EP2076825A1 - Verfahren und system zum redundanten ansteuern einer slaveeinrichtung - Google Patents

Verfahren und system zum redundanten ansteuern einer slaveeinrichtung

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EP2076825A1
EP2076825A1 EP07818625A EP07818625A EP2076825A1 EP 2076825 A1 EP2076825 A1 EP 2076825A1 EP 07818625 A EP07818625 A EP 07818625A EP 07818625 A EP07818625 A EP 07818625A EP 2076825 A1 EP2076825 A1 EP 2076825A1
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EP
European Patent Office
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control
data
slave device
output
status
Prior art date
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Ceased
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EP07818625A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin SCHÜRMANN
Gunnar Lessmann
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=38961267&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP2076825(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP2076825A1 publication Critical patent/EP2076825A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Program-control systems
    • G05B19/02Program-control systems electric
    • G05B19/04Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0428Safety, monitoring
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/20Pc systems
    • G05B2219/24Pc safety
    • G05B2219/24178Controlled device decides which redundant controller will be active
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/20Pc systems
    • G05B2219/25Pc structure of the system
    • G05B2219/25428Field device

Definitions

  • the invention relates both to a control and data transmission system and to a method for the redundant activation of a slave device by at least two control devices, which are intended in particular for use in automation technology.
  • the invention has for its object to provide a method and a control and data transmission system, which ensure a substantially seamless control of a field device even in case of failure of a control device.
  • a core idea of the invention is to be seen in a
  • Slave device which may be in particular a field device to be provided with a plurality, preferably two addressable output interfaces, each output interface can be controlled by a separate control device.
  • Slave device is used to determine at any time, which control device may provide output data for the slave device.
  • control and data transmission system for redundantly driving a slave device. It should be noted at this point that the control and data transmission system can be an automation system and the slave device can be a field device.
  • the slave device is connected via a communication network with at least two control devices.
  • the slave device has several, preferably two addressable output interfaces for receiving output and status data.
  • the output data may be control data, such as parameterization and configuration data and the like.
  • status data signal the operating state of a control device.
  • Each control device has a device for generating and transmitting status and output data to a separate output interface of the slave device.
  • the slave device has an evaluation device which, in response to the status signals received by the control devices, controls the forwarding of received output data for further use.
  • Output interface means is called, which receives the data coming from a controller.
  • the output interfaces are preferably logical interfaces, so that the actual connection to the communication network only via a physical interface, eg. As an Ethernet interface, can take place.
  • the output interfaces may also be physical interfaces.
  • Output data to physical outputs detected which may be connected, for example, actuators, memory and / or a processor of the slave device to which the output data are supplied. Furthermore, this embodiment can detect an embodiment in which the output data are fed to an application running in the slave device.
  • the evaluation device In order to ensure that the output data of all control devices of the slave device need not be taken into account during proper operation of all the control devices, the evaluation device is designed such that it only forwards the output data of a predetermined control device in response to status signals which signal the correct operation of all the control devices.
  • Slave device are provided, status and output data transmitted to the slave device, a seamless and correct further processing of the slave device can be ensured by the fact that the evaluation is designed such that in response to status signals that signal the failure of a control device, only the output data coming from a properly operating control device is taken into account by the slave device.
  • the slave device In order to avoid that in case of failure of all control devices, the slave device goes into an uncontrolled functional operation, controls the evaluation in response to status signals that signal the failure of all control devices, the slave device in a definable operating state. For example, in this case, the power supply to the slave device is interrupted.
  • the slave device has at least one addressable input interface for providing input data to the control device on.
  • An input interface is a device which, from the point of view of the control device, provides input data for this control device.
  • each control device has a device for receiving the input data provided by the respective input interface.
  • the slave device contains several input interfaces, these are assigned individual addresses by means of which the control devices can query the input data.
  • the input interfaces serve to apply the input data intended for the control devices to a plurality of input interfaces, so that the input data is preferably synchronous with the input data
  • Input interfaces can be transmitted under control of input logic to the respective control devices. In this way it can be ensured that the slave device is controlled substantially synchronously by the control devices. It should be noted at this point that the input interfaces are preferably logical interfaces, so that the connection of the slave device to the communication network can take place via only one physical interface. Alternatively, the
  • Input interfaces be designed as physical interfaces.
  • each control device may include a device for selectively polling a predetermined one
  • the controllers are configured to exchange status data. Furthermore, each one has Control device on a device for detecting the failure of the other control device by evaluating the received status data.
  • Request input data and can transmit the determined for the slave device status and output data, both the addresses of the input interfaces and the addresses of the output interfaces of the slave device are stored in a memory.
  • control devices and the slave device are preferably connected to one another via a TCP / IP-based network, for example the Ethernet or a field bus.
  • two control devices control the slave device.
  • Slave device are connected. Each controller sends status and output data to a separate output interface of the slave device. It should be noted at this point that status and output data are not together in a package or framework for
  • Slave device must be transmitted. It is conceivable, however, that first the status data are transmitted, and then the output data are transmitted to the slave device in a separate communication cycle. The received status data are then evaluated and under In response to the evaluated status signals, only the output data coming from a predetermined control device are forwarded for further use, ie taken into account by the slave device.
  • the status data represents the operating state of the respective control device, wherein when the status data signal the failure of a control device, the output data of the other control device are forwarded, and wherein, when the status signals signal the proper operation of all control devices, only the output data of a predetermined control device are forwarded ,
  • Control means the slave device to transmit input data to the control means.
  • each control device is connected via a cable connection with the slave device, via which the input data are transmitted to the control devices.
  • the slave device preferably has control logic that provides input data to the controllers at the same time. In this way it is ensured that the control devices can control the slave device synchronously.
  • control devices can exchange status data with one another, wherein each control device can transmit status data, which signal its own operating state and the operating state of the other control device, to the respective output interface of the slave device.
  • each control device can transmit status data, which signal its own operating state and the operating state of the other control device, to the respective output interface of the slave device.
  • the slave device of the Failure of a control device are also communicated for the case that the connection between the faulty control device and the slave device has been canceled and thus no status data can be transmitted from this control device to the slave device.
  • the single FIGURE shows an exemplary control and data transmission system 10, which is used for example in automation technology.
  • the control and data transmission system 10 is constructed redundantly. In the present example this means that a
  • Slave device 40 hereinafter also referred to as field device, preferably communicates with two control devices 20 and 30 synchronously.
  • the control devices 20 and 30 are connected to the field device 40 via a communication network.
  • the communication network symbolically represented by dashed links 70, 72 and 74, may be a TCP / IP
  • Communication network such as the Ethernet or a fieldbus.
  • control and data transmission system 10 usually also contains more than just one field device.
  • the field device 40 has two input interfaces 51 and 52, the data can transmit to the controller 20 and 30, respectively.
  • the input interfaces 51 and 52 serve to supply the input data to physical inputs 53 to the control device 20 or the control device 30 preferably synchronously.
  • An input logic 50 arranged between the physical inputs 53 and the input interfaces 51 and 52 ensures that the input data are simultaneously made available to the control devices 20 and 30. This will ensure that both
  • Controllers 20 and 30 can handle the same control programs or applications, so that a parallel, ie redundant monitoring and control of the field device 40 by the controllers 20 and 30 takes place ' . Furthermore, this ensures that the control of the field device 40 can pass smoothly, that is to say seamlessly, from one control device to the other control device.
  • the input interfaces 51 and 52 are in the present example designed as logical interfaces that can communicate with the control devices 20 and 30 via a single physical interface, not shown, for example an Ethernet interface.
  • Input interfaces 51 and 52 and the input logic are not mandatory. It is expedient that the input data lying at the physical inputs are transmitted simultaneously to the control devices 20 and 30 or that the two control devices can simultaneously read the input data.
  • the input data can be stored in a memory device (not shown), which can be accessed by the two control devices 20 and 30 in succession or at the same time.
  • a memory can in the Input interfaces 51 and 52 implemented, if these are physical interfaces.
  • each logical input interface is assigned an address.
  • the address of the input interface 51 is stored in a memory 21 of the control device 20, whereas the address of the input interface 52 is stored in a memory 31 of the control device 30.
  • the input data of the field device 40 may be retrieved by a known polling procedure performed by the controllers 20 and 30.
  • the input interfaces 51 and 52 may be triggered, for example, by the input logic 50 such that at any given time or cyclically the input data from the input interface 51 and the
  • Input interface 52 are selectively sent to the controller 20 and to the controller 30.
  • Output interfaces 61 and 62 implemented, each associated with an address.
  • the logical output interfaces 61 and 62 communicate in this case via a physical interface, not shown, with the control devices 20 and 30, respectively.
  • the address of the output interface 61 is stored as the destination address in the memory 21 of the controller 20, while the address of the output interface 62 is stored as the destination address in the memory 31 of the controller 30.
  • output and status data can be selectively transferred from the controller 20 to the output interface 61 and output and status data from the controller 30 to the output interface 62.
  • An output logic 60 hereinafter also called evaluation, is with the two Output interfaces 61 and 62 connected and ensures that the output data received at the output interfaces are forwarded in a predetermined manner to physical outputs 63 of the field device 40.
  • the output interfaces 61 and 62 can alternatively also be embodied as physical interfaces via which the slave device 40 is connected to the communication network.
  • the control devices 20 and 30 can also exchange status data with one another in order to synchronize the execution of control programs and / or to communicate the respective operating state of the other control device.
  • input interface is used to indicate that the from the field device 40 to the control devices 20 and
  • Output interface was used to indicate that the output and / or status data arriving at the output interfaces of the field device 40 are output data of the controllers.
  • Control devices 20 and 30 are available.
  • the input data may be device related status data, temperature data of a temperature sensor connected to one of the physical inputs 53, or the like.
  • the at the physical inputs 53 applied input data are under control of the input logic; 50 are transmitted from the input interfaces 51 and 52 to the controller 20 and to the controller 30, respectively, preferably at the same time.
  • the received input data is then supplied to corresponding control programs and / or application programs running in the control devices, so that the control devices 20 and 30 can control the field device 40 synchronously.
  • the input data can also be queried by the control devices 20 and 30 from the field device 40.
  • each control device sends a request packet which contains the respective destination address of the respective input interface.
  • the controller 20 sends an input data request packet to the input interface 51, wherein the input data request packet includes both the address of the controller 20 and the destination address of the input interface 51.
  • the controller 30 may transmit an input data request packet containing both the address of the controller 30 and the destination address of the input interface 52 to the input interface 52 of the field device 40.
  • the input logic 50 may read the input data request instructions contained in the packets and the
  • Control input interfaces 51 and 52 such that the input data via the input interface 51 to the controller 20 and via the input interface 52 to the controller 30 are transmitted.
  • the control devices 20 and 30 regularly or at arbitrary times transmit data packets containing status data to the field device 40.
  • the controller 20 transmits status data
  • the controller 20 writes the destination address of the output interface 61 in the packet to be transmitted
  • the controller 30 writes the destination address of the output interface 62 in the packet to be transmitted.
  • the status data contained in the packets signals the field device 40 as to whether the controllers operate faultless or faulty.
  • Data packets are, for example, in the output logic 60. If the output logic 60 determines that the status data transmitted by the control devices 20 and 30 in the packets signal a fault-free operation of both control devices, then the
  • Output logic 60 ensures that, for example, only the output data transmitted by the control device 20 to the output interface 61 are forwarded to the physical outputs 63 of the field device 40 for further processing.
  • the physical outputs 63 form, for example, interfaces to a microprocessor, to an actuator or other actuators.
  • the output logic 60 of the field device 40 determines that the status data contained in a data packet of the control device 30 signals erroneous operation of the control device 30, then the output logic 60 ensures that only the output data contained in the data packets of the control device 20 can be compared to the physical data Outputs 63 are forwarded. In this way, it is possible to continue smoothly, that is to say seamlessly, the physical outputs of the field device 40, even if one of the control devices fails.
  • the output logic 60 can drive the field device 40 into a defined operating state. For example, the output logic 60 can ensure that the power supply of the field device 40 is interrupted, or the physical outputs are set to a defined value.
  • controllers 20 and 30 usually work the same control programs. But this does not have to be synchronized.
  • both control devices 20 and 30 may be configured such that the one
  • Control device can notice the failure of the other controller.
  • the control device 20 may have a detection device 22 for detecting the failure of the control device 30 and the control device 30 a detection device 32 for detecting the failure of the control device 20.
  • the error-free operating control device for example the control device 20
  • the output logic 60 again ensures that only the output data arriving from the control device 20 at the output interface 61 is forwarded to the physical outputs 63.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Datenübertragungsanlage (10) zum redundanten Ansteuern einer Slaveeinrichtung (40), welche insbesondere ein Feldgerät sein kann. Mit der Steuer- und Datenübertragungsanlage (10) wird erreicht, dass eine im Wesentlichen nahtlose Steuerung eines Feldgerätes (40) auch bei Ausfall einer Steuereinrichtung (20, 30) gewährleistet werden kann. Hierzu weist die Steuer- und Datenübertragungsanlage (10) wenigstens zwei Steuereinrichtungen (20, 30) und wenigstens eine Slaveeinrichtung (40) auf, welche über ein Kommunikationsnetzwerk (70) miteinander verbunden sind. Die Slaveeinrichtung (40) enthält mehrere adressierbare Ausgangsschnittstellen (61, 62) zum Empfang von Ausgangs- und Statusdaten. Jede Steuereinrichtung (20, 30) weist eine Einrichtung zum Erzeugen und Übertragen von Status- und Ausgangsdaten zu einer separaten Ausgangsschnittstelle (61, 62) der Slaveeinrichtung (40) auf, wobei die Slaveeinrichtung (40) eine Auswerteeinrichtung (60) aufweist, die unter Ansprechen auf die von den Steuereinrichtungen empfangenen Statussignale die Weiterleitung von empfangenen Ausgangsdaten zur weiteren Verwendung steuert.

Description

Verfahren und System zum redundanten Ansteuern einer Slaveeinrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft sowohl eine Steuer- und Datenübertragungsanlage als auch ein Verfahren zum redundanten Ansteuern einer Slaveeinrichtung durch wenigstens zwei Steuereinrichtungen, welche insbesondere für den Einsatz in der Automatisierungstechnik bestimmt sind.
Um die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Maschinen und Anlagen beispielsweise in der Automatisierungstechnik zu erhöhen, werden vor allem elektronische Komponenten redundant ausgelegt. Bei Ausfall einer elektronischen Komponente übernimmt die andere, redundant vorgesehene elektronische Komponente die erforderlichen Aufgaben und Funktionen, wobei dahingestellt bleiben kann, ob die redundanten elektronischen Komponenten im Parallelbetrieb arbeiten oder erst bei Auftritt eines Ausfalls einer elektronischen Komponente die andere elektronische Komponente zugeschaltet wird.
Derzeit sind Feldbussysteme bekannt, bei denen zwei redundante Steuereinrichtungen ein Feldgerät steuern. Sobald eine Steuereinrichtung ausfällt, übernimmt die andere Steuereinrichtung deren Aufgaben, indem von der einen Steuereinrichtung auf die andere Steuereinrichtung umgeschaltet wird. Diese sogenannte Redundanzumschaltung erfolgt aus Sicht der zu steuernden Feldgeräte mit einer bestimmten Umschaltdauer, so dass eine nahtlose Steuerung bei Ausfall einer Steuereinrichtung nicht gewährleistet werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Steuer- und Datenübertragungsanlage bereitzustellen, die eine im Wesentlichen nahtlose Steuerung eines Feldgerätes auch bei Ausfall einer Steuereinrichtung gewährleisten.
Ein Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, eine
Slaveeinrichtung, welche insbesondere ein Feldgerät sein kann, mit mehreren, vorzugsweise zwei adressierbaren Ausgangsschnittstellen zu versehen, wobei jede Ausgangsschnittstelle von einer separaten Steuereinrichtung angesteuert werden kann. Eine Auswerteeinrichtung der
Slaveeinrichtung dient dazu, zu jeder Zeit festzustellen, welche Steuereinrichtung Ausgangsdaten für die Slaveeinrichtung liefern darf.
Das oben genannte technische Problem wird zum einen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist eine Steuer- und Datenübertragungsanlage zum redundanten Ansteuern einer Slaveeinrichtung vorgesehen. Angemerkt sei an dieser Stelle, dass es sich bei der Steuer- und Datenübertragungsanlage um eine Automatisierungsanlage und bei der Slaveeinrichtung um ein Feldgerät handeln kann.
Die Slaveeinrichtung ist über ein Kommunikationsnetz mit wenigstens zwei Steuereinrichtungen verbunden. Die Slaveeinrichtung weist mehrere, vorzugsweise zwei adressierbare Ausgangsschnittstellen zum Empfang von Ausgangs- und Statusdaten auf. Bei den Ausgangsdaten kann es sich um Steuerdaten, wie zum Beispiel Parametrierungs- und Konfigurationsdaten und dergleichen handeln. Statusdaten hingegen signalisieren den Betriebszustand einer Steuereinrichtung. Jede Steuereinrichtung weist eine Einrichtung zum Erzeugen und Übertragen von Status- und Ausgangsdaten zu einer separaten Ausgangsschnittstelle der Slaveeinrichtung auf. Weiterhin weist die Slaveeinrichtung eine Auswerteeinrichtung auf, die unter Ansprechen auf die von den Steuereinrichtungen empfangenen Statussignalen die Weiterleitung von empfangenen Ausgangsdaten zur weiteren Verwendung steuert.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass mit
Ausgangsschnittstelle eine Einrichtung bezeichnet wird, die die von einer Steuereinrichtung kommenden Daten empfängt. Bei den Ausgangsschnittstellen handelt es sich vorzugsweise um logische Schnittstellen, so dass die tatsächliche Anbindung an das Kommunikationsnetz lediglich über eine physikalische Schnittstelle, z. B. eine Ethernet- Schnittstelle, erfolgen kann. Alternativ kann es sich bei den Ausgangsschnittstellen aber auch um physikalische Schnittstellen handeln.
Mit der Formulierung, dass die Weiterleitung von empfangenen Ausgangsdaten zur weiteren Verwendung gesteuert werden, wird beispielsweise die Weiterleitung von
Ausgangsdaten zu physikalischen Ausgängen erfasst, an denen beispielsweise Aktoren, Speicher und/oder ein Prozessor der Slaveeinrichtung angeschlossen sein können, denen die Ausgangsdaten zugeführt werden. Weiterhin kann durch diese Formulierung eine Ausführungsform erfasst werden, bei der die Ausgangsdaten einer in der Slaveeinrichtung laufenden Anwendung zugeführt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Um sicherzustellen, dass bei einem ordnungsgemäßen Betrieb aller Steuereinrichtungen nicht die Ausgangsdaten aller Steuereinrichtungen von Slaveeinrichtung berücksichtigt werden müssen, ist die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet, dass sie unter Ansprechen auf Statussignale, die den ordnungsgemäßen Betrieb aller Steuereinrichtungen signalisieren, nur die Ausgangsdaten einer vorbestimmten Steuereinrichtung weiterleitet.
Da alle Steuereinrichtungen, die zum Steuern der
Slaveeinrichtung vorgesehen sind, Status- und Ausgangsdaten zur Slaveeinrichtung übertragen, kann bei Ausfall einer der Steuereinrichtungen ein nahtloses und korrektes Weiterarbeiten der Slaveeinrichtung dadurch gewährleistet werden, dass die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet ist, dass unter Ansprechen auf Statussignale, die den Ausfall einer Steuereinrichtung signalisieren, nur die von einer ordnungsgemäß arbeitenden Steuereinrichtung kommenden Ausgangsdaten von der Slaveeinrichtung berücksichtigt werden.
Um zu vermeiden, dass bei Ausfall aller Steuereinrichtungen die Slaveeinrichtung in einen unkontrollierten Funktionsbetrieb übergeht, steuert die Auswerteeinrichtung unter Ansprechen auf Statussignale, die den Ausfall aller Steuereinrichtungen signalisieren, die Slaveeinrichtung in einen definierbaren Betriebszustand. Beispielsweise wird in diesem Fall die Energiezufuhr zur Slaveeinrichtung unterbrochen .
Damit die Steuerprogramme der Steuereinrichtungen im Wesentlichen synchron bezüglich der zu steuernden Slaveeinrichtung laufen, weist die Slaveeinrichtung wenigstens eine adressierbare Eingangsschnittstelle zum Bereitstellen von Eingangsdaten für die Steuereinrichtung auf. Unter Eingangsschnittstelle ist eine Einrichtung zu verstehen, die aus der Sicht der Steuereinrichtung Eingangsdaten für diese Steuereinrichtung bereitstellt. Hierzu weist jede Steuereinrichtung eine Einrichtung zum Empfangen der von der jeweiligen Eingangsschnittstelle bereitgestellten Eingangsdaten auf.
Enthält die Slaveeinrichtung mehrere Eingangsschnittstellen, so sind diesen individuelle Adressen zugeordnet, über die die Steuereinrichtungen die Eingangsdaten abfragen können. Mit anderen Worten dienen die Eingangsschnittstellen dazu, die für die Steuereinrichtungen bestimmten Eingangsdaten auf mehrere Eingangsschnittstellen zu erteilen, so dass die Eingangsdaten vorzugsweise synchron von den
Eingangsschnittstellen unter Steuerung einer Eingangslogik zu den jeweiligen Steuereinrichtungen übertragen werden können. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Slaveeinrichtung im Wesentlichen synchron von den Steuereinrichtungen gesteuert wird. Angemerkt sei an dieser Stelle, dass es sich bei den Eingangsschnittstellen vorzugsweise um logische Schnittstellen handelt, so dass die Anbindung der Slaveeinrichtung an das Kommunikationsnetz über lediglich eine physikalische Schnittstelle erfolgen kann. Alternativ können die
Eingangsschnittstellen als physikalische Schnittstellen ausgebildet sein.
Weiterhin kann jede Steuereinrichtung eine Einrichtung zum gezielten Abfragen einer vorbestimmten
Eingangsschnittstelle der Slaveeinrichtung aufweisen.
Damit sich die Steuereinrichtungen gegenseitig überwachen können, sind die Steuereinrichtungen zum Austauschen von Statusdaten ausgebildet. Ferner weist jede Steuereinrichtung eine Einrichtung zum Erfassen des Ausfalls der anderen Steuereinrichtung unter Auswertung der empfangenen Statusdaten auf.
Damit jede Steuereinrichtung die für sie bestimmten
Eingangsdaten anfordern und die für die Slaveeinrichtung bestimmten Status- und Ausgangsdaten übertragen kann, sind in einem Speicher sowohl die Adressen der Eingangsschnittstellen als auch die Adressen der Ausgangsschnittstellen der Slaveeinrichtung abgelegt.
Vorzugsweise sind die Steuereinrichtungen und die Slaveeinrichtung über ein TCP/IP-basiertes Netz, beispielsweise das Ethernet oder einen Feldbus miteinander verbunden.
In besonders vorteilhafter Weise steuern zwei Steuereinrichtungen die Slaveeinrichtung.
Das oben genannte technische Problem wird ebenfalls durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 12 gelöst.
Danach ist ein Verfahren zum redundanten Ansteuern einer Slaveeinrichtung durch wenigstens zwei Steuereinrichtungen vorgesehen, die über ein Kommunikationsnetz mit der
Slaveeinrichtung verbunden sind. Jede Steuereinrichtung sendet Status- und Ausgangsdaten zu einer separaten Ausgangsschnittstelle der Slaveeinrichtung. Angemerkt sei bereits an dieser Stelle, dass Status- und Ausgangsdaten nicht zusammen in einem Paket oder Rahmen zur
Slaveeinrichtung übertragen werden müssen. Denkbar ist vielmehr, dass zunächst die Statusdaten übertragen werden, und dann in einem separaten Kommunikationszyklus die Ausgangsdaten zur Slaveeinrichtung übertragen werden. Die empfangenen Statusdaten werden dann ausgewertet und unter Ansprechen auf die ausgewerteten Statussignale werden nur die von einer vorbestimmten Steuereinrichtung kommenden Ausgangsdaten zur weiteren Verwendung weitergeleitet, d. h. von der Slaveeinrichtung berücksichtigt.
Die Statusdaten stellen den Betriebszustand der jeweiligen Steuereinrichtung dar, wobei, wenn die Statusdaten den Ausfall einer Steuereinrichtung signalisieren, die Ausgangsdaten der anderen Steuereinrichtung weitergeleitet werden, und wobei, wenn die Statussignale den ordnungsgemäßen Betrieb aller Steuereinrichtungen signalisieren, nur die Ausgangsdaten einer vorbestimmten Steuereinrichtung weitergeleitet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform fordern die
Steuereinrichtungen die Slaveeinrichtung auf, Eingangsdaten an die Steuereinrichtungen zu übertragen. Im einfachsten Fall ist jede Steuereinrichtung über eine Kabelverbindung mit der Slaveeinrichtung verbunden, über die die Eingangsdaten zu den Steuereinrichtungen übertragen werden.
Die Slaveeinrichtung weist vorzugsweise eine Steuerlogik auf, die dafür sorgt, dass Eingangsdaten in den Steuereinrichtungen zur gleichen Zeit zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Steuereinrichtungen die Slaveeinrichtung synchron ansteuern können.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die Steuereinrichtungen untereinander Statusdaten austauschen, wobei jede Steuereinrichtung Statusdaten, die den eigenen Betriebszustand und den Betriebszustand der anderen Steuereinrichtung signalisieren, zu der jeweiligen Ausgangsschnittstelle der Slaveeinrichtung übertragen können. Auf diese Weise kann der Slaveeinrichtung der Ausfall einer Steuereinrichtung auch für den Fall mitgeteilt werden, dass die Verbindung zwischen der fehlerhaften Steuereinrichtung und der Slaveeinrichtung abgebrochen worden ist und somit auch keine Statusdaten mehr von dieser Steuereinrichtung zur Slaveeinrichtung übertragen werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine beispielhafte Steuer- und Datenübertragungsanlage 10, die beispielsweise in der Automatisierungstechnik zum Einsatz kommt. Die Steuer- und Datenübertragungsanlage 10 ist redundant aufgebaut. Das bedeutet im vorliegenden Beispiel, dass eine
Slaveeinrichtung 40, nachfolgend auch als Feldgerät bezeichnet, mit zwei Steuereinrichtungen 20 und 30 vorzugsweise synchron kommuniziert. Die Steuereinrichtungen 20 und 30 sind über ein Kommunikationsnetz mit dem Feldgerät 40 verbunden. Das Kommunikationsnetz, welches symbolisch durch die gestrichelten Verbindungsstrecken 70, 72 und 74 dargestellt ist, kann ein TCP/IP-
Kommunikationsnetz, wie zum Beispiel das Ethernet oder ein Feldbus sein.
Angemerkt sei an dieser Stelle, dass selbstverständlich auch mehr als zwei Steuereinrichtungen Daten mit dem Feldgerät 40 austauschen können. Die Steuer- und Datenübertragungsanlage 10 enthält in der Regel auch mehr als nur ein Feldgerät.
Um eine stoßfreie, das heißt nahtlose Kommunikation zwischen den Steuereinrichtungen 20 und 30 und der dem Feldgerät 40 gewährleisten zu können, weist das Feldgerät 40 zwei Eingangsschnittstellen 51 und 52 auf, die Daten zur Steuereinrichtung 20 beziehungsweise 30 übertragen können. Die Eingangsschnittstellen 51 und 52 dienen dazu, die an physikalischen Eingängen 53 anliegenden Eingangsdaten der Steuereinrichtung 20 bzw. der Steuereinrichtung 30 vorzugsweise synchron zuzuführen. Eine zwischen den physikalischen Eingängen 53 und den Eingangsschnittstellen 51 und 52 angeordnete Eingangslogik 50 sorgt dafür, dass die Eingangsdaten zeitgleich den Steuereinrichtungen 20 und 30 zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass beide
Steuereinrichtungen 20 und 30 die gleichen Steuerprogramme oder Anwendungen bearbeiten können, so dass eine parallele, d. h. redundante Überwachung und Steuerung des Feldgerätes 40 durch die Steuereinrichtungen 20 und 30 stattfindet'. Ferner ist dadurch gewährleistet, dass die Steuerung des Feldgerätes 40 stoßfrei, das heißt nahtlos von der einen Steuereinrichtung auf die andere Steuereinrichtung übergehen kann. Die Eingangsschnittstellen 51 und 52 sind im vorliegenden Beispiel als logische Schnittstellen ausgeführt, die über eine einzige, nicht dargestellte physikalische Schnittstelle, zum Beispiel eine Ethernet- Schnittstelle mit den Steuereinrichtungen 20 bzw. 30 kommunizieren können.
Angemerkt sei an dieser Stelle, dass die logischen
Eingangsschnittstellen 51 und 52 sowie die Eingangslogik nicht zwingend notwendig sind. Zweckmäßig ist, dass die an den physikalischen Eingängen liegenden Eingangsdaten gleichzeitig an die Steuereinrichtungen 20 und 30 übertragen werden oder dass die beiden Steuereinrichtungen gleichzeitig die Eingangsdaten lesen können. Beispielsweise können die Eingangsdaten in einer Speichereinrichtung (nicht dargestellt) abgelegt werden, auf die die beiden Steuereinrichtungen 20 und 30 nacheinander oder zeitgleich zugreifen können. Ein solcher Speicher kann in den Eingangsschnittstellen 51 und 52 implementiert sein, sofern es sich hierbei um physikalische Schnittstellen handelt.
Im vorliegenden Beispiel ist jeder logischen Eingangsschnittstelle eine Adresse zugeordnet.
Beispielsweise ist die Adresse der Eingangsschnittstelle 51 in einem Speicher 21 der Steuereinrichtung 20 hinterlegt, wohingegen die Adresse der Eingangsschnittstelle 52 in einem Speicher 31 der Steuereinrichtung 30 hinterlegt ist. Die Eingangsdaten des Feldgerätes 40 können durch eine bekannte Polling-Prozedur, welche die Steuereinrichtungen 20 und 30 durchführen, abgefragt werden. Alternativ können die Eingangsschnittstellen 51 und 52 beispielsweise durch die Eingangslogik 50 derart getriggert werden, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt oder zyklisch die Eingangsdaten von der Eingangsschnittstelle 51 und der
Eingangsschnittstelle 52 gezielt zu der Steuereinrichtung 20 bzw. zu der Steuereinrichtung 30 gesendet werden.
Weiterhin sind in dem Feldgerät 40 zwei logische
Ausgangsschnittstellen 61 und 62 implementiert, denen jeweils eine Adresse zugeordnet ist. Die logischen Ausgangsschnittstellen 61 und 62 kommunizieren in diesem Fall über eine nicht dargestellte physikalische Schnittstelle mit den Steuereinrichtungen 20 bzw. 30.
Beispielsweise ist die Adresse der Ausgangsschnittstelle 61 als Zieladresse in dem Speicher 21 der Steuereinrichtung 20 hinterlegt, während die Adresse der Ausgangsschnittstelle 62 als Zieladresse in dem Speicher 31 der Steuereinrichtung 30 hinterlegt ist. Auf diese Weise können Ausgangs- und Statusdaten gezielt von der Steuereinrichtung 20 zur Ausgangsschnittstelle 61 und Ausgangs- und Statusdaten von der Steuereinrichtung 30 zur Ausgangsschnittstelle 62 übertragen werden. Eine Ausgangslogik 60, nachfolgend auch Auswerteeinrichtung genannt, ist mit den beiden Ausgangsschnittstellen 61 und 62 verbunden und sorgt dafür, dass die an den Ausgangsschnittstellen empfangenen Ausgangsdaten in einer vorbestimmten Weise an physikalische Ausgänge 63 des Feldgerätes 40 weitergeleitet werden. Angemerkt sei, dass die Ausgangsschnittstellen 61 und 62 alternativ auch als physikalische Schnittstellen ausgebildet sein können, über die die Slaveeinrichtung 40 mit dem Kommunikationsnetz verbunden ist.
Die Steuereinrichtungen 20 und 30 können auch untereinander Statusdaten austauschen, um den Ablauf von Steuerprogrammen zu synchronisieren und/oder den jeweiligen Betriebszustand der anderen Steuereinrichtung mitzuteilen.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der in der Figur gezeigten Steuer- und Datenübertragungsanlage näher erläutert.
Zunächst sei erwähnt, dass der Begriff Eingangsschnittstelle verwendet wird, um anzudeuten, dass die von dem Feldgerät 40 zu den Steuereinrichtungen 20 und
30 gesendeten Daten Eingangsdaten für die
Steuereinrichtungen darstellen. Der Begriff
Ausgangsschnittstelle wurde verwendet, um anzudeuten, dass die in den Ausgangsschnittstellen des Feldgerätes 40 ankommenden Ausgangs- und/oder Statusdaten Ausgangsdaten der Steuereinrichtungen sind.
Nunmehr sei angenommen, dass an den physikalischen Eingängen 53 des Feldgerätes 40 Eingangsdaten für die
Steuereinrichtungen 20 und 30 zur Verfügung stehen. Bei den Eingangsdaten kann es sich um Geräte bezogene Statusdaten, Temperaturdaten eines Temperatursensors, der an einen der physikalischen Eingänge 53 angeschlossen ist, oder dergleichen handeln. Die an den physikalischen Eingängen 53 anliegenden Eingangsdaten werden unter Steuerung der Eingangslogik; 50 von den Eingangsschnittstellen 51 und 52 zur Steuereinrichtung 20 beziehungsweise zur die Steuereinrichtung 30 übertragen, und zwar vorzugsweise zur gleichen Zeit. Die empfangenen Eingangsdaten werden dann entsprechenden Steuerprogrammen und/oder Anwendungsprogrammen, die in den Steuereinrichtungen laufen, zugeführt, so dass die Steuereinrichtungen 20 und 30 das Feldgerät 40 synchron ansteuern können. Alternativ können die Eingangsdaten auch von den Steuereinrichtungen 20 und 30 vom Feldgerät 40 abgefragt werden. Hierzu sendet jede Steuereinrichtung ein Anforderungspaket, welches die jeweilige Zieladresse der jeweiligen Eingangsschnittstelle enthält. Beispielsweise sendet die Steuereinrichtung 20 ein Eingangsdaten-Anforderungspaket zur Eingangsschnittstelle 51, wobei das Eingangsdaten-Anforderungspaket sowohl die Adresse der Steuereinrichtung 20 als auch die Zieladresse der Eingangsschnittstelle 51 enthält. In ähnlicher Weise kann die Steuereinrichtung 30 ein Eingangsdaten- Anforderungspaket, welches sowohl die Adresse der Steuereinrichtung 30 als auch die Zieladresse der Eingangsschnittstelle 52 enthält, zur Eingangsschnittstelle 52 des Feldgerätes 40 übertragen. Beispielsweise kann die Eingangslogik 50 die in den Paketen enthaltene Eingangsdaten-Anforderungbefehle auslesen und die
Eingangsschnittstellen 51 und 52 derart ansteuern, dass die Eingangsdaten über die Eingangsschnittstelle 51 zur Steuereinrichtung 20 und über die Eingangsschnittstelle 52 zur Steuereinrichtung 30 übertragen werden.
Weiter sei angenommen, dass gemäß einem Ausführungsbeispiel die Steuereinrichtungen 20 und 30 regelmäßig oder zu beliebigen Zeitpunkten Datenpakete, welche Statusdaten enthalten, zum Feldgerät 40 übertragen. Im vorliegenden Beispiel überträgt die Steuereinrichtung 20 Statusdaten enthaltende Pakete zur Ausgangsschnittstelle 61 und die Steuereinrichtung 30 Statusdaten enthaltende Pakete zur Ausgangsschnittstelle 62. Hierzu schreibt die Steuereinrichtung 20 die Zieladresse der Ausgangsschnittstelle 61 in das zu übertragende Paket, während die Steuereinrichtung 30 die Zieladresse der Ausgangsschnittstelle 62 in das zu übertragende Paket schreibt. Die in den Paketen enthaltenen Statusdaten signalisieren dem Feldgerät 40, ob die Steuereinrichtungen fehlerfrei oder fehlerhaft arbeiten. Die Auswertung der
Datenpakete erfolgt beispielsweise in der Ausgangslogik 60. Stellt die Ausgangslogik 60 fest, dass die von den Steuereinrichtungen 20 und 30 in den Paketen übertragenen Statusdaten einen fehlerfreien Betrieb beider Steuereinrichtungen signalisieren, so sorgt die
Ausgangslogik 60 dafür, dass beispielsweise nur die von der Steuereinrichtung 20 zur Ausgangsschnittstelle 61 übertragenen Ausgangsdaten an die physikalischen Ausgänge 63 des Feldgerätes 40 zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet werden. Die physikalischen Ausgänge 63 bilden beispielsweise Schnittstellen zu einem Mikroprozessor, zu einem Stellglied oder anderen Aktoren.
Stellt hingegen die Ausgangslogik 60 des Feldgerätes 40 fest, dass die in einem Datenpaket der Steuereinrichtung 30 enthaltenen Statusdaten einen fehlerhaften Betrieb der Steuereinrichtung 30 signalisieren, so sorgt die Ausgangslogik 60 dafür, dass nur noch die in den Datenpaketen der Steuereinrichtung 20 enthaltenen Ausgangsdaten zu den physikalischen Ausgängen 63 weitergeleitet werden. Auf diese Weise ist es möglich, stoßfrei, das heißt nahtlos die physikalischen Ausgänge des Feldgerätes 40 weiter zu betreiben, auch wenn eine der Steuereinrichtungen ausfällt. Für den Fall, dass die von beiden Steuereinrichtungen 20 und 30 übertragenen Statussignale einen fehlerhaften Betrieb signalisieren, kann die Ausgangslogik 60 das Feldgerät 40 in einen definierten Betriebszustand fahren. Beispielsweise kann die Ausgangslogik 60 dafür sorgen, dass die Energieversorgung des Feldgerätes 40 unterbrochen wird, oder die physikalischen Ausgänge auf einen definierten Wert gelegt werden.
Angemerkt sei, dass beide Steuereinrichtungen 20 und 30 in der Regel gleiche Steuerungsprogramme abarbeiten. Dies muss aber nicht synchron erfolgen.
Wie bereits oben erwähnt, können beide Steuereinrichtungen 20 und 30 derart ausgebildet sein, dass die eine
Steuereinrichtung den Ausfall der anderen Steuereinrichtung bemerken kann. Zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung 20 eine Erfassungseinrichtung 22 zum Erfassen des Ausfalls der Steuereinrichtung 30 und die Steuereinrichtung 30 eine Erfassungseinrichtung 32 zum Erfassen des Ausfalls der Steuereinrichtung 20 aufweisen. In diesem Fall ist es möglich, dass die fehlerfrei arbeitende Steuereinrichtung, beispielsweise die Steuereinrichtung 20, Statusdaten zu der Ausgangsschnittstelle 61 überträgt, welche der Ausgangslogik 60 signalisieren, dass die Steuereinrichtung 30 fehlerhaft arbeitet. In diesem Fall sorgt die Ausgangslogik 60 wiederum dafür, dass nur die von der Steuereinrichtung 20 an der Ausgangsschnittstelle 61 ankommenden Ausgangsdaten an die physikalischen Ausgänge 63 weitergeleitet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Steuer- und Datenübertragungsanlage (10) zum redundanten Ansteuern einer Slaveeinrichtung, mit wenigstens zwei Steuereinrichtungen (20, 30) und wenigstens einer Slaveeinrichtung (40), welche über ein Kommunikationsnetzwerk (70) miteinander verbunden sind, wobei die Slaveeinrichtung (40) mehrere adressierbare Ausgangsschnittstellen (61, 62) zum Empfang von Ausgangs- und Statusdaten aufweist, wobei jede Steuereinrichtung (20, 30) eine Einrichtung zum Erzeugen und Übertragen von Status- und Ausgangsdaten zu einer separaten Ausgangsschnittstelle (61, 62) der Slaveeinrichtung (40) aufweist; und wobei die Slaveeinrichtung (40) eine Auswerteeinrichtung (60) aufweist, die unter Ansprechen auf die von den Steuereinrichtungen empfangenen Statussignale die Weiterleitung von empfangenen Ausgangsdaten zur weiteren Verwendung steuert .
2. Steuer- und Datenübertragungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (60) unter Ansprechen auf
Statussignale, die den ordnungsgemäßen Betrieb aller Steuereinrichtungen (20, 30) signalisieren, nur die Ausgangsdaten einer vorbestimmten Steuereinrichtung weiterleitet .
3. Steuer- und Datenübertragungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (60) unter Ansprechen auf Statussignale, die den Ausfall einer Steuereinrichtung (20, 30) signalisieren, die von einer ordnungsgemäß arbeitenden Steuereinrichtung kommenden Ausgangsdaten weiterleitet .
4. Steuer- und Datenübertragungsanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (60) unter Ansprechen auf Statussignale, die den Ausfall aller Steuereinrichtung signalisieren, die Slaveeinrichtung (40) in einen definierbaren Betriebszustand steuert.
5. Steuer- und Datenübertragungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Slaveeinrichtung (40) wenigstens eine adressierbare Eingangsschnittstelle (51, 52) zum Bereitstellen von Eingangsdaten für die Steuereinrichtungen (20, 30) aufweist, und wobei die Steuereinrichtungen (20, 30) jeweils eine Einrichtung zum Empfangen der von der
Eingangsschnittstelle bereitgestellten Eingangsdaten aufweisen.
6. Steuer- und Datenübertragungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Slaveeinrichtung (40) mehrere individuell adressierbare Eingangsschnittstellen (51, 52) aufweist, die jeweils einer der Steuereinrichtungen Eingangsdaten zur Verfügung stellen.
7. Steuer- und Datenübertragungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Steuereinrichtung (20, 30) eine Einrichtung (22, 32) zum Erfassen des Ausfalls der anderen Steuereinrichtung und/oder eine Einrichtung zum Abfragen einer vorbestimmten Eingangsschnittstelle (51, 52) der Slaveeinrichtung (40) aufweist.
8. Steuer- und Datenübertragungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Steuereinrichtung (20, 30) einen Speicher (21, 31) aufweist, in dem die Adresse der wenigstens einen Eingangsschnittstelle und der Ausgangsschnittstellen abgelegt sind.
9. Steuer- und Datenübertragungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsnetz (70, 72, 74) ein TCP/IP- basiertes Netz oder ein Feldbus und die Slaveeinrichtung (40 ein Feldgerät ist.
10. Steuer- und Datenübertragungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Steuereinrichtungen (20, 30) die Slaveeinrichtung (40) steuern.
11. Steuer- und Datenübertragungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschnittstellen (51, 52) und/oder die Ausgangsschnittstellen (61, 62) als logische Schnittstellen ausgebildet sind.
12. Verfahren zum redundanten Ansteuern einer
Slaveeinrichtung (40) durch wenigstens zwei Steuereinrichtungen (20, 30) , die über ein Kommunikationsnetz (70, 72) mit der Slaveeinrichtung (40) verbunden sind, nach dem jede Steuereinrichtung (20, 30) Status- und Ausgangsdaten zu einer separaten Ausgangsschnittstelle (61, 62) der Slaveeinrichtung (40) überträgt; die empfangenen Statusdaten ausgewertet werden, und unter Ansprechen auf die ausgewerteten Statussignale nur die von einer vorbestimmten Steuereinrichtung kommenden Ausgangsdaten zur weiteren Verwendung weitergeleitet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Statusdaten den Betriebszustand der jeweiligen Steuereinrichtung darstellen, und dass, wenn die Statusdaten den Ausfall einer Steuereinrichtung signalisiert, die Ausgangsdaten der anderen Steuereinrichtung weitergeleitet werden, und dass, wenn die Statussignale den ordnungsgemäßen Betrieb aller Steuereinrichtungen signalisieren, nur die Ausgangsdaten einer vorbestimmten Steuereinrichtung weitergeleitet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen (20, 30) die Slaveeinrichtung (40) auffordern, Eingangsdaten an die Steuereinrichtungen zu übertragen.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsdaten zur gleichen Zeit zu den Steuereinrichtungen übertragen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen untereinander Statusdaten austauschen und dass jede Steuereinrichtung Statusdaten, die den Betriebszustand der Steuereinrichtungen signalisieren, zu der ihr zugeordneten Ausgangsschnittstelle der Slaveeinrichtung übertragen kann.
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