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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Maschinendaten einer Maschine, welche die von der Maschine bereitgestellten Maschinendaten an mindestens ein maschinenexternes Peripheriegerät weiterleitet.
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Im Zuge der Digitalisierung von technischen und/oder organisatorischen Verfahrensabläufen besteht verbreitet das Bedürfnis, die Maschinendaten einer Produktions- oder Arbeitsmaschine zentral zu erfassen und zu bewerten. Derartige Maschinendaten können z. B. den Betriebszustand der Maschine, Informationen zu dem von ihr durchgeführten Prozess, zum Energieverbrauch, instandhaltungsrelevante Daten sowie sonstige für die Arbeitsweise der entsprechenden Maschine und/oder des mit ihr herzustellenden Produkts relevante Kenngrößen enthalten. Die von einer Maschinensteuerung der Herstellungs- oder Arbeitsmaschine gelieferten Maschinendaten werden bisher über ein Netzwerkkabel über ein Unternehmensnetzwerk, z. B. ein Intranet, oder sogar über das Internet zu einem maschinenexternen Peripheriegerät, z. B. einem zentralen Server des Unternehmens geleitet und mittels entsprechender Software-Applikationen weiterverarbeitet, um z. B. Kenngrößen für die Maschineneffektivität zu gewinnen, Instandhaltungsmaßnahmen und Instandhaltungskosten zu ermitteln sowie weiterer mit der Funktion der Maschine in Zusammenhang stehender Informationen auszuwerten und/oder zu visualisieren.
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Der Nachteil einer derartigen Vorgehensweise - Übertragung von Maschinendaten über ein Netzwerk - besteht darin, dass die Absicherung dieser über das vorgenannte Netzwerk übertragenen Maschinendaten gegenüber Störeinflüssen, z. B. gegen einen Hackerangriff, aufwendig ist. Gelingt es z. B. einem Dritten, in das die Maschinendaten übertragende Netzwerk einzudringen, so kann dieser meistens, ohne nennenswerte Widerstände überwinden zu müssen, auf die Maschinensteuerung der entsprechenden Maschine zugreifen und somit deren Funktionsweise verändern.
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Ein weiterer Nachteil dieser Vorgehensweise ist, dass die Maschinendaten nur über dieses Netzwerkkabel in das Unternehmensnetzwerk gelangen. Andere Zugangspunkte könnten daher nur über zusätzliche proprietäre Einrichtungen aufwendig nachgerüstet bzw. realisiert werden.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die vorstehend genannte Vorgehensweise die Maschinensteuerung der betreffenden Produktions- oder Arbeitsmaschine zusätzlich belastet. Die Maschinensteuerung muss nicht nur die Funktion der Arbeits- und Produktionsmaschine steuern, sondern muss auch noch für den Transfer der Maschinendaten von ihrer Maschinensteuerung zum Unternehmensnetzwerk sorgen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Maschinendaten an zumindest ein maschinenexternes Peripheriegerät dahingehend zu verbessern, dass ein abgesicherter Transfer von Maschinendaten vereinfacht wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die erfindungsgemäße Vorrichtung vor, dass die Vorrichtung eine Maschinendaten-Schnittstelle aufweist, die über eine Datenverbindung mit der Maschine verbindbar ist, dass die Vorrichtung mindestens einen Mikrocomputer besitzt, der mit der Maschinendaten-Schnittstelle verbunden ist, dass die Vorrichtung mindestens eine Kommunikationseinrichtung, welche über eine weitere Datenverbindung mit dem mindestens einen Mikrocomputer verbunden ist, und dass die Kommunikationseinrichtung mindestens eine Schnittstelle aufweist, über welche die Vorrichtung mit mindestens einem Peripheriegerät verbindbar ist, dass ein der Vorrichtung zugeführtes Befehlssignal mindestens eines Peripheriegeräts über die Kommunikationseinrichtung dem Mikrocomputer zugeführt ist, dass der Mikrocomputer derart ausgebildet ist, dass er nur dann ein Datenanforderungssignal über die Datenverbindung an die Maschinensteuerung der Maschine sendet, wenn das vom Peripheriegerät der Vorrichtung zugeführte Befehlssignal einem Signal aus einem vordefinierten Satz von Befehlen entspricht, und dass der Mikrocomputer von der Maschinensteuerung der Maschine abgefragte Maschinendaten über die Kommunikationseinrichtung zu dem anfragenden Peripheriegerät sendet.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise eine erhöhte Betriebssicherheit der die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendenden Produktions- oder Arbeitsmaschine erreicht. Indem erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen nur ein Datenanforderungssignal von der Vorrichtung zu der Maschine übertragbar ist, welches einem vorbestimmten Signal aus einem Satz von vordefinierten Befehlssignalen ist, wird erreicht, dass durch externe Störeinflüsse, z. B. einen Hackerangriff, auftretende Störgrößen zuverlässig ausgeschaltet werden können. Da der Datentransfer zwischen der Maschine und dem oder den Peripheriegeräten im Wesentlichen von der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewerkstelligt wird, wird in vorteilhafter Art und Weise die Maschinensteuerung von dieser Aufgabe entlastet.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung einen Speicher aufweist, in dem die von der Maschine an die Vorrichtung gesandten Maschinendaten ganz oder teilweise zumindest temporär abspeicherbar sind. Eine derartige Vorgangsweise besitzt den Vorteil, dass dieser Speicher auch zum Backup von Maschinendaten verwendet werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kommunikationseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens eine Schnittstelle aufweist, über die eine Anbindung eines Peripheriegeräts möglich ist. Eine derartige Maßnahme bewirkt in vorteilhafter Art und Weise, dass die Maschinendaten von der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur an ein Netzwerk, sondern auch an lokale Peripheriegeräte wie z. B. ein Tablet, etc. übertragbar sind. Es ist somit insbesondere möglich, unmittelbar an der Maschine auf die entsprechenden Daten zuzugreifen, was insbesondere für Service-, Wartungs-, Reparatur- und Überwachungszwecke von Vorteil ist, da der diese Arbeit Durchführende direkt an der Maschine auf die entsprechenden Daten zugreifen kann.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung mindestens eine weitere Schnittstelle aufweist, über die die Vorrichtung mit einem weiteren Peripheriegerät verbindbar ist. Eine derartige Maßnahme erlaubt es zum Beispiel, eine Datenbank, eine speicherprogrammierte Steuerung oder eine ähnliche Vorrichtung an die Maschine anzukoppeln.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das im Folgenden anhand der einzigen Figur beschrieben wird. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels zur Bereitstellung von Maschinendaten.
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Die 1 zeigt schematisch eine Maschine M, welche als Produktionsmaschine und/oder als Arbeitsmaschine ausgebildet ist. Wie sich für den Fachmann aus der nachstehenden Beschreibung sofort ergibt, ist es für das Verständnis des Ausführungsbeispiels unerheblich, ob diese Maschine eine Maschine zur Herstellung oder Veränderung eines Gegenstandes oder eine Arbeitsmaschine zur Durchführung eines Arbeitsverfahrens ist. Diese Maschine M wird daher nachstehend nicht weiter beschrieben. Wesentlich ist nur, dass diese Maschine M eine Maschinensteuerung MS aufweist, welche die Funktion der Maschine M steuert. Im Rahmen dieser Anmeldung soll der Begriff „steuern“ in seiner breitesten Bedeutung zu verstehen sein, insbesondere also auch ein „Regeln“ und ein „Überwachen“ dieser Maschine M umfassen.
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Üblicherweise werden bei derartigen computergesteuerten Maschinen M die für eine Grundfunktion der Maschine M erforderlichen Daten in einem Speicher der Maschinensteuerung MS abgelegt. Die zur Durchführung eines bestimmten Produktions- und/oder Arbeitsvorgangs erforderlichen Daten sind in einem externen Rechner abgelegt oder werden von diesem erzeugt. In der Maschinensteuerung MS werden auch entsprechende Maschinendaten, z. B. Kenngrößen für die Maschineneffektivität, Produktions- und Verschleißdaten, etc. gespeichert, welche beim Betrieb der Maschine M anfallen.
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Es ist nun vorgesehen, dass die Maschinensteuerung MS über eine Datenverbindung 12, insbesondere einen CAN-Bus, mit einer allgemein mit 1 bezeichneten Vorrichtung verbunden ist, welche einen Transfer der Maschinendaten ermöglicht. Die Funktion der Vorrichtung 1 besteht also im Wesentlichen darin, Maschinendaten von der Maschinensteuerung MS abzufragen und diese Daten zur Weiterleitung an mindestens ein Peripheriegerät (wie nachstehend beschrieben) bereit zu halten. Die Vorrichtung 1 weist hierzu einen Mikrocomputer 10 auf, welcher mit einer Maschinendaten-Schnittstelle 11 der Vorrichtung 1 verbunden ist. Diese Maschinendaten-Schnittstelle 11 der Vorrichtung 1 ist mit der Datenverbindung 12 verbunden, welche ihrerseits mit einer entsprechenden Schnittstelle S der Maschine M verbunden ist. Diese Schnittstelle S ist über eine Datenleitung L mit der Maschinensteuerung MS verbunden. Der Mikrocomputer 10 sendet dann über die Schnittstelle 11 und die Datenverbindung 12 einen Abfragebefehl an die Maschinensteuerung MS, welcher bewirkt, dass über die Datenverbindung 12 Maschinendaten von der Maschinensteuerung MS zu der Vorrichtung 1 geleitet werden.
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Die Vorrichtung 1 weist des weiteren eine Kommunikationseinrichtung 20 auf, welche über eine Datenverbindung 22 mit dem Mikrocomputer 10 verbunden ist. Diese Kommunikationseinrichtung 20 stellt eine oder mehrere Schnittstellen 21a-21c zu einem oder mehreren maschinenexternen Peripheriegeräten P1, P2, P3 bereit. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist exemplarisch vorgesehen, dass die Kommunikationseinrichtung 20 über drei Schnittstellen 21a-21c verfügt, wobei die erste Schnittstelle 21a die Anbindung eines oder mehrerer Peripheriegeräte P1, wie z. B. eines Servers, über ein drahtgebundenes Netzwerk LAN, die zweite Schnittstelle 21b die Anbindung eines oder mehrerer weiterer Peripheriegeräte P2 über ein Drahtlos-Netzwerk WLAN und die dritte Schnittstelle 21c die Anbindung eines oder mehrerer dritter Peripheriegeräte P3 über eine Bluetooth-Verbindung BT ermöglicht.
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Zur Abfrage der Maschinendaten aus der Maschinensteuerung MS der Maschine M sendet ein bestimmtes Peripheriegerät P1, P2 und/oder P3 über die entsprechende Schnittstelle 21a, 21b und/oder 21c einen Anfragebefehl an die Vorrichtung 1, welcher von der Kommunikationseinrichtung 20 über die Datenleitung 22 zum Mikrocomputer 10 geleitet wird. Als Reaktion auf einen derartigen Anfragebefehl sendet der Mikrocomputer 10 über die Maschinendaten-Schnittstelle 11 und die Datenverbindung 12 einen Abfragebefehl zur Maschinensteuerung MS der Maschine M, welcher bewirkt, dass die Maschinensteuerung MS über die Datenverbindung 12 zum Mikrocomputer 10 die entsprechenden Maschinendaten sendet, welcher diese dann über die Kommunikationseinrichtung 20 und die entsprechende Schnittstelle 21a-21c an das die Abfrage von Maschinendaten initiierende Peripheriegerät P1-P3 sendet. Durch die vorstehend beschriebene Vorgangsweise wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, dass die Maschinensteuerung MS der Maschine M entlastet wird, da diese die für den Transfer und/oder die Bereitstellung der Maschinendaten an eine maschinenexterne Einrichtung erforderlichen Operationen nicht mehr selbst durchführen muss. Vielmehr werden diese von der Vorrichtung 1 übernommen. Die Maschinensteuerung MS muss lediglich auf einen entsprechenden Abfragebefehl der Vorrichtung 1 die entsprechenden in ihrem Speicher abgelegten Maschinendaten an die Vorrichtung 1 senden. Ein derartiger Vorgang ist weniger komplex als ein Transfer von Maschinendaten über ein Intranet oder das Internet, bei dem komplexere Transferprotokolle abzuhandeln sind.
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Um nun die Maschinendaten und/oder die Maschinensteuerung gegenüber externen Störeinflüssen, wie z. B. einen Hackerangriff, abzusichern, ist vorgesehen, dass der Mikrocomputer 10 nur bestimmte, definierte Befehle verarbeiten kann und einen ihm zugeführten Befehl, der außerhalb dieses definierten Befehlssatzes liegt, nicht erkennt und/oder nicht ausführt. Dies wird durch eine sogenannte proprietäre Ausgestaltung des Mikrocomputers 10 erreicht, d. h. der Mikrocomputer 10 verwendet eine herstellerspezifische Hardware und/oder Software. Es wird bevorzugt, dass insbesondere die Software des Mikrocomputers 10 als proprietäre Software ausgestaltet ist, d. h. sie verwendet kein Betriebssystem wie Windows, etc. Dem Fachmann ist die Herstellung und die Funktion eines derartigen proprietären Mikrocomputers 10 bekannt, so dass diese nicht weiter beschrieben werden muss.
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Die vorgenannte Ausgestaltung des Mikrocomputers 10 als proprietäre Lösung besitzt den Vorteil, dass selbst dann, wenn der Vorrichtung 1 über die Kommunikationseinrichtung 20 ein externer Störbefehl, wie z. B. durch einen Hackerangriff ausgelöst, zugeführt wird, der Mikrocomputer 10 diesen externen Störbefehl nicht verarbeiten kann, so dass dieser Störbefehl somit wirkungslos bleibt. Hierdurch wird eine hohe Absicherung der Maschinendaten der Maschine M erreicht.
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Vorzugsweise kann noch vorgesehen sein, dass die Datenverbindung 12 zwischen Mikrocomputer 10 und Maschinensteuerung MS und/oder die Datenverbindung 22 zwischen Mikrocomputer 10 und Kommunikationseinrichtung 20 hardwaremäßig derart ausgestaltet ist, dass hierdurch eine weitere Absicherung der Maschinendaten erreicht wird. Derartige Datenverbindungen 12 bzw. 22 sind dem Fachmann bekannt, so dass auf deren hardwaremäßigen Realisierung hier nicht eingegangen werden muss. Die grundsätzliche Funktionsweise derartiger Datenverbindungen 12 und/oder 22 ist, dass sie nur eine eingeschränkte Übertragung von Daten und/oder Befehlen von der Vorrichtung 1 zur Maschinensteuerung MS bzw. von der Kommunikationseinrichtung 20 zum Mikrocomputer 10 erlauben, es aber andererseits ermöglicht, die Maschinendaten hinreichend rasch von der Maschinensteuerung MS zum Mikrocomputer 10 und von dort zur Kommunikationseinrichtung 20 zu übertragen. Die Datenverbindungen 12 und/oder 22 sind daher - vereinfacht dargestellt - im Wesentlichen unidirektional ausgebildet.
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Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist optional vorgesehen, dass die Vorrichtung 1 außer dem Mikrocomputer 10 noch einen Speicher 30 aufweist, welcher über eine Datenleitung 32 mit dem Mikrocomputer 10 verbunden ist. Der Speicher 30 kann als ein nicht-flüchtiger Speicher oder als ein flüchtiger Speicher ausgebildet sind, wobei aus Gründen einer rascheren Datenübertragung eine Ausbildung des Speichers 30 als ein flüchtiger Speicher, z. B. ein S-RAM, bevorzugt wird, wobei dieser flüchtige Speicher vorzugsweise batteriegepuffert ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass Maschinendaten in der Vorrichtung 1 nicht nur sofort weitergeleitet, sondern zwischengespeichert werden. Ein weiterer Vorteil dieser Vorgangsweise ist, dass die Maschinendaten getrennt von der Maschinensteuerung MS gespeichert sind. Es wird hierdurch also die Möglichkeit eines Backups der Maschinendaten in der Vorrichtung 1 ermöglicht, so dass diese Maschinendaten auch bei einem Defekt der Maschinensteuerung MS erhalten bleiben.
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In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist des weiteren optional vorgesehen, dass die Vorrichtung 1 eine weitere Schnittstelle 40 besitzt, welche - entsprechend der Funktion der Kommunikationseinrichtung 20 - die Anbindung von weiteren Peripheriegeräten P4, z. B. einem Datenbanksystem oder einer Steuerung, erlaubt.
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Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass diese weitere Schnittstelle 40 über eine Datenverbindung 42 mit einer maschinenexternen speicherprogrammierten Steuerung SPS verbunden wird, welche ihrerseits mit sekundären Peripheriegeräten wie einer Visualisierungseinrichtung V, einem OPC-Modul, welches es erlaubt, Maschinendaten weiterzuverarbeiten oder insbesondere semantisch zu erfassen, und einer weiteren Kommunikationsschnittstelle WEP kommuniziert. Vorzugsweise ist hierbei wiederum vorgesehen, dass die Datenverbindung 42 entsprechend den Datenverbindungen 12 und/oder 22 ausgebildet ist, dass sie also zwischen dem weiteren Peripheriegerät P4 und der Vorrichtung 1 nur einen eingeschränkten Datentransfer, in der umgekehrten Richtung, also von der Vorrichtung 1 zum vierten Peripheriegerät P4, einen hinreichend großen Datentransfer erlaubt.
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Es ist grundsätzlich möglich, dass die weitere Schnittstelle 40 mit dem vorstehend beschriebenen Mikrocomputer 10 verbunden ist, so dass dieser ein über die Schnittstelle 40 der Vorrichtung 1 zugeleitetes Anforderungssignal des oder der Peripheriegeräte P4 verarbeitet und Maschinendaten über die Schnittstelle 40 und die Datenverbindung 42 zu dem oder den vierten Peripheriegeräten P4 sendet.
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Wie aber in 1 dargestellt, wird bevorzugt, dass die Vorrichtung 1 einen weiteren Mikrocomputer 10a aufweist, welcher entsprechend dem ersten Mikrocomputer 10 ausgebildet ist. Es ist daher nicht mehr erforderlich, den Aufbau und die Funktionsweise des weiteren Mikrocomputers 10a hier erneut zu beschreiben. Es ist grundsätzlich möglich, dass der weitere Mikrocomputer 10a mit der Maschinendaten-Schnittstelle 11 verbunden ist. Es wird aber-wie ebenfalls aus 1 ersichtlich - bevorzugt, dass der weitere Mikrocomputer 10a über eine Datenleitung 32a auf den Speicher 30 der Vorrichtung 1 zugreift, in welchem die vom ersten Mikrocomputer 10 angeforderten Maschinendaten gespeichert sind. Der weitere Mikrocomputer 10a kann somit auf bereits vom ersten Mikrocomputer 10 abgerufene Maschinendaten zugreifen.
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Die Funktionsweise der Vorrichtung 1 ist nun wie folgt: Um Maschinendaten der Maschine M über die erste Schnittstelle 21a der Kommunikationseinrichtung 20 der Vorrichtung 1 zu einem oder mehreren Peripheriegeräten P1-P3, z. B. einem Server des Netzwerks, zu leiten, wird z. B. ein Anforderungssignal dieses Peripheriegeräts P1, hier des Servers, zu der ersten Schnittstelle 21a geleitet. Die Kommunikationseinrichtung 20 leitet diesen Anfragebefehl über die Datenverbindung 12 - durch die strichlierte Linie 22a charakterisiert - zum Mikrocomputer 10 weiter. Dieser ist - wie vorstehend beschrieben - derart ausgebildet und konfiguriert, dass er nur einen definierten Satz von Befehl verarbeiten kann. Wird ihm über die Kommunikationseinrichtung 20 ein ordnungsgemäßes Anforderungssignal übermittelt, so erkennt der Mikrocomputer 10 dieses und sendet über die Datenverbindung 12 - wie durch die strichlierte Linie 12a charakterisiert - ein Abfragesignal an die Maschinensteuerung MS der Maschine M. Die Maschinensteuerung MS sendet daraufhin die entsprechenden Maschinendaten - wie durch die durchgezogene Linie 12b charakterisiert - über die Datenverbindung 12 zu der Vorrichtung 1.
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Diese Maschinendaten gelangen über die Maschinendaten-Schnittstelle 11 zu dem Mikrocomputer 10 und werden von diesem über die Datenverbindung 22 - wie durch die durchgezogene Linie 22b charakterisiert - zu der ersten Kommunikationseinrichtung 20, welche diese dann über ein entsprechendes Netzwerk - hier das drahtgebundene Netzwerk LAN - an das anfordernde Peripheriegerät P1 weiterleitet.
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Wie ebenfalls bereits vorstehend beschrieben, kann vorgesehen sein, dass die vom Mikrocomputer 10 angeforderten Maschinendaten im Speicher 30 abgespeichert werden, so dass sie z. B. für einen Zugriff durch den weiteren Mikrocomputer 10a zur Verfügung stehen.
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Entsprechende Überlegungen gelten für die weiteren Schnittstellen 21b und 21c der ersten Kommunikationseinrichtung 20 sowie für die Bereitstellung von Daten über die weitere Schnittstelle 40. Ein Anforderungsbefehl des oder der vierten Peripheriegeräte P4 wird über die Datenverbindung 42 - durch die strichlierte Linie 42a charakterisiert - zu der Schnittstelle 40 und in Folge zum zweiten Mikrocomputer 10a geleitet wird. Dieser ruft aus dem Speicher 30 die entsprechenden Maschinendaten ab und sendet diese über die Datenverbindung 42 -durch die durchgezogene Linie 42b charakterisiert - zum Peripheriegerät P4.
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Die vorstehende Beschreibung ging davon aus, dass Maschinendaten von der Maschine M abgefragt werden, indem ein Peripheriegerät P1, P2, P3 oder P4 ein Anforderungssignal an die Vorrichtung 1 sendet und diese daraufhin ein Abfragesignal erzeugt, dass an die Maschinensteuerung MS der Maschine M geleitet wird. Die entsprechenden Maschinendaten werden dann wie beschrieben zu dem anfragenden Peripheriegerät P1, P2, P3 oder P4 zurückgeleitet und somit diesem Peripheriegerät P1, P2, P3 oder P4 zur Verfügung gestellt. Natürlich ist die vorstehend beschriebene Ausgestaltung nicht auf ein Anforderungssignal eines Peripheriegeräts P1, P2, P3 oder P4 und ein Abfragesignal der Vorrichtung 1 beschränkt. Vielmehr eignet sich die Vorrichtung 1 auch zur Bearbeitung von anderen Befehlen.
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Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch die beschriebene Vorrichtung in vorteilhafter Art und Weise nicht nur eine Entlastung der Maschinensteuerung MS erzielt wird. Vielmehr ermöglicht die beschriebene Ausgestaltung des ersten Mikrocomputers 10 und/oder des zweiten Mikrocomputers 10a als eine proprietäre Lösung eine Absicherung der Maschinendaten gegen externe Störeinflüsse, wie sie z. B. durch einen Hackerangriff hervorgerufen werden können. Die Speicherung der von der Vorrichtung 1 abgerufenen Maschinendaten im Speicher 30 der Vorrichtung 1 stellt eine weitere Absicherung der Maschinendaten dar, da diese dadurch unabhängig von dieser gespeichert werden und somit bei einem Defekt der Maschinensteuerung zur Verfügung stehen.
