verbunden zu werden. Die gegenseitige Verbindung zwischen den zwei Ventilbefehlsmodulen 60 erfolgt unmittelbar über eine Stecker-/Buchsenkopplung zwischen den Anschlüssen oder mittelbar durch die Verwendung von Adaptern oder Kabeln zwischen den jeweiligen Anschlüssen.
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Vorzugsweise ist der Ausgangsanschluss 67 sowohl mit dem parallelen Kommunikations-BUS 64 als auch mit dem seriellen Kommunikations-BUS 65 verbunden.
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Alternativ sind zwei Ausgangsanschlüsse 68 und 69 vorgesehen, wobei ein erster Ausgangsanschluss 68 mit dem parallelen Kommunikations-BUS 64 verbunden ist und der zweite Ausgangsanschluss 69 mit dem seriellen Kommunikations-BUS 65 verbunden ist.
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Auf diese Weise ist es möglich, mehrere Ventilbefehlsmodule 60 in Reihe zu verbinden. Tatsächlich enthält die modulare Befehlsvorrichtung 30 in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mehrere Ventilbefehlsmodule 60, die dazu ausgestaltet sind, untereinander in Reihe verbunden zu werden, und das Eingangsmodul 40, 50 ist dazu ausgestaltet, mit dem ersten Ventilbefehlsmodul 60 der vorgenannten Mehrzahl von Ventilbefehlsmodulen 60 verbunden zu werden. In diesem Fall ist die elektronische Verarbeitungs- und Steuereinheit 66 jedes Ventilbefehlsmoduls 60 mit dem parallelen Kommunikations-BUS 64 und mit dem seriellen Kommunikations-BUS 65 verbunden und ist dazu konfiguriert, aus den empfangenen Befehlssignalen nur diejenigen auszusortieren, die für die von ihr gesteuerten Elektroventile 70 bestimmt sind, während die restlichen Befehlssignale an das nächste Ventilbefehlsmodul 60 weitergeleitet werden.
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Insbesondere ist im Fall einer parallelen Sendung von Befehlssignalen die elektronische Verarbeitungs- und Steuereinheit 66 nur mit den Kommunikationsleitungen des parallelen BUSses 64 verbunden, der für die Sendung der Befehlssignale für die von ihr gesteuerten Elektroventile bestimmt ist. Die restlichen Kommunikationsleitungen des parallelen BUSses 64 sind direkt mit dem Ausgangsanschluss 67, 68 verbunden.
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Im Fall einer seriellen Sendung von Befehlssignalen ist die elektronische Verarbeitungs- und Steuereinheit 66 dazu konfiguriert, die nicht an die von ihr gesteuerten Elektroventile adressierten Befehlssignale auf dem seriellen BUS 65 an das nächste Befehlsmodul weiterzuleiten.
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Die 3–7 zeigen fünf mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die modulare Befehlsvorrichtung 30 eine Anordnungskonfiguration einnimmt, in der das Eingangsmodul 40, 50 mit dem ersten 60 einer Mehrzahl von Ventilbefehlsmodulen 60 verbunden ist, die in Reihe miteinander verbunden sind.
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Aus der gegebenen Beschreibung sind die Merkmale des modularen Befehlsvorrichtungsobjekts der vorliegenden Erfindung klar, auf die gleiche Weise, wie auch die zugehörigen Vorteile klar sind.
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Tatsächlich erweisen sich die Ventilbefehlsmodule, die sowohl einen seriellen Kommunikations-BUS als auch einen parallelen Kommunikations-BUS beinhalten, zur Verwendung mit einem beliebigen Eingangsmodultyp geeignet und deshalb gegenüber dem Typ des von der Befehlseinheit des Benutzers gesendeten Befehlssignals indifferent, das entweder seriell oder parallel sein kann.
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Als Ergebnis ist es möglich, die Art der Ventilbefehlsmodule zu reduzieren, die herzustellen oder zu kaufen ist, was wiederum weniger Platz in den Lagern sowohl der Modulhersteller als auch der Käufer der Komponente erfordert. Darüber hinaus ermöglicht die modulare Befehlsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, das Eingangsmodul abhängig von den Anforderungen der individuellen Maschine oder den technischen Spezifikationen des Endkunden zu wechseln, ohne zwangsweise die Ventilbefehlsmodule austauschen zu müssen.
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Schließlich ist es möglich, auch in Fällen, in denen das Befehlssignal parallel gesendet wird, erweiterte Verwaltungs- und/oder Diagnosewerkzeuge zu verwenden, da alle Ventilbefehlsmodule mit einer elektronischen Verarbeitungs- und Steuereinheit versehen sind.
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Tatsächlich ist es hinreichend, einen oder mehrere Kontakte des Eingangsanschlusses des Eingangsmoduls zu reservieren, um die Signale von der zum Senden der Diagnosedaten reservierten Leitung zu empfangen, falls das Eingangsmodul parallel ist, wobei auf diese Weise eine der Einschränkungen modularer Befehlsvorrichtungen überwunden wird, die zur Kategorie des ersten Typs gehören.
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Schlußendlich ist es klar, dass die auf diese Weise erdachte Vorrichtung mehreren Änderungen und Variationen unterzogen werden kann, die alle in dieser Erfindung abgedeckt sind. Außerdem können alle Details durch technisch äquivalente Elemente ersetzt werden. In der Praxis können die verwendeten Materialien sowie die Abmessungen je nach den technischen Anforderungen beliebig sein.
