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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Modul mit einer Einrichtung zum Anzeigen eines physikalischen Zustands eines am Modul angeschlossenen Sensors. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Feldbussystem mit einem modularen Feldbusknoten, der ein Modul mit einer Einrichtung zum Anzeigen eines physikalischen Zustands eines am Modul angeschlossenen Sensors umfasst.
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HINTERGRUND
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In einem Feldbussystem können Sensoren und Aktoren über Feldbusknoten mit einer übergeordneten Einheit verbunden sein. Bspw. können die Sensoren und/oder Aktoren an einem oder mehreren Modulen (Eingabe/Ausgabe-Modulen, E/A-Modulen) angeschlossen sein, die wiederrum einen oder mehrere Feldbusknoten bilden. Zum Testen der Funktion der angeschlossenen Sensoren kann ein Modul mit einer Anzeige versehen sein, mittels der der physikalische Zustand des Sensors visualisiert werden kann.
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Bspw. gibt es Näherungssensoren, die ein Schaltsignal abgeben, sobald der Sensor eine Annäherung unterhalb seiner physikalischen Schwelle (mechanisch, optisch, kapazitiv, induktiv, etc.) erfasst. Bei positiv-schaltenden Sensoren wird in diesem Fall der jeweilige Eingang mit dem Bezugs-Potential (oV) des Moduls verbunden, wohingegen negativ-schaltende Sensoren eine bestehende Verbindung zwischen dem Eingang und oV trennen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Zum Testen der Funktion eines Näherungssensors kann es vorteilhaft sein, den physikalischen Zustand des Sensors (in Sensornähe) angezeigt zu bekommen und dadurch erkennen zu können, ob sich dem Näherungssensor etwas unterhalb seiner physikalischen Schwelle genähert hat oder (noch) nicht. Anhand des Schaltzustands bzw. des abgegebenen elektrischen Signals (des Signalzustands), welchen bzw. welches der Näherungssensor in diesem Fall abgibt, lässt sich aber, wenn unbekannt ist, ob es sich um einen positiv- oder negativ-schaltenden Sensor handelt, nicht unmittelbar auf dessen physikalischen Zustand schließen.
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Ein erfindungsgemäßes Modul umfasst einen Eingang, eingerichtet zum Anschluss eines Sensors, und eine Anzeige, insbesondere eine Lichtquelle, eingerichtet zum optischen Anzeigen eines physikalischen Zustands des Sensors. Das Modul ist eingerichtet, ein zum physikalischen Zustand zugehöriges logisches Signal oder invertiertes logisches Signal des Sensors an eine übergeordnete Einheit zu senden und von der übergeordneten Einheit einen Steuer-Wert zu empfangen. Das Modul ist ferner eingerichtet, den Steuer-Wert auszuwerten und auf Basis des Steuer-Werts zu bestimmen, ob zum optischen Anzeigen des physikalischen Zustands des Sensors der Wert des logischen Sensorsignals oder des invertierten logischen Sensorsignals zu verwenden ist.
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Dabei ist unter dem Begriff „Modul“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere ein an ein weiteres Modul oder eine Kopfstation anreihbares bzw. im Betrieb angereihtes Gerät zu verstehen, das eines oder mehrere Feldgeräte mit der Kopfstation und ggf. (über die Kopfstation) mit der übergeordneten Einheit verbindet. In diesem Zusammenhang sind unter dem Begriff „Feldgerät“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere mit dem Modul (signaltechnisch) verbundene (bspw. an dem Modul angeschlossene) Sensoren und/oder Aktoren zu verstehen. Ferner ist unter dem Begriff „Eingang“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere ein elektrischer Anschluss, wie bspw. eine Verbindungsklemme zu verstehen.
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Des Weiteren ist unter dem Begriff „Anzeige“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, die es ermöglicht, unterschiedliche physikalische Zustände des Sensors durch Aussenden von Licht zu signalisieren. Bspw. kann die Anzeige zum Signalisieren unterschiedlicher physikalischer Zustände Licht unterschiedlicher Farben oder Lichtpulse aussenden, die sich hinsichtlich eines zeitlichen Musters unterscheiden. Bspw. können in einer bestimmten Zeitspanne mehr oder weniger Lichtpulse ausgesendet werden. Bspw. können physikalische Zustände durch langsame(re)s Blinken, wenn keine Annäherung detektiert wird und schnelle(re)s Blinken, wenn eine Annäherung detektiert wird, signalisiert werden. In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „physikalischer Zustand“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere eine Umweltveränderung zu verstehen, die der Sensor erfasst. Im Sinne der Erfindung ist besagter physikalischer Zustand von dem Signal zu unterscheiden, das den physikalischen Zustand repräsentiert und zwischen unterschiedlichen Sensoren variieren kann.
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Ferner ist unter dem Begriff „logisches Signal“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere ein elektrisches Signal zu verstehen, das so erzeugt und dahingehend ausgewertet wird, dass bzw. ob eine das Signal verkörpernde Spannung oder ein das Signal verkörpernder Strom in einem ersten Bereich oder einem zweiten Bereich liegt, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich durch einen dritten Bereich voneinander getrennt sein können (Sicherheitsabstand). In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „invertiertes logisches Signal“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere ein elektrisches Signal zu verstehen, das sich von dem logischen Signal dadurch unterscheidet, dass eine das invertierte logische Signal verkörpernde Spannung oder ein das invertierte logische Signal verkörpernder Strom in dem zweiten Bereich liegt, wenn eine das logische Signal verkörpernde Spannung oder ein das invertierte logische Signal verkörpernder Strom in dem ersten Bereich liegt und umgekehrt.
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Zudem ist unter der Formulierung „wobei das Modul eingerichtet ist, ein logisches Signal oder invertiertes logisches Signal des Sensors an eine übergeordnete Einheit zu senden und von der übergeordneten Einheit einen Steuer-Wert zu empfangen“, wie sie im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere das Vorhandensein einer Schnittstelle (bspw. einer Feldbusschnittstelle) zu verstehen, mittels derer das Modul Nachrichten (direkt oder indirekt) an die übergeordnete Einheit senden kann. Des Weiteren ist unter dem Begriff „übergeordnete Einheit“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere eine übergeordnete Steuerung zu verstehen, die aus dem physikalischen Zustand eines oder mehrerer Sensoren Steuersignale für einen oder mehrere Aktoren ableitet.
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Ferner ist unter dem Begriff „Steuer-Wert“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere ein aus einem Spannungs- oder Stromverlauf abgeleiteter logischer Wert zu verstehen. Des Weiteren ist unter der Anweisung „auf Basis des Steuer-Werts zu bestimmen, ob zum optischen Anzeigen des physikalischen Zustands des Sensors der Wert des logischen Sensorsignals oder des invertierten logischen Sensorsignals zu verwenden ist“, wie sie im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere das Vertauschen einer Zuordnung zwischen den Bereichen, in denen die am Eingang anliegende Spannung bzw. der über den Eingang eingegebene Strom liegt und den über die Anzeige ausgebbaren optischen Signalmustern zu verstehen.
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Vorzugsweise weist das Modul ein Register auf, in dem der Steuer-Wert speicherbar ist.
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Bspw. kann das Modul ein oder mehrere Register aufweisen, und jedem Eingang ein Bereich in dem bzw. einem Register zugeordnet sein.
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Vorzugsweise ist das Modul eingerichtet, basierend auf dem Steuer-Wert das logische Signal invertiert an die übergeordnete Einheit zu senden oder nicht invertiert an die übergeordnete Einheit zu senden.
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Der Sensor und das Modul können Teil eines Systems sein, in dem der Sensor als Schalter verwendet wird.
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Bspw. kann der Schalter als Näherungsschalter ausgebildet sein.
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Das System kann ferner eine Kopfstation umfassen, wobei das Modul an der Kopfstation angereiht ist.
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Dabei ist unter dem Begriff „Kopfstation“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, eine Komponente eines modularen Feldbusknotens zu verstehen, deren Aufgabe es ist, die Daten und/oder Dienste der an der Kopfstation angereihten Module über eine Feldbusschnittstelle und einen an der Feldbusschnittstelle angeschlossenen Feldbus für weitere Feldbusteilnehmer (wie bspw. die übergeordnete Einheit) verfügbar zu machen.
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Das Modul und der am Modul angeschlossene Sensor können Teil eines modularen Feldbusknotens sein, der in einem Feldbussystem angeordnet ist, das eine übergeordnete Einheit aufweist und einen Feldbus, über den das Modul des Feldbusknotens mit der übergeordneten Einheit verbunden ist, wobei das Feldbussystem eingerichtet sein kann, das logische Sensorsignal oder das invertierte logische Sensorsignal von dem Modul an die übergeordnete Einheit zu übertragen.
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Vorzugsweise ist das logische Sensorsignal ein Teil eines Prozessabbilds und umfasst das Prozessabbild einen Wert, der angibt, ob sich der Sensor in einem Fehlerzustand befindet, wobei das Modul eingerichtet ist, wenn sich der Sensor in einem Fehlerzustand befindet, den Fehlerzustand mittels der Anzeige anzuzeigen.
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Vorzugsweise weist das Modul eine Vielzahl von Anzeigen zum Anschluss einer Vielzahl von Sensoren auf, die jeweils entweder positiv schaltend oder negativ schaltend sind und umfasst die übergeordnete Einheit Daten, die angeben, welcher der Sensoren positiv schaltend und welcher der Sensoren negativ schaltend ist.
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Vorzugsweise ist die übergeordnete Einheit eingerichtet, dem Modul mitzuteilen, entweder die Anzeigen, die den positiv schaltenden Sensoren zugeordnet sind, oder die Anzeigen, die den negativ schaltenden Sensoren zugeordnet sind, auf Basis invertierter Sensorsignale zu schalten.
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Vorzugsweise sind die Sensoren als Schalter ausgebildet, die von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand überwechseln, wenn ein Messwert eine Schwelle überschreitet und vom zweiten Zustand in den ersten Zustand zurückwechseln, wenn der Messwert die Schwelle oder eine weitere Schwelle unterschreitet.
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Vorzugsweise ist die übergeordnete Einheit eingerichtet, auf Basis des logischen Sensorsignals ein Steuersignal zu bestimmen und das Steuersignal an den modularen Feldbusknoten zu übertragen.
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Dabei versteht es sich, dass die durch das Modul bzw. das (Feldbus-) System durchgeführten Schritte als Schritte eines korrespondierenden Verfahrens aufgefasst werden können, das unter Verwendung des Moduls bzw. des (Feldbus-) Systems implementiert wird, und umgekehrt.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend in der detaillierten Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei auf Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
- 1 den Aufbau eines Feldbussystems schematisch illustriert;
- 2 den Aufbau eines Feldbusknotens des Feldbussystems schematisch illustriert;
- 3, 4, 5 und 6 Aspekte des Betriebs eines Moduls des Feldbusknotens illustrieren; und
- 7 weitere Aspekte des Betriebs eines Moduls illustriert.
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Dabei sind in den Zeichnungen gleiche oder funktional ähnliche Elemente durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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1 zeigt ein Blockdiagramm eines Feldbussystems 10. Das Feldbussystem 10 umfasst eine Vielzahl an Feldbusknoten 100, die über einen Feldbus 30 mit einer übergeordneten (Steuer-) Einheit 20 verbunden sind. Die übergeordnete Einheit 20 kann sowohl zur Überwachung als auch zur Regelung einer Anlage (nicht gezeigt) dienen, die durch das Feldbussystem 10 überwacht bzw. gesteuert wird. Wenn die übergeordnete Einheit 20 eine Anlage überwacht, kann die übergeordnete Einheit 20 von den Feldbusknoten 100 zyklisch oder azyklisch Zustandsdaten (im Folgenden auch als Eingangsprozessabbild bezeichnet) empfangen, die den Zustand der Anlage beschreiben und ein Fehlersignal oder ein Alarmsignal erzeugen, wenn der Zustand der Anlage von einem gewünschten/erlaubten Zustand oder Zustandsbereich (substantiell) abweicht. Wenn die übergeordnete Einheit 20 die Anlage (nicht nur überwacht, sondern auch) regelt, kann die übergeordnete Einheit 20 von den Feldbusknoten 100 zyklisch oder azyklisch Zustandsdaten empfangen und unter Berücksichtigung der Zustandsdaten Steuerdaten (im Folgenden auch als Ausgangsprozessabbild bezeichnet) ermitteln, die zu den Feldbusknoten 100 übertragen werden.
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2 zeigt einen beispielhaften modularen Feldbusknoten 100, bestehend aus einer Kopfstation 110 und zwei an die Kopfstation 110 angereihten Modulen 120, 130, an denen Sensoren 140 und Aktoren 150 angeschlossen sind. Während des Betriebs liest das Modul 120 über die Eingänge 122 Sensorsignale ein und erzeugt aus den Sensorsignalen Zustandsdaten, die über den Lokalbus 160 an die Kopfstation 110 übertragen werden. Die Kopfstation 110 kann die Zustandsdaten lokal verarbeiteten und/oder (ggf. in modifizierter Form) an die übergeordnete Einheit 20 weiterleiten. Die übergeordnete Einheit 20 (oder bei einer lokalen Verarbeitung die Kopfstation 110) kann dann unter Berücksichtigung der Zustandsdaten Steuerdaten erzeugen.
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Die durch die übergeordnete Einheit 20 erzeugten Steuerdaten können über den Feldbus 30 an (die gleiche oder) eine (andere) Kopfstation 110 übertragen werden. Die zur Kopfstation 110 übertragenen (bzw. die durch die Kopfstation 110 erzeugten) Steuerdaten werden dann (ggf. in modifizierter Form) an das Modul 130 weitergeleitet/übertragen. Das Modul 130 empfängt die Steuerdaten und gibt den Steuerdaten entsprechende Steuersignale an den Ausgängen 132, an denen die Aktoren 150 angeschlossen sind, aus. Die Kommunikation von Daten zwischen den Komponenten des Feldbussystems 10 und die Abbildung der Sensorsignale auf Zustandsdaten und die Abbildung der Steuerdaten auf Steuersignale kann durch eine Konfiguration der Feldbusknoten 100 an unterschiedliche Einsatzszenarien angepasst werden.
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3 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des Moduls 120. Das Modul 120 umfasst mehrere Anzeigen 124 (bspw. LEDs), eingerichtet zum optischen Anzeigen des physikalischen Zustands der Sensoren 140. Das Modul 120 empfängt von der übergeordneten Einheit 20 Steuer-Werte 200 und speichert diese in einem Eingangsregister ab, wobei jedem Eingang 122 ein Steuer-Wert 200 zugeordnet ist. Wie in 3 gezeigt, können die Steuer-Werte 200 logische Werte sein, die angeben, wie sich ein durch den an dem jeweiligen Eingang 122 angeschlossenen Sensor 140 erzeugtes logisches Signal zum physikalischen Zustand des Sensors 140 verhält. Sind bspw. in der in 3 gezeigten Ausführungsform zwei identische Sensoren 140 an das Modul 120 angeschlossen (die dementsprechend in identischen Szenarien identische logische Signale 300 erzeugen), können auch die den Eingängen 122 zugeordneten Steuer-Werte 200 gleich sein. Sind hingegen, wie in der in 4 gezeigten Ausführungsform zwei Sensoren 140 an das Modul 120 angeschlossen, die in identischen Szenarien zueinander inverse logische Signale 300 erzeugen, kann dies durch entsprechende den Eingängen 122 zugeordnete Steuer-Werte 200 ausgeglichen werden.
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So können, wie in 4 illustriert, der einem Eingang 122 zugeordnete Steuer-Wert 200 und das über den Eingang 122 eingegebene logische Signal 300 mittels einer Logikoperation 400 so verknüpft werden, dass durch die Logikoperation 400 in identischen Szenarien identische logische Signale erzeugt werden. Dadurch stellt das Modul 120 der übergeordneten Einheit 20 das zum physikalischen Zustand zugehörige logische Signal 400 oder das invertierte logische Signal bereit. Zudem kann der Steuer-Wert 200 auch dazu verwendet werden zu bestimmen, ob zum optischen Anzeigen des physikalischen Zustands des Sensors 140 der Wert des logischen Sensorsignals 300 oder des invertierten logischen Sensorsignals zu verwenden ist.
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Dadurch wird bspw. für Näherungssensoren, die, wie in 5 illustriert, in Abhängigkeit einer Annäherung eines Objektes (wie bspw. einer Hand) inverse logische Signale 300 erzeugen, erreicht, dass die Anzeigen 124 den physikalischen Zustand beider Sensoren 140 gleich darstellen. Dies ist bspw. dann vorteilhaft, wenn die Funktion der Sensoren 140 mittels der Anzeigen 124 überprüft werden soll. Wie in 6 gezeigt kann eine Anzeige 124 auch dazu verwendet werden, einen Fehlerzustand anzuzeigen, wobei die Anzeige 124 in diesem Fall weder das logische Sensorsignal 300 noch das invertierte logische Sensorsignal anzeigen muss. Das Modul 120 kann zur Erkennung eines Fehlerzustandes mit einer kanalweisen Kurzschluss- und Drahtbruchdiagnose versehen sein. Die Anzeige 124 kann in diesem Fall als zweifarbige LED ausgebildet sein, die den Signalzustand, sowie einen Kurzschluss bzw. einen Drahtbruch anzeigt.
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7 zeigt eine Modifikation des im Zusammenhang mi 3 bis 6 beschriebenen Moduls 120. An dem Modul 120 sind Sensoren 140 angeschlossen, die in Abhängigkeit einer Messgröße ein Schaltsignal abgeben. Die Sensoren 140 können bspw. als Näherungssensoren ausgebildet sein, die ein Schaltsignal abgeben, sobald der Sensor 140 eine Annäherung unterhalb seiner physikalischen Schwelle (mechanisch, optisch, kapazitiv, induktiv, etc.) erkennt. Wie in 7 gezeigt, verbinden positiv-schaltende Sensoren 140 bei Annäherung unterhalb der physikalischen Schwelle den Eingang 122 mit dem oV-Potential des Moduls 120, wohingegen negativ-schaltende Sensoren 140 den Eingang 122 vom oV-Potential trennen.
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Das Modul 120 überträgt ein Eingangsprozessabbild über die Schnittstelle 126 an die übergeordnete Einheit 20 und empfängt (über die Schnittstelle 126) ein Ausgangsprozessabbild von der übergeordneten Einheit 20. Eine feste Anzahl an Bits (eines pro Sensor 140, d. h. 8 Bit) des Eingangsprozessabbildes charakterisiert den Signalzustand der jeweiligen Eingänge 122. Eine gleiche Anzahl weiterer Bits signalisieren dem Steuerungsprogramm einen möglichen Fehlerzustand. Bits des Ausgangsprozessabbilds können für die Freigabe des jeweiligen Fehlerzustands an die verwendet werden (Diagnose an/aus). Pro Eingang 122 wird ein weiteres Bit des Ausgangsprozessabbilds (d. h. 8 Bit) dazu verwendet, anzugeben, ob der Signalzustand der jeweiligen Eingänge 122 invertiert werden muss, damit bspw. alle Anzeigen 124 den physikalischen Zustand gleicher oder ähnlicher Sensoren 140 gleich anzeigen. Das Ausgangsprozessabbild kann in jedem Steuerungszyklus einmal zum Modul 120 gesendet werden, ebenso wie die Freigabe des Fehlerzustandes. Somit muss kein Parameter bezüglich der Art der angeschlossenen Sensoren 140 in dem Modul 120 gespeichert werden, sondern es genügt, wenn die Parameter bezüglich der Art der angeschlossenen Sensoren 140 in der übergeordneten Einheit 20 gespeichert sind.
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Ist die Diagnose aktiviert und befindet sich ein Sensor 140 in einem Fehlerzustand, kann die Kurzschluss- und Drahtbruchdiagnose, die dem Eingang 122 nachgeschalteten Einrichtungen in einen Zustand versetzen, in dem der Fehlerzustand über die Anzeige 124 an das Eingangsprozessabbild signalisiert wird. Im Normalbetrieb kann der Signalzustand hingegen mittels der Anzeige 124 signalisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Feldbussystem
- 20
- Einheit
- 30
- Feldbus
- 40
- Rechner
- 42
- Anzeigeeinrichtung
- 100
- Feldbusknoten
- 110
- Kopfstation
- 120
- Modul
- 122
- Eingang
- 124
- Anzeige
- 126
- Schnittstelle
- 130
- Modul
- 132
- Ausgang
- 140
- Sensor
- 150
- Aktor
- 160
- Lokalbus
- 200
- Steuer-Wert
- 300
- logisches (Sensor-) Signal
- 400
- Logikoperation
