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Technisches Gebiet:
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Die Erfindung betrifft eine Funktionserweiterung eines Bussystems zur Ansteuerung von miteinander vernetzten und kommunizierenden Slaves. Vorwiegend das Bussystem AS-Interface, weil dieses System aus Kostengründen möglichst einfach aufgebaut wurde, um die möglichst preisgünstige Vernetzung von einfachen binären Sensoren und Aktuatoren zu ermöglichen. Der preisgünstige Aufbau des Bussystems wurde unter anderem vor allen Dingen durch eine Beschränkung im Busprofil auf nur 4 Nutzbits erzielt. Unabhängig von dieser Beschränkung ist AS-Interface ein Bussystem, bestens geeignet zur Vernetzung von Sensoren und Aktuatoren mit einem Hostrechner, wie z. B. speicherprogrammierbare Steuerungen oder Industrie-PC oder beliebige andere Busrechner. An den Hostrechner werden über einen AS-i Master die binären Sensoren/Aktuatoren angeschlossen, wobei der AS-i Master die auf das Bussystem von den AS-i Slaves aufgegebenen Signale in einem vorgegebenen Zeitraster (AS-i Masterprogramm) dem Hostrechner zur Verfügung stellt.
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Stand der Technik:
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Bekannte Feldbussysteme wie Profibus, Interbus u. s. w. waren für die Vernetzung einfachster Feldgeräte nur bedingt geeignet, da die Kosten für eine Anschaltung den Wert der einfachen Feldgeräte, (Drucktaster, mechanische Endschalter, induktive Nährschalter etc.) weit übersteigt und auch die Vorteile der Verdrahtungsvereinfachung meist nicht ausreichten, um diese Mehrkosten auszugleichen. Das AS-Interface wurde geschaffen, um genau diese Lücke im Angebot der Feldbusse zu beseitigen. Die Anschaltkosten pro Slave erlauben erstmals die Integration der kompletten Slave-Elektronik in einfache und vor allem räumlich sehr kleine Sensoren und Aktuatoren. Dem Vorteil der preisgünstigen Slaveanschaltung steht der Nachteil der nur geringen Datenmenge pro vorgegebenem Zeitraster, durch die Beschränkung auf nur 4 Nutzbits zyklisch und 4 Parameterbits azyklisch gegenüber. Damit verwehrt sich der Einsatz dieses an und für sich idealen Bussystems für die Vernetzung komplexer Geräte, die zur Ansteuerung oder Parametrierung größere Datenmengen benötigen. Die Erfindung beschreibt einen Weg diesen Nachteil zu vermeiden und auch über dieses einfach zu bedienende, in seiner topographischen Struktur einfach zu programmierende und vor allen Dingen sehr preiswerte Bussystem komplexe Geräte wie Antriebssteuerung (Frequenzumrichter) vernetzen zu können. Dabei bleiben alle Vorzüge des Bussystems erhalten. Es sind zwar bereits Lösungen bekannt, wie über AS-i Bussysteme auch größere Datenmengen, z. B. 12 Bit Analogwerte übertragen werden können, auch sind bereits AS-i Slaves mit serieller Schnittstelle zum Feld hin bekannt. Diesen Lösungen ist aber gemeinsam, daß der Datensatz im Master aufgelöst werden muß und in einzelnen Datenpaketen zu je 4 Bit übertragen wird. Das belastet den Bus und benötigt Zeit, die in einer Steuerung für Maschinen und Anlagen meist nicht zur Verfügung steht.
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Beschreibung des Anschlusses eines Slaves mit serieller Schnittstelle zum Feld hin mit den bekannten Methoden der Technik heute:
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Ein AS-i Slave überträgt maximal 4 Bit Eingangsdaten und 4 Bit Ausgangsdaten zyklisch und 4 Ausgabeparameterbits azyklisch. AS-i wurde zur zyklischen Übertragung von diesen binären Daten entwickelt. Es gibt darüber hinaus bereits AS-i Slaves, die größere Datenmengen, zum Beispiel einen 12 Bit Analogwert übertragen. Um diese größeren Datenmengen über AS-i zu übertragen wird ein Protokoll verwendet (z. B.: AS-i Analogprofil 7.1). Größere Datenmengen werden in Paketen mit jeweils 4 Bit mit einem überlagerten Protokoll übertragen.
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Auch AS-i Slaves mit einer seriellen Schnittstelle sind verfügbar.
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Diese ermöglichen den Anschluß von beliebigen Geräten mit serieller Schnittstelle an das AS-i. Die seriellen AS-i Slaves besitzen üblicherweise einen Mikrocontroller zur Bedienung der seriellen Schnittstelle.
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Die seriellen AS-i Slaves arbeiten heute in zwei Betriebsmodi:
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1. Zyklischer Betrieb
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Im Zyklischen Betrieb ist ein spezielles Programm zur Bedienung von einem speziellen Endgerät im seriellen AS-i Slave hinterlegt. Den 4 Datenbits von AS-i sind feste Abläufe zugeordnet. Zum Beispiel bei einem Frequenzumrichter von Hersteller A. Ausgangsdatenbits:
| Bit 0: | Start/Stop, 1 bedeutet Start, 0 bedeutet Stop |
| Bit 1: | Rechts/Linkslauf, 1 bedeutet Rechtslauf, 0 bedeutet Linkslauf |
| Bit 2 und Bit 3: | Auswahl von 4 Frequenzen |
| | Bit 2/Bit 3 |
| | 00: Frequenz 1 | (niedrigste Frequenz) |
| | 01: Frequenz 2 |
| | 10: Frequenz 3 |
| | 11: Frequenz 4 | (höchste Frequenz) |
Eingangsdatenbits:
| Bit 0: | Start/Stop, 1 bedeutet Umrichter läuft, 0 bedeutet Umrichter ist gestoppt |
| Bit 1, Bit 2, Bit 3: | Fehlermeldungen |
| | keine Kommunikation mit dem Umrichter |
| | Überstrom usw. |
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Vorteil gegenüber dem Anschluß an einen AS-i 4E/4A Slave:
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Größere Fehlersicherheit, es kann bei der seriellen Übertragung nicht mehr passieren, daß ein Ausgang gesetzt wird und diese Information unbemerkt (z. B.: durch einen Kabelbruch) nicht am Frequenzumrichter ankommt.
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Darüber hinaus wird der serielle AS-i Slave mit weniger Leitungen angeschlossen.
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Der Zyklischen Betrieb stellt keine besonderen Anforderungen an den Host.
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2. Azyklischer Betrieb
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Diese Betriebsart dient der zeitunkritischen Übertragung von Datensätzen. Im azyklischen Betrieb werden größere Datensätze in Paketen mit jeweils 4 Bit mit einem Protokoll übertragen. Upload ist das Lesen von Datensätzen aus einem Gerät. Download ist das Senden von Datensätzen an ein Gerät. Upload und Download von größeren Datensätzen zwischen einem Host und einem Gerät ist in dieser Betriebsart über AS-i möglich. Der Übertragungsweg des Datensatzes ist dabei vom Host zum AS-i Master, vom AS-i Master zum AS-i Slave, vom AS-i Slave zum Endgerät und umgekehrt. Die Geräte werden mit Hilfe spezieller Datensätze oft auf eine bestimmte Aufgabe abgestimmt. Zum Beispiel kann ein Frequenzumrichter mit einem Datensatz auf einen Motor oder auf eine spezielle Aufgabe abgestimmt werden.
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Verschiedene Datensätze können im Host und im Gerät gespeichert werden.
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Vorteil bei der Übertragung von größeren Datenmengen im azyklischen Betrieb:
Mit Upload und Download können Datensätze zwischen dem Host und dem Gerät über AS-i übertragen werden. Nach dem Upload können Datensätze im Host gespeichert werden. Mit Hilfe des Download kann ein Gerät auf eine Betriebsart eingestellt werden. Angeschlossene Geräte können über AS-i spezielle Datensätze übertragen bekommen, beispielsweise nach dem Einschalten. Bei einem Gerätetausch im Fehlerfall wird das neue Gerät mit Hilfe der Datensätze wieder korrekt eingestellt. Darüber hinaus können Geräte mit verschiedenen Datensätzen über AS-i auf verschiedene Betriebsarten umgestellt werden.
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Probleme bei der Übertragung von größeren Datenmengen im azyklischen Betrieb:
Die Übertragung größerer Datenmengen in Paketen mit jeweils 4 Bit mit einem Protokoll ist für den angeschlossenen Host sehr aufwendig. Der Host muß genügend Rechenleistung zur Verfügung stellen. Das Protokoll muß für die verschiedenen am Markt befindlichen Hosts realisiert werden. In verschiedenen Hosts ist dies nicht möglich. Das Protokoll kann in verschiedenen Hosts nicht realisiert werden.
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Die vielen am Markt befindlichen Endgeräte werden zumeist unterschiedlich bedient. Neben der aufwendigen Übertragung der Daten mit einem Protokoll über AS-i müssen in den verschiedenen Hosts auch spezielle auf die jeweiligen Geräte abgestimmte Regeln eingehalten werden. Ein Frequenzumrichter tauscht Daten mit anderen Mechanismen aus als ein induktives Identifikationssystem.
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Darüber hinaus sind verschiedene Hosts, zum Beispiel Steuerungen, schlechte Speichermedien. Eine SPS oder Speicherprogrammierbare Steuerung hat üblicherweise keine Festplatte. Wenn beispielsweise ein Frequenzumrichter 240 Byte Daten in einem Datensatz besitzt, und es sind 31 Frequenzumrichter mit jeweils individuellen Parametersätzen angeschlossen, dann muß die SPS ca. 7,5 KByte speichern. Damit haben viele vor allem kleine Steuerungen große Schwierigkeiten.
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Die Datensätze der Geräte werden üblicherweise mit Hilfe von Softwarepaketen oder sonstigen Werkzeugen der Gerätehersteller erzeugt. Die Datensätze können aus dem Gerät über die serielle Schnittstelle ausgelesen werden. Um den gerätespezifischen Datensatz in einem Host speichern zu können, muß der Datensatz über AS-i aus dem Gerät ausgelesen werden. Neben dem aufwendigen Senden von Datensätzen vom Host über AS-i zum Gerät muß auch der aufwendige Empfang von Datensätzen aus dem Gerät über AS-i realisiert werden. Dies erhöht den Aufwand erheblich.
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Die Übertragungszeit von einem Datensatz über AS-i ist gegenüber der AS-i Zykluszeit von 5 ms sehr lange. In einem AS-i Zyklus können systembedingt nur 4 Bit Daten überfragen werden. Ein Byte Daten besteht aus 8 Bit Daten. Ein Datensatz von 240 Byte könnte damit bestenfalls in 480 AS-i Zyklen oder in 480·5 ms = 2,4 Sekunden über AS-i übertragen werden. In der Realität ist die Übertragungszeit in Abhängigkeit des verwendeten Protokolls und der Rechengeschwindigkeit im Host deutlich länger.
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Das Übertragen größerer Datenmengen über AS-i wird demzufolge heute sehr selten in der Industrie eingesetzt.
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Die
DE 196 39 212 A1 beschreibt einen Slave, dessen Adressierung über ein Programmiergerät im Feld geändert werden kann und zu diesem Zweck über einen entsprechenden Speicher verfügt, in dem auch weitere Informationen abgelegt werden können.
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Aus der
DE 19 629 868 A1 ist ein Slave bekannt, bei dem zur Übertragung wesentlich größerer Datenmengen zwischen Master- und Slavebausteinen bei zeitlich unkritischen Vorgängen eine logische Recheneinheit und einer Speichereinheit im Slave verwendet wird. Auf diese Weise sind die austauschbaren Datenmengen auf das Sechszehnfache zu vergrößern.
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Technische Aufgabe:
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bussystem der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem die AS-i Slaves mit einer gewissen zusätzlichen Funktionalität ausgestattet sind, um Datensätze mit einem Gerät, mit weniger Aufwand für den Host auszutauschen, wobei der AS-i zur Steuerung oder Visualisierung eingesetzt werden kann.
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Offenbarung der Erfindung und deren Vorteile:
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, die Vorteile des AS-i wie geringe Kosten pro AS-i Slave, einfache Verdrahtung und eine ganz einfache Bedienung für die Anschaltung von komplexen Geräte zu ermöglichen. Durch die Erfindung werden die Schwierigkeiten der Übertragung und Speicherung größerer Datenmengen über das AS-i kompensiert.
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Die Lösung der Aufgabe besteht darin, erfindungsgemäß Datensätze im AS-i Slave zu speichern. Der AS-i Slave verwendet einen Datenspeicher zum Beispiel ein EEPROM, ein FLASHROM, ein ROM oder ein RAM für das Speichern von gerätespezifischen Datensätzen.
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Bei einem Upload und Download von Datensätzen werden diese nicht mehr zwischen einem Host und dem Gerät, sondern zwischen dem AS-i Slave und dem Gerät ausgetauscht. Damit entfällt die von der Implementierung im Host aufwendige Übertragung der Datensätze zwischen dem AS-i Slave und dem Host. Die speziellen Regeln für die Bedienung eines Gerätes werden einmal im AS-i Slave implementiert und können von allen angeschlossenen Hosts ohne weiteren Entwicklungsaufwand genutzt werden. Die Übertragungszeit über AS-i entfällt ebenfalls.
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Der angeschlossene Host wird entlastet. Der angeschlossene Host muß darüber hinaus keinen Speicherplatz für die Datensätze mehr zur Verfügung stellen.
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Die Kontrolle, wann welcher Datensatz zwischen dem AS-i Slave und einem Gerät ausgetauscht wird, kann weiterhin durch den Host erfolgen, beispielsweise durch die Übertragung von AS-i Parametern und AS-i Daten. Die im AS-i Slave gespeicherten Datensätze werden durch die 4 Bit Eingangsdaten, 4 Bit Ausgangsdaten und oder die 4 Ausgabeparameterbits angesprochen. Der Austausch von Datensätzen zwischen dem AS-i Slave und dem angeschlossenen Gerät wird in Abhängigkeit der Bits des AS-i Systems aktiviert. Damit bietet die Erfindung die Möglichkeit, mit den wenigen, in allen Hosts zur Verfügung stehenden Bits des AS-i Systems Geräte zu bedienen, die einen umfangreichen Datenaustausch zur Anpassung auf unterschiedliche Aufgaben benötigen. Hierbei wird weder der AS-i Bus noch der Host belastet. Dies ist sehr einfach mit fast jedem Host möglich. Die aufwendige Übertragung der Datensätze zwischen dem Host und dem Gerät über AS-i entfällt, da die Daten direkt im AS-i Slave gespeichert werden.
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Es ist darüber hinaus die Bedienung direkt am AS-i Salve zum Beispiel über Taster und Anzeigen möglich. Upload und Download werden beispielsweise mit Hilfe von Tastern und Anzeigen direkt am AS-i Slave durchgeführt. Der Host wird in diesem Anwendungsfall für Upload und Download nicht benötigt. Damit ist auch dieser Betrieb mit jedem beliebigen Host möglich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen, in der zeigen:
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1: ein Beispiel für den Anschluß von Geräten über AS-i an einen Host
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2: ein Beispiel für den Anschluß eines Endgerätes über den serieller AS-i Slave an AS-i,
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3: ein Blockschaltbild über den Aufbau eines seriellen AS-i Slave,
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4: Speicherort und Übertragungsweg von Datensätzen bei AS-i,
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5: ein Blockschaltbild eines Beispiels eines AS-i Slave mit Speicher gemäß der Erfindung,
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6: Speicherort und Übertragungsweg von Datensätzen gemäß der Erfindung,
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7: eine beispielhafte Bedienung der Datensätze gemäß der Erfindung durch den Host,
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8: eine beispielhafte Bedienung der Datensätze gemäß der Erfindung mit einem Taster und zwei LEDs.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung:
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In 1 ist ein Beispiel für den Anschluß von Geräten über AS-i an einen Host (1) dargestellt. Der Host (1) ist über den AS-i Master (2) und über die AS-i Slaves (3) mit den Geräten (4) verbunden.
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In 2 ist ein Beispiel für den Anschluß eines Endgerätes (4) über den seriellen AS-i Slave (5) an AS-i dargestellt. Die serielle Verbindung zwischen dem Gerät (4) und dem seriellen AS-i Slave (5) kann beispielsweise eine RS232, eine RS485, eine RS422 oder eine Schnittstelle mit TTL (TTL: Transistor Transistor Logik) sein.
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In 3 ist ein Blockschaltbild über den Aufbau eines seriellen AS-i Slave dargestellt. Der serielle AS-i Slave besteht unter anderem aus einem AS-i IC und einem Mikrocontroller.
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In 4 ist der Speicherort und der Übertragungsweg von Datensätzen bei AS-i dargestellt. Nach heutigem Stand der Technik werden Datensätze eines Gerätes im Gerät selbst (4) und im Host (1) gespeichert. Der Übertragungsweg der Datensätze erfolgt über den AS-i Master (2) und den AS-i Slave (3).
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In 5 ist das Blockschaltbild eines Beispiels eines AS-i Slave mit Speicher (6) gemäß der Erfindung dargestellt. Der AS-i Slave besteht unter anderem aus einem AS-i IC und einem Mikrocontroller und erfindungsgemäß einem Speicher (6) zur Aufnahme von Datensätzen.
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In 6 ist der Speicherort und Übertragungsweg von Datensätzen (3, 4) gemäß der Erfindung dargestellt. Erfindungsgemäß werden Datensätze eines Gerätes im Gerät selbst (4) und im AS-i Slave (3) gespeichert. Der Übertragungsweg der Datensätze erfolgt erfindungsgemäß nur noch zwischen dem Gerät (4) und dem AS-i Slave (3).
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In 7 ist eine beispielhafte Bedienung der Datensätze gemäß der Erfindung durch den Host über AS-i dargestellt. Der AS-i Slave arbeitet im Upload, Download Betrieb, sobald der Host über AS-i den AS-i Parameterwert 4 im AS-i Slave einstellt. Zur Kennzeichnung am AS-i Slave könnten zwei LEDs mit der Bedeutung Upload und Download angebracht sein.
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Die Steuerung erfolgt mit Hilfe der 4 Datenbits
| Ausgangsdatenbit 0: | Start, Wechsel von 0 auf 1 bedeutet Start (steigende Flanke) |
| Ausgangsdatenbit 1: | Upload/Download, 1 bedeutet Upload, 0 bedeutet Download |
| Ausgangsdatenbit 2 und 3: | Auswahl von 4 Datensätzen |
| | Bit 2/Bit 3 |
| | 00: Datensatz 1 |
| | 01: Datensatz 2 |
| | 10: Datensatz 3 |
| | 11: Datensatz 4 |
Eingangsdatenbits:
| Eingangsdatenbit 0: | Start/Stop, 1 bedeutet Aktion läuft, 0 bedeutet keine Aktion |
| Eingangsdatenbit 1: | Fehlermeldungen, 1 bedeutet Fehler, 0 bedeutet |
| | keine Fehler |
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In 8 ist eine beispielhafte Bedienung der Datensätze gemäß der Erfindung mit einem Taster und zwei LEDs dargestellt. Mit Hilfe eines Tasters und zwei LEDs (LED Upload und LED Download) kann ein Datensatz ausgetauscht werden. Sobald der Taster kurz betätigt wird, leuchtet die LED Upload auf und der Serielle AS-i Slave geht in den Handbedienmodus. Im Handbedienmodus wird das AS-i Slave ASIC im Reset gehalten. Es findet keine AS-i Kommunikation statt. Durch einen erneuten kurzen Tastendruck kann auf die LED Download umgeschaltet werden, und mit einem erneuten kurzen Tastendruck wieder zurück zu Upload usw. Nachdem man die richtige Funktion ausgewählt hat, hält man den Taster 5 Sekunden gedrückt und versetzt den seriellen AS-i Slave in den jeweiligen Zustand. Danach beginnt die ausgewählte LED zu blinken.
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Die eigentliche Aktion, Upload oder Download wird durch einen weiteren kurzen Tastendruck ausgelöst. Solange die Funktion durchgeführt wird, flackert die jeweilige LED. Nachdem die Funktion fehlerfrei durchgeführt wurde, verläßt der serielle AS-i Slave den Handbedienmodus. Tritt ein Fehler auf, dann blinken beide LEDs 3 Sekunden abwechselnd und anschließend verläßt der serielle AS-i Slave den Handbedienmodus. Erfolgt 10 Sekunden keine Eingabe, so verläßt der Serielle AS-i Slave den Handbedienmodus. Damit kann der Handbedienmodus zu jedem Zeitpunkt abgebrochen werden, in dem man den Taster nicht mehr betätigt.
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Gewerbliche Anwendbarkeit:
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Der Gegenstand der Erfindung ist insbesondere für Bussysteme bei einem Aktuator-Sensor-Interface zur Steuerung und Aktivierung von miteinander vernetzten und kommunizierenden binären, Mehrfachmodulen, AS-i Slaves, anwendbar, deren Leistungsfähigkeit innerhalb des Aktuator-Sensor-Interfaces gemäß AS-i Standard wesentlich erhöht wird.
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Zusammenfassung:
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, die Vorteile des AS-i wie geringe Kosten pro AS-i Slave (3), einfache Verdrahtung und eine ganz einfache Bedienung für die Anschaltung von komplexen Geräten (4) zu ermöglichen, wobei die Erfindung die Schwierigkeiten der Übertragung und Speicherung größerer Datenmengen über das AS-i kompensiert. Erfindungsgemäß werden Datensätze von an AS-i Slaves (3) angeschlossenen Geräten im AS-i Slave (3) und nicht im Host (1) gespeichert (s. 6), wobei der AS-i Slave (3) einen eigenen Datenspeicher (6) zum Beispiel ein EEPROM, ein FLASHROM, ein ROM oder ein RAM für das Speichern von gerätespezifischen Datensätzen verwendet und wodurch der Host (1) von der Speicherung der Datensätze entlastet wird und der Host (1) keinen Speicherplatz für die Datensätze mehr zur Verfügung stellen muß.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Host
- 2
- As-i Master
- 3
- AS-i Slave
- 4
- Gerät
- 5
- serieller AS-i Slave
- 6
- Speicher
