LU503108B1 - Koppler zur Verbindung eines Masters mit einem Slave eines Kommunikationsnetzwerks und Verfahren zum Betreiben des Kopplers - Google Patents

Abstract

Bereitgestellt wird ein Koppler zur Verbindung eines Masters mit einem Slave eines Kommunikationsnetzwerks, wobei der Koppler ausgestaltet ist, um Gerätedaten gemäß einem vorbestimmten Kommunikationsstandard von dem Master zu empfangen und an den Slave gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard auszugeben. Der Koppler ist ausgestaltet, um einen vorbestimmten Steuerbefehl in den Gerätedaten zu erkennen, und eine in dem Koppler hinterlegte Funktion gemäß dem erkannten Steuerbefehl aufzurufen.

Description

Tautz & Schuhmacher IP TUR1103P11LU 24. November 2022 1 LU503108

KOPPLER ZUR VERBINDUNG EINES MASTERS MIT EINEM SLAVE EINES

KOMMUNIKATIONSNETZWERKS, UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN DES

KOPPLERS

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Koppler zur Verbindung eines Masters mit einem Slave eines Kommunikationsnetzwerks, ein Kommunikationsnetzwerk mit dem

Koppler und/oder ein Verfahren zum Betreiben des Kopplers. Zusätzlich oder alternativ wird ein Computerprogramm bereitgestellt, das Befehle umfasst, die den

Koppler bei der Ausführung des Programms veranlassen, das Verfahren zumindest teilweise auszuführen. Zusätzlich oder alternativ wird ein computerlesbares Medium bereitgestellt, das Befehle umfasst, die den Koppler bei der Ausführung der Befehle veranlassen, das Verfahren zumindest teilweise auszuführen.

Die nachfolgende Erörterung des Standes der Technik ist nicht als Eingeständnis zu werten, dass dieser Stand der Technik allgemein bekannt ist oder zum allgemeinen

Fachwissen auf dem der Offenbarung zugrundeliegenden technischen Gebiet gehört.

In der Automatisierungstechnik wird ein unter dem Markennamen IO-Link bekanntes

Kommunikationssystem zur Anbindung intelligenter Sensoren und Aktoren an ein

Automatisierungssystem genutzt, welches in der Norm IEC 61131-9 unter der

Bezeichnung Single-drop digital communication interface for small sensors and actuators (SDCI) normiert ist. Die Standardisierung umfasst dabei sowohl die elektrischen Anschlussdaten als auch ein digitales Kommunikationsprotokoll, über das die Sensoren und Aktoren mit dem Automatisierungssystem in Datenaustausch treten.

Ein IO-Link-System umfasst einen sog. IO-Link-Master und ein oder mehrere IO-Link-

Geräte, also Sensoren oder Aktoren. Der IO-Link-Master fungiert als Gateway, d.h. er stellt die Schnittstelle zur überlagerten Steuerung (SPS) bzw. zum Host (-Prozessor) zur Verfügung und steuert die Kommunikation des Hosts mit den angeschlossenen 10-

Link-Geräten.

Ein IO-Link-Gerät kann ein intelligenter Sensor, Aktor, Hub, oder aber bedingt durch die bidirektionale Kommunikation auch eine Mechatronik-Komponente z. B. ein Greifer

Tautz & Schuhmacher IP TUR1103P11LU 24. November 2022 2 LU503108 oder ein Netzteil mit 10-Link-Anbindung sein. Intelligent heißt im Hinblick auf IO-Link, dass ein Gerät Identifikationsdaten, z. B. eine Typbezeichnung und eine

Seriennummer oder Parameterdaten (z.B. Empfindlichkeiten, Schaltverzôgerungen und/oder Kennlinien), aufweist, die Uber das IO-Link-Protokoll lesbar bzw. schreibbar sind. Das Ändern von Parametern kann damit z. T. im laufenden Betrieb durch die SPS erfolgen. Intelligent heißt aber auch, dass es detaillierte Diagnoseinformationen liefern kann.

Um Daten zwischen einem IO-Link-Gerät und einer SPS bzw. dem Host auszutauschen, werden die 10-Link-Daten vom IO-Link-Master auf den verwendeten

Feldbus abgebildet. Dies wird als 10-Link Mapping auf den Feldbus bezeichnet. Ist der

IO-Link-Master Uber einen proprietären Rückwandbus (engl. backplane bus) direkt mit einer SPS verbunden, werden die IO-Link-Daten auf diesen Bus gemappt und an die

SPS oder von der SPS an den IO-Link-Master und weiter an das IO-Link-Gerät übertragen. Es existieren bereits Spezifikationen für das 10-Link Mapping für

PROFIBUS, PROFINET, INTERBUS, AS-i, EtherCAT und PowerLink.

Beim zyklischen Datenaustausch werden Prozessdaten vom und/oder zum 10-Link-

Gerät über den Feldbus oder Rückwandbus übertragen. Die Parameterdaten müssen von der SPS explizit angefordert bzw. als solche gekennzeichnet gesendet werden.

Dazu ist in der 10-Link-Spezifikation die ISDU (indexed service data unit) definiert.

Uber Indizes und Subindizes können in einem 10-Link-Gerat Parameterwerte und

Zustände abgefragt werden. Die Anfragen (Read-Write-Services) werden im IO-Link-

Master in eine IO-Link-spezifische ISDU kodiert und über die IO-Link-Schnittstelle an das |O-Link-Gerät übertragen. Die iSDU gibt an, ob es sich um eine Lese- oder

Schreibanfrage handelt. Über die Indizes werden die Parameter angegeben, deren

Werte gelesen oder geschrieben werden sollen.

Der 10-Link Standard beruht dabei auf einer Punkt-zu-Punkt Bustopologie, sodass herkômmiich keine Möglichkeit besteht, auf einen zwischen einen IO-Link Master und ein IO-Link Gerät geschalteten Koppler zuzugreifen, welcher Informationen bzw.

Datenpakete zwischen diesen beiden IO-Link Komponenten durchschleift. Mit anderen

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Worten, der Koppler ist zunächst transparent und kann mit herkömmlichen Mitteln nicht angesteuert werden.

Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, ein Verfahren und/oder eine Vorrichtung anzugeben, welche jeweils geeignet sind, den Stand der Technik zu bereichern.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die nebengeordneten Ansprüche und Unteransprüche haben optionale Weiterbildungen der Offenbarung zum Inhalt.

Danach wird die Aufgabe durch einen offenbarungsgemäßen Koppler zur Verbindung eines Masters mit einem Slave eines Kommunikationsnetzwerks gelöst. Der Koppler ist ausgestaltet, um Gerätedaten gemäß einem vorbestimmten

Kommunikationsstandard von dem Master zu Empfangen und an den Slave gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard auszugeben. Der Koppler ist ausgestaltet, um einen vorbestimmten Steuerbefehl in den Gerätedaten zu erkennen.

Der Koppler ist ausgestaltet, um eine in dem Koppler hinterlegte Funktion gemäß dem erkannten Steuerbefehl aufzurufen.

Unter einem Koppler kann ein elektronisches Bauelement zur galvanischen Trennung und optional zum Isolationsschutz von Signalen verstanden werden. Die

Signaltrennung kann optisch über Optokoppler erfolgen, sie kann aber auch, zusätzlich oder alternativ, transformatorisch, kapazitiv oder magnetisch mit einem

Magnetkoppler erfolgen. Die Signale können zur Übertragung der Daten dienen. Mit anderen Worten, der Koppler kann zum bidirektionalen Durchschleifen von Daten bzw.

Signalen dienen.

Bei dem Slave kann es sich um ein Feldgerät, wie z.B. einen Aktor und/oder einen

Sensor, handeln. Unter einem Feldgerät, kurz FG, engl. Field Device (FD), kann eine technische Einrichtung im Bereich der Automatisierungstechnik verstanden werden, die mit einem Produktionsprozess in direkter Beziehung steht. „Feld“ bezeichnet in der

Automatisierungstechnik den Bereich außerhalb von Schaltschränken bzw.

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Leitwarten. Feldgeräte kônnen somit sowohl Aktoren (Stellglieder, Ventile etc.) als auch Sensoren (Messumformer) in der Fabrik- und Prozessautomation sein. Das

Feldgerat kann mit einem Steuerungs- und Leitsystem, meist über einen Feldbus, oder zunehmend auch über Echtzeit-Ethernet verbunden sein. Im Steuerungs- und

Leitsystem werden die vom Feldgerät empfangenen Daten ausgewertet und können zur Regelung und/oder Steuerung des Produktionsprozesses sowie, zusätzlich oder alternativ, zur weiteren Verarbeitung dienen. Im Rahmen der weiteren Verarbeitung kann z.B. eine Visualisierung und Anzeige eines Zustands des Produktionsprozesses (z.B. Ventil geöffnet/geschlossen, Druck, Durchfluss, Temperatur usw.) erfolgen.

Bei dem Master kann es sich um eine Steuervorrichtung handeln, welche ausgestaltet ist, um vom Slave über den Koppler empfangene Daten zu verarbeiten und/oder über den Koppler Daten zum Steuern eines Betriebs des Slaves an den Slave auszugeben sowie Daten zum Steuern eines Betriebs des Kopplers an den Koppler auszugeben.

Bei diesen Daten kann es sich um die Gerätedaten handeln, welche von später beschriebenen Prozessdaten zu unterscheiden sind. Die Gerätedaten können zum

Parametrisieren des Kopplers und des Slaves dienen. Bei dem Master kann es sich, zusätzlich oder alternativ, um ein Gateway handeln, das ausgestaltet ist, um Daten von einem Steuerungs- und Leitsystem in einem weiteren Kommunikationsstandard (z.B. Ethernet) zu erhalten und diese Daten in dem vorbestimmten

Kommunikationsstandard (z.B. 10-Link) an den Koppler und den Slave auszugeben sowie optional umgekehrt Daten in dem vorbestimmten Kommunikationsstandard von dem Koppler und dem Slave zu empfangen und in dem weiteren

Kommunikationsstandard an das Steuerungs- und Leitsystem auszugeben.

Bei dem vorbestimmten Kommunikationsstandard kann es sich um IO-Link handeln.

Der Slave und der Koppler können als IO-Link Geräte ausgeführt sein. Bei dem Slave kann es sich daher um einen Sensor, Aktor, Hub, und/oder eine Mechatronik-

Komponente, z. B. einen Greifer und/oder ein Netzteil mit IO-Link-Anbindung, handeln.

Der Master kann als IO-Link Master ausgeführt sein. Wie eingangs beschrieben ist 10-

Link eine standardisierte 10-Technologie (IEC 61131-9) um mit 10-Link Geräten, wie

Sensoren und auch Aktoren, zu kommunizieren. IO-Link beruht auf einer Punkt-zu-

Punkt Kommunikation und basiert dabei auf einem 3-Leiter 10-Link Gerät Anschluss

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LU503108 ohne weitere zusätzliche Anforderungen an das Kabelmaterial. 10-Link ist somit kein

Feldbus und damit feldpusunabhängig. Fur weitere Details zu IO-Link wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen. 5 Der oben beschriebene Koppler bietet dabei eine Reihe von Vorteilen. Einer dieser

Vorteile ist die Möglichkeit, spezielle Funktionen (wie eine Umschaltung von zu definierenden bzw. definierten Betriebsmodi mindestens eines IO-Link Gerätes, hier des Kopplers) mittels einer 10-Link Kommunikation bereitzustellen, die nicht durch den

IO-Link-Standard abgebildet werden können. Zudem bietet der Koppler den Vorteil, dass dieser in einen (passwort-) geschützten Modus geschaltet werden kann. Denkbar ist, dass der vorbestimmte Steuerbefehl nicht in einer öffentlichen IODD (für Details zur IODD s. oben) hinterlegt ist, sodass der Steuerbefehl, der in den Gerätedaten z.B. als String hinterlegt sein kann, als Passwort genutzt werden kann, um in den geschützten (Betriebs-) Modus zu gelangen.

Nachfolgend werden mögliche bzw. optionale Weiterbildungen der oben beschriebenen Vorrichtung im Detail erläutert.

Die Gerätedaten können gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard getriggert durch den Master azyklisch kommuniziert werden.

Genauer gesagt werden gemäß dem IO-Link Protokoll des IO-Link (Kommunikations-)

Standards drei verschiedene Typen bzw. Arten von Daten ausgetauscht bzw. übertragen, nämlich Prozessdaten, Geräteparameter und sog. Events (umfassend die drei Kategorien Fehler, Warnungen und Notifikationen). Prozessdaten werden zyklisch übertragen. Geräteparameter bzw. allgemeine Gerätedaten und Events werden azyklisch übertagen. Das IO-Link-Gerät bzw. der Slave sendet dabei nur bzw. ausschließlich dann Daten, wenn es vom IO-Link-Master dazu aufgefordert wird. Das

Senden von Prozessdaten erfolgt zyklisch mit jedem Frame. Geräteparameterdaten werden vom Master explizit angefordert, d.h. eine Übertragung von Gerätedaten erfolgt getriggert durch den Master.

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Der Koppler kann ausgestaltet sein, um die aufgerufene Funktion auszuführen, sodass der Koppler bedingt durch die Funktion von einem aktuellen in einen weiteren

Betriebsmodus, und optional, wenn eine vorbestimmte Bedingung eintritt, wieder zurück wechselt.

Es ist folglich nicht nötig, zusätzlich eine Einstellung bzw. Bedienung an dem Koppler vorzunehmen, um den Koppler zu steuern. Vielmehr kann der Koppler mittels des übermittelten Steuerbefehls direkt unter Nutzung des zugrundeliegenden

Kommunikationsstandards und damit im Feld gesteuert werden.

Bei dem aktuellen und/oder dem weiteren Betriebsmodus kann es sich um einen

Ubertragungsmodus, in welchem der Koppler dazu ausgestaltet ist, um gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard von dem Master empfangenen Daten an den

Slave gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard auszugeben, einen

Konfigurationsmodus, in dem der Koppler dazu ausgestaltet ist, UM parametrisiert zu werden, und/oder einen geschützten Betriebsmodus handeln, in dem der Koppler (2) dazu ausgestaltet ist, UM in einem über den Konfigurationsmodus hinausgehenden

Maße parametrisiert zu werden.

Beispielsweise ist denkbar, dass der aktuelle Betriebsmodus (d.h. der Betriebsmodus, in dem sich der Koppler zum Zeitpunkt des Empfangs des Steuerbefehls befindet) der

Ubertragungsmodus ist, und der Koppler bedingt durch die Funktion in den

Konfigurationsmodus wechselt.

In dem Ubertragungsmodus kann die (optional bidirektionale) Datenübertragung von

Master zu Slave über den Koppler stattfinden. In dem Konfigurationsmodus kann die

Datenübertragung zwischen Master und dem Slave gestoppt werden, solange bis die

Parametrisierung des Kopplers abgeschlossen ist. AnschlieBend ist denkbar, dass der

Koppler automatisch zurück in den Ubertragungsmodus wechselt oder wiederum ein (weiterer) vorbestimmter Steuerbefehl an den Koppler ausgegeben wird, sodass der

Koppler (zurück) in den Ubertragungsmodus wechselt.

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Beispielsweise ist zusätzlich oder alternativ denkbar, dass der aktuelle Betriebsmodus der Ubertragungsmodus ist, und der Koppler bedingt durch die Funktion in den geschützten Betriebsmodus wechselt. In dem geschützten Betriebsmodus können dann z.B. Gerâteeinstellungen und/oder -Eigenschaften des Kopplers ausgelesen und/oder verändert werden, die nur bzw. ausschließlich in dem geschützten

Betriebsmodus veränderbar sind. Anschließend ist denkbar, dass der Koppler automatisch zurück in den Übertragungsmodus wechselt oder wiederum ein (weiterer) vorbestimmter Steuerbefehl an den Koppler ausgegeben wird, sodass der Koppler (zurück) in den Übertragungsmodus wechselt.

Beispielsweise ist zusätzlich oder alternativ denkbar, dass der aktuelle Betriebsmodus der Übertragungsmodus ist, und der Koppler bedingt durch eine durch einen ersten

Steuerbefehl aufgerufene Funktion in den Konfigurationsmodus wechselt. Sobald sich der Koppler in dem Konfigurationsmodus befindet, ist denkbar, dass der Koppler bedingt durch eine durch einen zweiten Steuerbefehl aufgerufene Funktion in den geschützten Betriebsmodus wechselt. Dies kann als zweistufiges Verfahren bezeichnet werden, wobei der zweite Steuerbefehl als Passwort wirkt, um von dem

Konfigurationsmodus in den geschützten Betriebsmodus zu wechseln.

Die Gerätedaten können eine Servicedateneinheit gemäß einem vorbestimmten

Kommunikationsprotokoll, optional dem 10-Link Protokoll, des vorbestimmten

Kommunikationsstandards umfassen, die einen Bereich aufweist, in dem gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsprotokoll mehrere Standardparameter hinterlegbar sind. Der Steuerbefehl kann in diesem Bereich hinterlegt sein.

Genauer gesagt werden gemäß dem IO-Link Protokoll des IO-Link (Kommunikations-)

Standards Parameterdaten von dem IO-Link Master explizit angefordert bzw. als solche gekennzeichnet gesendet. Dazu ist in der IO-Link-Spezifikation eine

Servicedateneinheit, die sog. iSDU (engl. für indexed service data unit) definiert. Über

Indizes und Subindizes können in dem IO-Link Gerät Parameterwerte und Zustände abgefragt werden und Parameter hinterlegt werden. Die Anfragen (Read-Write-

Services) werden im IO-Link-Master in eine IO-Link-spezifische ISDU kodiert und über die IO-Link-Schnittstelle an das 10-Link Gerät übertragen. Die iSDU gibt an, ob es sich

Tautz & Schuhmacher IP TUR1103P11LU 24. November 2022 8 LU503108 um eine Lese- oder Schreibanforderung handelt. Über die Indizes werden die

Parameter angegeben, deren Werte gelesen oder geschrieben werden sollen.

Vorgeschlagen wird nun optional diese ISDU zu nutzen, um den Steuerbefehl von dem

Master an den Koppler zu Ubertagen.

Über 10-Link können bis zu 65536 Indizes mit einer Größe von bis zu 232 Bytes angesprochen werden. Die IO-Link-Spezifikation enthält bereits vordefinierte Indizes (vordefinierte Parameter). Uber diese Indizes können die 10-Link-Gerate eindeutig identifiziert werden. Der Großteil der definierten Indizes ist jedoch optional, d.h. sie können verwendet werden, sind aber nicht erforderlich. Vorteil der Nutzung der bereits definierten und zwingend implementierten Indizes zur Übertragung des Steuerbefehls ist, dass diese in jedem IO-Link Gerät (ab einer bestimmten Version) vorhanden sind.

In dem Bereich der Servicedateneinheit, in dem gemäß dem vorbestimmten

Kommunikationsprotokoll mehrere Standardparameter hinterlegbar sind, können gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsprotokoll ein erster Subbereich für einen

Application Specific Tag, ein zweiter Subbereich für einen Location Tag und/oder ein dritter Subbereich für einen Function Tag vorgesehen sein. Der Steuerbefehl kann in zumindest einem dieser Subbereiche hinterlegt sein.

Dies bietet den Vorteil, dass diese Subbereiche eine ausreichende Größe aufweisen, um einen Steuerbefehl zu übertragen.

Der Koppler kann ausgestaltet sein, um in Reaktion auf den erkannten Steuerbefehl eine Information an den Master auszugeben.

Denkbar ist, dass dazu die oben genannten Events, insbesondere die Sub-Kategorie

Notifikation, gemäß dem IO-Link Protokoll genutzt werden.

Der Koppler kann ausgestaltet sein, um Prozessdaten gemäß dem vorbestimmten

Kommunikationsstandard von dem Master zu empfangen und an den Slave gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard auszugeben. Die Prozessdaten kônnen gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard zyklisch kommuniziert werden.

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Der Koppler kann ausgestaltet sein, um weitere Prozessdaten und/oder weitere

Gerätedaten gemäß einem vorbestimmten Kommunikationsstandard von dem Slave zu empfangen und an den Master gemäß dem vorbestimmten

Kommunikationsstandard auszugeben. Die weiteren Prozessdaten können gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard optional zyklisch kommuniziert werden.

Die weiteren Gerätedaten können gemäß dem vorbestimmten

Kommunikationsstandard getriggert durch den Master, optional mittels einer weiteren

Servicedateneinheit und/oder azyklisch, kommuniziert werden.

Der Koppler kann einen induktiven Koppler aufweisen oder als solcher ausgeführt sein.

Unter einem induktiven Koppler kann ein Transformator verstanden werden, bei dem der Transformatorkern teilbar, das heißt beide Teile voneinander trennbar, sind. Dabei sitzt die Primärwicklung auf einem und die Sekundärwicklung auf dem anderen Teil des Kerns. Der induktive Koppler erlaubt neben der Übertragung von Daten eine

Übertragung von elektrischer Energie von dem Master zu dem Slave.

Das oben Beschriebene lässt sich mit anderen Worten und auf eine konkrete

Ausgestaltung bezogen wie nachfolgend beschrieben zusammenfassen, wobei diese nachfolgende Beschreibung lediglich beispielhaft und damit für die Offenbarung als nicht einschränkend beschrieben wird:

Es können IO-Link Standardparameter (zwingend vorhandene Parameter nach IO-

Link Spezifikation im iSDU Bereich) zur Steuerung exklusiver Gerätefunktionen genutzt werden. Das bedeutet, dass Befehle an die Adresse eines ausgewählten

Standardparameters gesendet werden können. Die Befehle können dabei nicht zur

Änderung des Inhaltes des Parameters, sondern zum Auslösen einer Aktion bzw.

Funktion genutzt werden. Die genutzten Befehlssätze können dazu im Voraus definiert werden. Denkbar ist, dass diese nach außen nicht ersichtlich sind. Dabei ist die

Wahrscheinlichkeit sehr gering, dass an dieser Stelle ein Fehlzugriff erfolgen kann, da die Befehle derart gewählt werden können, dass diese nicht mit Standardbefehlen oder -inhalten kollidieren. Es wird auch möglich, dass mit der beschriebenen Lösung ein

Passwort-Zugriff realisiert werden kann. Neben dem Auslösen einer Aktion kann

Tautz & Schuhmacher IP TUR1103P11LU 24. November 2022 10 LU503108 weiterhin die Möglichkeit bestehen, Reaktionen (Antworten auf den Befehl) zurückgeben zu lassen. Ein Lesen kann dabei im zeitlich folgenden iSDU Frame oder innerhalb einer gegebenen Zeitspanne, optional kleiner 10s nach dem Erhalt des

Befehls, erfolgen. Diese Funktion kann vor allem in der Entwicklung und bei Tests vorteilhaft sein, da diese eine erweiterte Fehlerdiagnose durch den Hersteller erlaubt.

Konkret kann hier eine Art Kommandozeilen-Interface implementiert werden, welches es erlaubt, einen Befehl in oben beschriebener Weise zu senden und die

Antwort/Reaktion auf den gesendeten Befehl auszulesen. Von Vorteil kann die

Nutzung von Parametern des iSDU Bereiches sein, die eine entsprechende Größe besitzen und in allen Geräten ab einer bestimmten Version verfügbar sind. Besonders geeignet dafür kann die Nutzung der Parameter des sog. Application Specific Tags, des Location Tags oder des Function Tags sein. Die Befehle können dazu genutzt werden, die Betriebsmodi von Infrastrukturkomponenten zu wechseln. Solche

Infrastrukturkomponenten, wie induktive Koppler, bieten neben der Übertragung einer

Versorgungsleistung von angeschlossenen Geräten auch eine 10-Link Kommunikation (Durchschleifen zwischen Master — Koppler — Device) mit dem angeschlossenen

Gerät. Neben diesem Übertragungsmodus kann es einen weiteren Betriebsmodus zur

Konfiguration des Kopplers, einen sog. Konfigurationsmodus, selbst geben, da dies aufgrund der aktiven Kommunikation in dem Übertragungsmodus nicht möglich sein kann. Durch die hier vorgeschlagene Lösung ist ein Umschalten dieser beiden Modi durch Senden eines Befehls, beispielsweise auf die Adresse des Application Specific

Tag, möglich. Der Koppler kann dann konfiguriert werden und optional anschließend wieder in den Übertragungsmodus zurückversetzt werden. Als weitere Stufe kann vorgesehen sein, wenn sich der Koppler in dem Konfigurationsmodus befindet, in einen geschützten Betriebsmodus bzw. Administratormodus zu wechseln. Dazu kann ein weiterer Befehl in oben beschriebener Weise an den Koppler gesendet werden, wobei der Befehl ein Passwort umfasst, welches beispielsweise wiederum als String auf die Adresse des Application Specific Tags (oder eines anderen der oben genannten Tags) gesendet wird. Das Passwort kann ein Umschalten des Kopplers aus dem Konfigurationsmodus in den Administratormodus umfassen, wobei in dem

Administratormodus Parameter bzw. Einstellungen des Kopplers veränderbar und/oder auslesbar sein können, auf welche in dem Konfigurationsmodus nicht zugegriffen werden kann.

Tautz & Schuhmacher IP TUR1103P11LU 24. November 2022 11 LU503108

Ferner betrifft de Offenbarung ein Kommunikationsnetzwerk. Das

Kommunikationsnetzwerk weist einen Master, einen Koppler, optional den oben beschriebenen Koppler, und einen über den Koppler zu dem Master verbundenen

Slave auf. Der Koppler ist ausgestaltet, um Gerätedaten gemäß einem vorbestimmten

Kommunikationsstandard von dem Master zu empfangen und an den Slave gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard auszugeben. Der Koppler ist ausgestaltet, um einen vorbestimmten Steuerbefehl in den Gerätedaten zu erkennen und eine in dem Koppler hinterlegte Funktion gemäß dem erkannten Steuerbefehl aufzurufen.

Der Master kann ausgestaltet sein, um die Gerätedaten, optional in der oben beschriebenen Weise, umfassend den vorbestimmten Steuerbefehl zu erzeugen und an den Koppler auszugeben.

Das Kommunikationsnetzwerk kann ein Steuerungs- und Leitsystem aufweisen, welches über den Master und den Koppler zu dem Slave verbunden ist. Denkbar ist, dass das Steuerungs- und Leitsystem mit dem Master gemäß einem weiteren vorbestimmten Kommunikationsstandard (z.B. PROFIBUS, PROFINET, INTERBUS,

AS-i, EtherCAT, Ethernet, oder PowerLink) kommuniziert.

Das oben mit Bezug zum Koppler Beschriebene gilt analog auch für das

Kommunikationsnetzwerk und umgekehrt.

Ferner betrifft die Offenbarung ein Verfahren zum Betreiben eines Kopplers, optional des oben beschriebenen Kopplers, zur Verbindung eines Masters mit einem Slave eines Kommunikationsnetzwerks, wobei das Verfahren das Empfangen von

Gerätedaten von dem Master an den Koppler gemäß einem vorbestimmten

Kommunikationsstandard und ein Ausgeben der empfangenen Gerätedaten von dem

Koppler an den Slave gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard umfasst.

Das Verfahren umfasst ein Erkennen eines vorbestimmten Steuerbefehls in den

Gerätedaten mittels des Kopplers und ein Aufrufen einer in dem Koppler hinterlegten

Funktion gemäß dem erkannten Steuerbefehl mittels des Kopplers.

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Bei dem Verfahren kann es sich um ein computer-implementiertes Verfahren handeln, d.h. einer, mehrere oder alle Schritte des Verfahrens kônnen zumindest teilweise von einem Computer bzw. einer Vorrichtung zur Datenverarbeitung ausgeführt werden.

Das oben mit Bezug zum Koppler und zum Kommunikationsnetzwerk Beschriebene gilt analog auch für das Verfahren und umgekehrt.

Ferner wird ein Computerprogram und/oder computerlesbares Medium bereitgestellt, umfassend Befehle, die bei einer Ausführung des Programms bzw. der Befehle durch einen Koppler, optional des oben beschriebenen Kopplers, zur Verbindung eines

Masters mit einem Slave eines Kommunikationsnetzwerks den Koppler veranlassen, das oben beschriebene Verfahren zumindest teilweise auszuführen.

Beidem Computerprogramm kann es sich um eine Firmware des Kopplers handeln.

Unter Firmware kann eine Software verstanden werden, die in elektronischen Geräten, wie hier dem Koppler, (fest) eingebettet ist und dort grundlegende Funktionen leistet.

Die Firmware kann eine Zwischenstellung zwischen einer Hardware des Kopplers (also den physischen Anteilen des Kopplers) und einer etwaig vorhandenen

Anwendungssoftware (der sog. Funktion) einnehmen. Die Firmware kann in einem

Speicher des Kopplers gespeichert sein. Bei dem Speicher kann es sich um einen

Flash-Speicher, einen EPROM, einen EEPROM oder einen ROM handeln. Ferner kann das Computerprogramm die oben beschriebene Funktion umfassen.

Das computerlesbare Medium kann das oben beschriebene Computerprogramm aufweisen.

Bei dem computerlesbaren Medium kann es sich um ein computerlesbares

Speichermedium, d.h. ein beliebiges digitales Datenspeichergerät, handeln, wie zum

Beispiel einen USB-Stick, eine Festplatte, einen Flash-Speicher, eine CD-ROM, eine

SD-Karte oder eine SSD-Karte.

Tautz & Schuhmacher IP TUR1103P11LU 24. November 2022 13 LU503108

Das Computerprogramm muss bzw. die Befehle müssen nicht zwingend auf einem solchen computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein, um dem Koppler zur

Verfügung gestellt zu werden, sondern kann bzw. können auch Uber das Internet oder anderweitig extern bezogen werden.

Das oben mit Bezug zum Koppler, Kommunikationsnetzwerk und Verfahren

Beschriebene gilt analog auch für das Computerprogramm und/oder das computerlesbare Medium und umgekehrt.

Darüber hinaus sei angemerkt, dass, sofern nicht anders definiert, alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung aufweisen, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, allgemein verstanden werden. Gibt es für einen Begriff mehrere Definitionen, so sind, sofern nicht anders angegeben, die Definitionen in dieser Beschreibung maßgebend.

Wo immer die Ausdrücke "zum Beispiel", "wie", "einschließlich" und dergleichen verwendet werden, soll dies so ausgelegt werden, als würde der Ausdruck "und ohne

Einschränkung" folgen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. In ähnlicher Weise sind "ein Beispiel", "beispielhaft" und dergleichen als nicht einschränkend bzw. als nicht abschließende Aufzählung zu verstehen.

Für Zahlenangaben gilt, dass sie sowohl als abschließend wie als nicht abschließend zu verstehen sind, d.h. beispielsweise ist „ein Slave“ als „zumindest ein Slave und/oder genau ein Slave“ zu verstehen.

Der Begriff "im Wesentlichen" lässt Abweichungen zu, die sich nicht nachteilig auf den beabsichtigten Zweck auswirken. Beschreibende Begriffe sind so zu verstehen, dass sie durch den Begriff "im Wesentlichen" modifiziert werden, auch wenn die Angabe "im

Wesentlichen" nicht ausdrücklich erwähnt wird.

Tautz & Schuhmacher IP TUR1103P11LU 24. November 2022 14 LU503108

Die Begriffe "umfassend" und "einschließlich" und "aufweisend" und "einbeziehend" (und in ähnlicher Weise "umfasst", "schließt ein”, "aufweist" bzw. "mit" und "bezieht ein") und dergleichen werden synonym verwendet und haben die gleiche Bedeutung.

Sofern der Kontext nicht eindeutig bzw. explizit etwas anderes erfordert, sind die

Wörter "umfassen", "umfassend" und dergleichen in der Beschreibung und in den

Ansprüchen folglich in einem einschließenden Sinne und nicht in einem ausschließenden oder erschöpfenden Sinne zu verstehen, d.h. im Sinne von "einschließlich, aber nicht beschränkt auf".

Nachfolgend wird eine Ausführungsform mit Bezug zu Figuren 1 und 2 beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch ein offenbarungsgemäßes Kommunikationsnetzwerk, und

Fig. 2 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des

Kommunikationsnetzwerks.

Das in Figur 1 dargestellte Kommunikationsnetzwerk 10 weist einen Master 1, einen

Koppler 2 und einen über den Koppler 2 und zwei Datenleitungen 4, 5 zu dem Master 1 verbundenen Slave 3 auf. Zwischen dem Master 1 und dem Slave 3 findet über den

Koppler 2 und die beiden Datenleitungen 4, 5 eine bidirektionale (Daten-)

Kommunikation gemäß dem IO-Link Standard statt. Der Koppler 2 ist daher ausgestaltet, um Daten von dem Master 1 gemäß dem IO-Link Standard zu empfangen und gemäß dem IO-Link Standard an den Slave 3 weiterzugeben und um

Daten von dem Slave 3 gemäß dem IO-Link Standard zu empfangen und gemäß dem

IO-Link Standard an den Master 1 weiterzugeben. Insofern als nachfolgend von einem

Datenaustausch oder einer (Daten-) Kommunikation die Rede ist, erfolgt diese IO-Link

Standard konform. Zu dem Master 1 kann ein nicht dargestelltes übergeordnetes

Steuer- und Leitsystem verbunden sein, welches zur Steuerung und Überwachung eines Prozesses dient, in dem der als Feldgerät ausgeführte Slave 3 zum Einsatz kommt.

Tautz & Schuhmacher IP TUR1103P11LU 24. November 2022 15 LU503108

Das Kommunikationsnetzwerk 10 wird in der Ausführungsform gemäß dem offenbarungsgemäfBen Verfahren zum Betreiben des Kommunikationsnetzwerks 10 betrieben, dessen Ablaufdiagramm schematisch in Figur 2 dargestellt ist und das nachfolgend im Detail erläutert wird.

In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens werden Prozessdaten 6 zyklisch über den

Koppler 2 und die Datenleitungen 4, 5 zwischen dem Master 1 und dem Slave 3 ausgetauscht. Während dem ersten Schritt S1 werden wiederholt Gerätedaten 7 in

Form von Servicedateneinheiten gemäß dem IO-Link Protokoll azyklisch getriggert durch den Master 1 über den Koppler 2 und die Datenleitungen 4, 5 zwischen dem

Master 1 und dem Slave 3 ausgetauscht, um den Slave 3 zu parametrisieren.

Bei den Prozessdaten kann es sich aus Sicht des Masters 1 um Eingangsdaten, die vom Slave 3 gemessene Werte (wie z.B. Temperatur, Entfernung, Volumen, Drehzahl,

Durchflussgeschwindigkeit usw.) umfassen, und/oder um Ausgangsdaten handeln, die

Steuerdaten (z.B. Drehzahl, Druck bzw. Druckdifferenz, Leuchte an/aus, Lichtfarbe,

Blinkmuster, Ausgangsspannung, Ausgangsstrom) für den Slave 3 (z.B. zur

Ansteuerung von Aktoren, wie z.B. von Motoren, Ventilen, Signalleuchten, Netzteilen, mittels des Slaves 3) umfassen.

Der Koppler 2 leitet diese für den Slave 3 bzw. den Master 1 bestimmte Gerätedaten 7 grundsätzlich ohne Veränderung weiter, d.h. der Koppler 2 schleift diese

Gerätedaten 7 ebenso wie die Prozessdaten 6 durch. Der Koppler 2 befindet sich demnach in einem Übertragungsmodus. Der Koppler 2 schleift jedoch die

Servicedateneinheit der Gerätedaten 7 nicht durch, wenn diese einen vorbestimmten

Steuerbefehl enthält.

Um dies festzustellen, prüft der Koppler 2 in einem parallel bzw. zeitgleich zu dem ersten Schritt S1 ablaufenden zweiten Schritt S2 des Verfahrens die von dem Master 1 empfangenen Servicedateneinheiten der Gerätedaten 7 daraufhin, ob diese den vorbestimmten Steuerbefehl enthalten.

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Genauer gesagt umfassen die Servicedateneinheiten der Geratedaten 7 einen

Bereich, in dem gemäß dem IO-Link Protokoll mehrere Standardparameter hinterlegbar sind, wobei der Master 1 den vorbestimmten Steuerbefehl in diesem

Bereich hinterlegt. Denkbar ist, dass der Master 1 den vorbestimmten Steuerbefehl als

String in dem fur den sog. Application Specific Tag, den sog. Location Tag und/oder den sog. Function Tag vorgesehenen Subbereich hinterlegt. Der Koppler 2 prüft demnach diese Subbereiche, ob der vorbestimmte Steuerbefehl in einem davon enthalten ist.

Wird der Steuerbefehl von dem Koppler 2 in dem zweiten Schritt S2 erkannt, so gibt der Koppler 2 in Reaktion auf den erkannten Steuerbefehl über die Datenleitung 4 eine

Information 8 an den Master 1 aus und das Verfahren fährt mit einem dritten Schritt

S3 fort. Andernfalls werden weiterhin der erste und der zweite Schritt S1, S2 ausgeführt. Bei der Information kann es sich um eine Bestätigung des Empfangs des

Steuerbefehls und ein Abbrechen der Verbindung bzw. ein Aussetzen des

Durchschleifens der Prozessdaten handeln, sodass die Verbindung zum Master 1 anschließend im Konfigurationsmodus neu aufgebaut werden kann (s. Schritte S3 und

S4).

In dem dritten Schritt S3 des Verfahrens ruft der Koppler 2 in Abhängigkeit des in den

Geratedaten 7 erkannten Steuerbefehls eine in dem Koppler 2 hinterlegte Funktion auf. Dabei können mehrere Funktionen in dem Koppler 2 hinterlegt sein, wobei der

Steuerbefehl dann so ausgestaltet ist, dass der Koppler 2 den Steuerbefehl eindeutig zumindest einer dieser Funktionen zuordnen kann.

In einem vierten Schritt S4 des Verfahrens führt der Koppler 2 die aufgerufene

Funktion aus. Bei der Funktion kann es sich um eine Funktion handeln, die den

Koppler 2 von dem aktuellen in einen in der Funktion definierten weiteren bzw. anderen

Betriebsmodus versetzt. Dabei kann es sich z.B. um einen Konfigurationsmodus, in dem der Koppler 2 mittels des Masters 1 parametrisiert werden kann, und/oder einen geschützten Betriebsmodus bzw. Adminmodus handeln, fur den der Steuerbefehl als

Passwort wirkt. Der Adminmodus kann beim Koppler 2 insbesondere innerhalb des

Konfigurationsmodus aktiviert werden, um Zugriff auf weitere IO-Link Indizes zu

Tautz & Schuhmacher IP TUR1103P11LU 24. November 2022 17 LU503108 erhalten, die im Konfigurationsmodus nicht verfügbar sind. Das heißt, in dem

Adminmodus kann der Koppler in einem über den Konfigurationsmodus hinausgehenden Maße parametrisiert werden Dies kann zu einer erweiterten

Fehlerdiagnose bzw. für eine Hersteller-Parametrierung dienen. Um von dem

Konfigurationsmodus in den Adminmodus zu schalten, können der dritte und der vierte

Schritt S3, S4 des Verfahrens wiederholt ausgeführt werden, sobald sich der Koppler 2 in dem Konfigurationsmodus befindet.

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Bezugszeichenliste 1 Master 2 Koppler 3 Slave 4 Datenleitung zwischen Master und Koppler 5 Datenleitung zwischen Slave und Koppler 6 Prozessdaten 7 Geratedaten 8 Information in Reaktion auf Steuerbefehl 10 Kommunikationsnetzwerk

S1-54 Verfahrensschritte

Claims (15)

Tautz & Schuhmacher IP TUR1103P11LU 24. November 2022 19 LU503108 Patentansprüche

1. Koppler (2) zur Verbindung eines Masters (1) mit einem Slave (3) eines Kommunikationsnetzwerks (10), - wobei der Koppler (2) ausgestaltet ist, um Gerätedaten (7) gemäß einem vorbestimmten Kommunikationsstandard von dem Master (1) zu empfangen und an den Slave (3) gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass - der Koppler (2) ausgestaltet ist, um einen vorbestimmten Steuerbefehl in den Gerätedaten (7) zu erkennen, und - eine in dem Koppler (2) hinterlegte Funktion gemäß dem erkannten Steuerbefehl aufzurufen.

2 Koppler (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerätedaten (7) gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard getriggert durch den Master (1) azyklisch kommuniziert werden.

3. Koppler (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppler (2) ausgestaltet ist, um die aufgerufene Funktion auszuführen, sodass der Koppler (2) bedingt durch die Funktion von einem aktuellen in einen weiteren Betriebsmodus wechselt.

4. Koppler (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle und/oder der weitere Betriebsmodus umfassen: - einen Übertragungsmodus, in welchem der Koppler (2) dazu ausgestaltet ist, um gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard von dem Master (1) empfangene Daten an den Slave (3) gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard auszugeben, - einen Konfigurationsmodus, in dem der Koppler (2) dazu ausgestaltet ist, um parametrisiert zu werden, und/oder

Tautz & Schuhmacher IP TUR1103P11LU 24. November 2022 20 LU503108 - einen geschützten Betriebsmodus, in dem der Koppler (2) dazu ausgestaltet ist, um in einem über den Konfigurationsmodus hinausgehenden Maße parametrisiert zu werden. 5 Koppler (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass - die Geratedaten (7) eine Servicedateneinheit gemäß einem vorbestimmten Kommunikationsprotokoll des vorbestimmten Kommunikationsstandards umfassen, die einen Bereich aufweist, in dem gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsprotokoll mehrere Standardparameter hinterlegbar sind, und - der Steuerbefehl in diesem Bereich hinterlegt ist.

6. Koppler (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - in dem Bereich der Servicedateneinheit, in dem gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsprotokoll mehrere Standardparameter hinterlegbar sind, gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsprotokoll ein erster Subbereich für einen Application Specific Tag, ein zweiter Subbereich für einen Location Tag und/oder ein dritter Subbereich für einen Function Tag vorgesehen sind, und - der Steuerbefehl in zumindest einem dieser Subbereiche hinterlegt ist.

7. Koppler (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppler (2) ausgestaltet ist, um in Reaktion auf den erkannten Steuerbefehl eine Information (8) an den Master (1) auszugeben.

8. Koppler (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass - der Koppler (2) ausgestaltet ist, um Prozessdaten (6) gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard von dem Master (1) zu Empfangen und an den Slave (3) gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard auszugeben,

Tautz & Schuhmacher IP TUR1103P11LU 24. November 2022 21 LU503108 - wobei die Prozessdaten (6) gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard optional zyklisch kommuniziert werden.

9. Koppler (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass - der Koppler (2) ausgestaltet ist, um weitere Prozessdaten (6) und/oder weitere Geratedaten (7) gemäß einem vorbestimmten Kommunikationsstandard von dem Slave (3) zu empfangen und an den Master (1) gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard auszugeben, - wobei die weiteren Prozessdaten (6) gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard optional zyklisch kommuniziert werden, und - wobei die weiteren Gerätedaten (7) gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard getriggert durch den Master (1), optional mittels einer weiteren Servicedateneinheit und/oder azyklisch, kommuniziert werden.

10. Koppler (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppler (2) einen induktiven Koppler (2) aufweist oder als solcher ausgeführt ist.

11. Kommunikationsnetzwerk (10), aufweisend: - einen Master (1), einen Koppler (2) und einen über den Koppler (2) zu dem Master (1) verbundenen Slave (3), - wobei der Koppler (2) ausgestaltet ist, um Gerätedaten (7) gemäß einem vorbestimmten Kommunikationsstandard von dem Master (1) zu empfangen und an den Slave (3) gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass - der Koppler (2) ausgestaltet ist, um einen vorbestimmten Steuerbefehl in den Gerätedaten (7) zu erkennen, und - eine in dem Koppler (2) hinterlegte Funktion gemäß dem erkannten Steuerbefehl aufzurufen.

Tautz & Schuhmacher IP TUR1103P11LU 24. November 2022 22 LU503108

12. Kommunikationsnetzwerk (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Master (1) ausgestaltet ist, um die Geratedaten (7) umfassend den vorbestimmten Steuerbefehl Zu erzeugen und an den Koppler (2) auszugeben.

13. Kommunikationsnetzwerk (10) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsnetzwerk (10) den Koppler (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 10 aufweist.

14. Verfahren zum Betreiben eines Kopplers (2) zur Verbindung eines Masters (1) mit einem Slave (3) eines Kommunikationsnetzwerks (10), wobei das Verfahren umfasst: - Empfangen (S1) von Geréatedaten (7) von dem Master (1) an den Koppler (2) gemäB einem vorbestimmten Kommunikationsstandard, und - Ausgeben (S1) der empfangenen Geratedaten (7) von dem Koppler (2) an den Slave (3) gemäß dem vorbestimmten Kommunikationsstandard, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: - Erkennen (S2) eines vorbestimmten Steuerbefehls in den Geratedaten (7) mittels des Kopplers (2), und - Aufrufen (S2) einer in dem Koppler (2) hinterlegten Funktion gemäß dem erkannten Steuerbefehl mittels des Kopplers (2).

15. Computerprogramm und/oder computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei einer Ausführung des Programms bzw. der Befehle durch einen Koppler (2) zur Verbindung eines Masters (1) mit einem Slave (3) eines Kommunikationsnetzwerks (10) den Koppler (2) veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 14 auszuführen.