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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anbindung
einer Masterbaugruppe an eine berührungslos wirkende Schutzeinrichtung oder
eine Signalsäule oder ein Befehls- und Meldegerät.
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Im
Bereich der Automatisierungstechnik ist häufig ein Steuern
und Überwachen von Prozessen erwünscht. Hierbei
können die Zustände von Maschinen, Fertigungsstraßen,
Prozessabläufen, etc. beispielsweise über eine
Signalsäule visualisiert werden. Signalsäulen
bestehen aus optischen und/oder akustischen Modulen, die vorwiegend
eine Signalabstrahlung auf 360° ermögliche. Herkömmliche
Signalsäulen werden derzeit über AS-Interface
angeschlossen. Hierbei können pro Signalsäule
bis zu vier Meldemodule angeschlossen werden. Ein Meldemodul ist
hierbei ein optisches bzw. akustisches Modul der Signalsäule.
Alternativ können Signalsäulen durch eine klassische
Parallelverdrahtung der einzelnen Module angesteuert werden. Hierbei
müssen pro Modul mindestens zwei Drähte verlegt
werden bzw. ein Draht pro Modul und eine gemeinsame „Wurzel”.
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Des
Weiteren werden im Bereich der Automatisierungstechnik zum Steuern
und Überwachen von Prozessen Befehls- und Meldegeräte
eingesetzt. Solche Befehls- und Meldegeräte werden ebenso meist
modular aufgebaut. Hierbei kann ein Befehls- und Meldegerät
beispielsweise einen Taster (Drucktaster, Wahlschalter, NOT-AUS-Taster,
...), eine Signalleuchte zur Anzeige von Zuständen, ein
akustisches Ausgabeelement zum Signalisieren von Zuständen,
etc. aufweisen. Diese einzelnen Module setzten sich je nach Kundenwunsch
unterschiedlich zusammen. Somit ergibt sich eine große
Varianz hinsichtlich des Aufbaus der Befehls- und Meldegeräte. Der
Anschluss der Befehl- und Meldegerätes kann wie bei der
oben beschriebenen Signalsäule via Parallelverdrahtung
oder AS-Interface erfolgen.
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Ein
weiteres Gerät, welches dem Steuern und Überwachen
von Prozessen innerhalb der Automatisierungstechnik dient, ist eine
sogenannte berührungslos wirkende Schutzeinrichtung (BWS).
Eine berührungslos wirkende Schutzeinrichtung umfasst eine
Sensorfunktion, eine Steuerungs-/Überwachungsfunktion und
ein Ausgangsschallelement. Eine berührungslos wirkende
Schutzeinrichtung wird immer dann eingesetzt, wenn es um den Schutz
von Mensch und Maschinen geht. Aus diesem Grund muss höchste
Sicherheit hinsichtlich der Verfügbarkeit der Geräte
garantieret werden. Die Anbindung einer berührungslos wirkenden
Schutzeinrichtung erfolgt üblicherweise über ein
Bussystem. Hierbei muss in der berührungslos wirkenden
Schutzeinrichtung eine Busschnittstelle integriert werden.
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Sowohl
der Signalsäule, dem Befehls- oder Meldegerät,
oder der berührungslos wirkende Schutzeinrichtung ist innerhalb
der Automatisierungstechnik gemeinsam, dass sie mittels einer Parallelverdrahtung
bzw. eines Bussystems an eine Masterbaugruppe angeschlossen werden.
Die Masterbaugruppe kann hierbei Bestandteil einer Steuerung (z.
B. SPS, CNC, IPC) sein.
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Sofern
es sich um eine Parallelverdrahtung handelt ist jedes Signal (z.
B. Parametersignal, Diagnosesignal, Freigabesignale, Gerätezustandssignal, etc.)
einer bestimmten Leitung fest zugeordnet. Das bedeutet, dass die
jeweiligen Signale jeweils eine separate Leitung benötigen.
Bei einer Übertragung von mehreren Signalen kommt es somit
zu einem erheblichen Verdrahtungsaufwand zwischen den Geräten und
der Masterbaugruppe. Die Energieversorgung der Geräte erfolgt üblicherweise
ebenfalls über eine separate Leitung. Eine Diagnose und
Parametrierung der Geräte erfolgt vorwiegend lokal am Gerät. Eine
solche Parallelverdrahtung führt erfahrensgemäß zu
einem Heranwachsen eines recht umfangreichen Kabelbaums. Hierdurch
wird der Installationsaufwand der berührungslos wirkenden
Schutzeinrichtung oder der Signalsäule oder des Befehls-
und Meldegerätes erschwert und somit das Fehlerpotential
hinsichtlich einer falschen Implementierung erhöht.
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Werden
die Geräte über ein Bussystem an die übergeordnete
Einheit (Masterbaugruppe, Steuerung) angeschlossen, so muss das
jeweilige Gerät eine Busschnittstelle aufweisen. Eine solche
Busschnittstelle stellt einen beachtlichen Anteil der Kosten eines
Gerätes dar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige
Anbindung einer Masterbaugruppe an eine berührungslos wirkende Schutzeinrichtung
oder eine Signalsäule oder ein Befehls- und Meldegerät
zu ermöglichen.
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Die
Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die Merkmale
des Anspruchs 1.
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Ferner
wird die Aufgabe gelöst, durch eine Vorrichtung nach den
Merkmalen des Anspruchs 5, sowie eine Vorrichtung nach den Merkmalen
des Anspruchs 7, sowie durch eine Vorrichtung nach den Merkmalen
des Anspruchs 9.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Unter
IO-Link ist ein innerhalb der PNO (Profibus-Nutzerorganisation e.
V.) erarbeitetes standardisiertes Kommunikationssystem zur Anbindung
intelligenter Sensoren und Aktoren an ein Automatisierungssystem
zu verstehen. 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. Die IO-Link Verbindung basiert auf einen Dreileitersystem,
für welches sowohl die Kommunikation als auch die Energieversorgung
erfolgen kann. Dieses Dreileitersystem wird vorzugsweise durch ein
IO-Link Kabel ausgebildet. IO-Link gibt somit die Anschlussdaten
am Gerät vor, sowie den Großteil des Kommunikationsprotokolls.
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Dadurch,
dass bei der Anbindung der Masterbaugruppe an eine berührungslos
wirkende Schutzeinrichtung oder einer Signal säule oder
ein Befehls- und Meldegerät anstelle einer Parallelverdrahtung oder
eines aufwendigen Bussystems erfindungsgemäß das
für Sensoren und Aktoren standardisierte IO-Link Kommunikationssystem
angewandt wird, ergeben sich hinsichtlich der Datenanbindung der
berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung oder der Signalsäule
des Befehls- und Meldegerätes erhebliche Vorteile. Anstelle
einer üblicherweise notwendigen komplizierten und fehleranfälligen
Parallelverdrahtung mit der Masterbaugruppe genügt nun
ein einfaches Verbinden der berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung
oder der Signalsäule oder des Befehls- und Meldegerätes
an die Masterbaugruppe mittels des standardisierten IO-Links.
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Hierfür
muss seitens der Masterbaugruppe sowie der berührungslos
wirkenden Schutzeinrichtung oder der Signalsäule oder des
Befehls- und Meldegerätes eine spezifizierte IO-Link Kommunikationsschnittstelle
ausgebildet sein. Durch das Implementieren der IO-Link Kommunikationsschnittstelle in
die berührungslos wirkende Schutzeinrichtung oder in die
Signalsäule oder in das Befehls- und Meldegerät
kann die Kommunikation sowie die Energieversorgung über
das standardisierte IO-Link Verfahren erfolgen. Auf diese Weise
erspart sich ein Anwender einen erheblichen Verdrahtungsaufwand. Anstelle
von mehreren Leitungen, die bei der herkömmlichen Parallelverdrahtung
notwendig waren, muss nun lediglich eine IO-Link Verbindung und
somit ein IO-Link Kabel zwischen den Geräten verlegt werden.
Neben der einfachen Verdrahtung werden zusätzlich Materialkosten
gespart und eine Wartung der Anlage wird erleichtert. Gegenüber
herkömmlichen Bussystemen kann eine kostengünstigere Schnittstelle
eingesetzt werden, die zudem im Vergleich zu AS-Interface Verbesserungen
mit sich bringt. Bei AS-Interface stehen dem Nutzer vier Datenbits
zur Ansteuerung des jeweiligen Geräts zur Verfügung.
IO-Link hingegen bietet dem Nutzer eine flexible Anzahl an Datenbits.
Somit stehen dem Nutzer nun mehr Datenbits zur Verfügung.
Dies ermöglicht ihn nun mit nur einem IO-Link Kabel bis
zu acht Modulen der Signalsäule oder des Befehls- und Meldegerä tes
anzusteuern. Bei AS-Interface wären es dagegen lediglich
vier Module.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt
die Energieversorgung der berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung
oder der Signalsäule oder des Befehls- und Meldegerätes
ebenfalls über die IO-Link Verbindung.
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Hierdurch
muss die berührungslos wirkende Schutzeinrichtung oder
die Signalsäule oder das Befehls- und Meldegerät
nicht über ein separates Kabel mit Energie versorgt werden.
Der Verdrahtungsaufwand wird reduziert und Materialkosten können
eingespart werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
wird über IO-Link ein Gerätezustand oder ein Abschaltsignal
oder eine Diagnoseinformation oder ein Parameter übermittelt.
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Bei
den Abschaltsignalen handelt es sich insbesondere bei der berührungslos
wirkenden Schutzeinrichtung und den Not-Aus-Tastern um sichere Daten,
die fehlersicher innerhalb kürzester Zeit zur Abschaltung
der Ablage führen müssen. Diese Abschaltsignale
müssen als zyklisches Signal in eine Richtung von der berührungslos
wirkenden Schutzeinrichtung zum Master übertragen werden.
Die Weiterverarbeitung erfolgt dann im Master. Unter Diagnosedaten
sind Daten zu verstehen, die Auskunft über den Zustand
des Gerätes liefern. Hierzu zählen z. B. Verschmutzungsmeldungen,
Meldungen zur Anlaufsperre, Fehler- und Störungsmeldungen, OSSD
Meldungen, .... Die Übertragung der Diagnosedaten kann
hierbei nicht sicher in Richtung zur Masterbaugruppe in azyklischen
Datenverkehr erfolgen. Die Übertragung von Parameterdaten
kann ebenso nicht sicher azyklisch erfolgen. Es sollte allerdings
sichergestellt werden, dass die Daten dennoch richtig übertragen
worden sind und dass sich kein Fehler bei der Datenübertragung
ergeben hat. Der Gerätezustand kann entweder direkt am
Gerät abgelesen werden, was insbesondere bei der Signalsäule bzw.
des efehls- und Meldegerätes erwünscht ist. Durch
die Anbindung über IO-Link ist jedoch keine lokale Anwesenheit
einer Person notwendig und die Information kann an der Masterbaugruppe
bzw. einem übergeschalteten System abgerufen werden. All
diese Signale und Daten erfordern bei herkömmlichen Systemen
separate Datenleitungen, wodurch ein erheblicher Verdrahtungsaufwand
entsteht. Durch das Verwenden von IO-Link kann dieser Verdrahtungsaufwand
enorm reduziert werden. Materialkosten können ebenso hierdurch
eingespart werden. Eine sichere Übertragung der Diagnoseinformationen oder
der Parameter ist ebenso denkbar.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
wird die Anbindung von IO-Link durch einen IO-Link Adapter realisiert.
Hierbei ermöglicht der IO-Link Adapter, dass die herkömmliche Steckverbindung
am Gerät selbst erhalten bleiben kann. Der IO-Link Adapter
weist somit sowohl einen Anschluss für IO-Link als auch
einen Stecker für den herkömmlichen Anschluss
des verwendeten Geräts auf. Innerhalb des IO-Link Adapters
erfolgt eine Umwandlung der Signale.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
erfüllt die berührungslos wirkende Schutzeinrichtung
sowie das Befehls- und Meldegerät die europäische Norm
EN IEC 61508 und EN ISO 13849-1.
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Hierdurch
wird den Anforderungen an ein sicherheitsgerichtetes Gerät
innerhalb der Automatisierungstechnik Rechnung getragen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
weist die Signalsäule einzelne Farbmodule auf, wobei die
Signalsäule derart ausgeführt ist, dass über
IO-Link Datenbits ein Farbmodus, ein Blinkintervall, eine Helligkeit
oder eine Mischfarbe der einzelnen Farbmodule einstellbar oder schaltbar ist.
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Durch
Parametrierung oder Codierung in den Nutzdaten des IO-Link Protokolls
kann somit der Signalsäule mitgeteilt werden ob das jeweilige
Farbmodul aus, ein oder mit einer einstellbaren Frequenz blinken
soll. Für Farbmodule mit mehreren Farben lässt
sich über IO-Link auch eine Mischfarbe erzeugen. Hierzu
werden die einzelnen Farbmodule über ein einstellbares
Verhältnis zueinander geschalten. Das IO-Link Modul übernimmt
die Verarbeitung. Hierzu werden die einzelnen Farben z. B. durch
Ein-/Ausschalten oder über die Lichtintensität,
etc. gemischt. Die Schaltfrequenz beim Ein-/Ausschalten kann beispielsweise
so hoch eingestellt werden, so dass das menschliche Auge die einzelnen
Farben nicht mehr getrennt wahrnimmt, sondern einen Mischfarbton
erkennt. Für unterschiedliche Umgebungen macht es oft Sinn,
die Leuchtstärke der Signalsäule der Umgebung
anzupassen. Hierzu kann pro Farbmodul oder für die gesamte
Säule ein Helligkeitswert als Parameter übermittelt
werden. Das IO-Link Modul übernimmt die Verarbeitung. Das
Farbmodul kann hierbei durch Ein- und Ausgeschalten gedimmt werden.
Die Schaltfrequenz ist so hoch, dass das menschliche Auge eine Helligkeitsreduktion/Dimmung
wahrnimmt. Ein großer Vorteil besteht darin, dass IO-Link
eine dezentrale Rechenleistung bietet, die über Parametrierung
oder Nutzdaten angefordert werden kann, wobei gleichzeitig die Verdrahtung
mit drei Leitungen sehr einfach und kostengünstig ist.
Diese Kombination von günstiger Verdrahtung und dezentraler
Rechenleistung ist für eine Signalsäule ein enormer
Vorteil. Somit kann über IO-Link die Erzeugung des Blinksignals,
die Farbmischung, die Helligkeitsregelung/Dimmung erfolgen und die
CPU im Gerät entlastet werden.
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Des
Weiteren kann durch die individuelle Steuerung der Signalsäule
eine große Produktvielfalt mit nur einem Gerät
erzielt werden. Es muss somit nicht für jede Farb-/Funktionsvariante
einer Signalsäule ein separates Produkt angeboten werden. IO-Link
stellt somit im Vergleich zu herkömmlichen Bussystemen
eine extrem günstige, effizientere Variante dar. Durch
die erfindungsgemäße Signalsäule kann
eine geringere Varianz der anzubietenden Produktpalette ermöglicht
werden, ohne dabei das erwünschte Funktionsspektrum der
Signalsäulen zu schmälern. Der Endkunde muss sich
somit beim Kauf einer erfindungsgemäßen Signalsäule
nicht unnötig einschränken.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist das Befehls- und Meldegerät derart ausgeführt,
dass über den IO-Link Befehlsstellen einlesbar und/oder
Meldegeräte ansteuerbar sind.
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Kommunikationsmodule
wie etwa AS-Interface haben eine fest definierte Anzahl von Inputs
und Outputs. Ein Input kann nicht zu einem Output gemacht werden,
oder umgekehrt. Somit kommt es häufig vor, dass das Kommunikationsmodul
nicht optimal ausgenutzt wird. Dies liegt darin begründet, dass
bei kostengünstigen Bussystemen nicht ausreichend Parameter
zur Verfügung stehen. Leistungsfähigere Bussysteme,
wie etwa Profibus oder Profinet sind dagegen im Kostenverhältnis
zu den Befehls- und Meldegeräten nicht rentabel. Klassische
Parallelverdrahtungen sind zwar entsprechend flexibel, jedoch erfordert
dies einen erheblichen Verdrahtungsaufwand und erhöht das
Fehlerpotential. Der Anwender muss bereits bei der Anlagekonzipierung
entscheiden, wie viele Inputs und Outputs er benötigt (starres
System). Dadurch, dass das Befehls- und Meldegerät eine
IO-Link Schnittstelle und somit ein IO-Link Kommunikationsmodul
aufweist, kann eine Kommunikation/Ansteuerung mit Hilfe der IO-Link Datenbits
erfolgen. Je nach Ausgestaltung des Befehls- und Meldegerätes
können somit über die IO-Link Datenbits die Befehlsstellen
eingelesen bzw. Meldegeräte angesteuert werden; es liegt
ein flexibles System vor. Somit erfolgt eine bessere Ausnutzung
im Vergleich zu AS-Interface.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist das Befehls- und Meldegerät derart ausgeführt,
dass über den IO-Link bei Systemstart die Eingänge
und/oder Ausgänge des Befehls- und Meldegerätes
definierbar sind.
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Hierbei
kann der Endkunde sein Befehls- und Meldegerät zunächst
modular zusammenbauen. Nun können zum Beispiel erst beim
ersten Systemstart die Eingänge und/oder Ausgänge
des Befehls- und Meldegerätes hinsichtlich der IO-Link
Kommunikation definiert werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung und Ausgestaltung der Erfindung anhand
der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher
beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Aufbau eines industriellen Automatisierungssystems,
wobei eine Signalsäule mittels IO-Link mit einer Masterbaugruppe verbunden
ist,
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2 einen
schematischen Aufbau eines industriellen Automatisierungssystems,
wobei ein Befehls- und Meldegerät mittels IO-Link mit einer
Masterbaugruppe verbunden ist und
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3 einen
schematischen Aufbau eines industriellen Automatisierungssystems,
wobei eine berührungslos wirkende Schutzeinrichtung mittels IO-Link
mit einer Masterbaugruppe verbunden ist.
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1 zeigt
einen schematischen Aufbau eines industriellen Automatisierungssystems,
wobei eine Signalsäule 2 mittels IO-Link 5 mit
einer Masterbaugruppe 1 verbunden ist. Die Masterbaugruppe 1 wird über
IO-Link 5 mit der Signalsäule 2 verbunden. Die
Signalsäule 2 besteht beispielsweise aus einem Grundmodul 4 und
verschiedenen Farbmodulen 3. Das Grundmodul 4 weist
eine Schnittstelle für den IO-Link 5 auf. Die
einzelnen Farbmodule 3 der Signalsäule 2 können
unterschiedlich ausgeprägt und dimensioniert sein. Hierbei
kann beispielsweise die Anzahl der einzelnen Farbmodule 3 der
Signalsäule 2 variieren. Des Weiteren kann die
Farbe, die Blinkgeschwindigkeit, die Helligkeit, etc, variieren.
Das Grundmodul 4 und die Farbmodule 3 können
hierbei eine Einheit bilden (Kompaktgeräte).
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2 zeigt
einen schematischen Aufbau eines industriellen Automatisierungssystems,
wobei ein Befehls- und Meldegerät 6 mittels IO-Link 5 mit
einer Masterbaugruppe 1 verbunden ist. Hierbei ist die Masterbaugruppe 1 durch
einen IO-Link 5 mit dem Befehls- und Meldegerät 6 verbunden.
Das Befehls- und Meldegerät 6 weist in diesem
Ausführungsbeispiel unterschiedliche Module auf. Das Befehls-
und Meldegerät 6 kann z. B. ein akustisches Meldemodul 7,
ein optisches Meldemodul 8, sowie ein Befehlsmodul 9 aufweisen.
Das Befehlsmodul 9 kann z. B. durch einen Taster oder Schalter
realisiert sein. In dieser Ausführungsform ist die IO-Link
Schnittstelle an dem Befehlsmodul 9 angebracht. Es ist
durchaus denkbar, dass hierfür ein Basismodul vorgesehen
ist bzw. das die Schnittstelle in einem anderen Modul des Befehls-
und Meldegerätes 6 implementiert ist.
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3 zeigt
einen schematischen Aufbau eines industriellen Automatisierungssystems,
wobei eine berührungslos wirkende Schutzeinrichtung 10 mittels
IO-Link 5 mit einer Masterbaugruppe 1 verbunden
ist. Hierbei ist die Masterbaugruppe 1 mit dem IO-Link 5 an
eine berührungslos wirkende Schutzeinrichtung 10 verbunden.
Die berührungslos wirkende Schutzeinrichtung 10 kann
z. B. ein Lichtvorhang, ein Lichtgitter, ein Transceiver, eine Lichtschranke,
ein Laserscanner, etc. sein. In diesem Ausführungsbeispiel
ist ein Lichtvorhang/Lichtgitter 12 visualisiert. Der Lichtvorhang
bzw. das Lichtgitter 12 besteht aus einem Sender und einem
Empfänger welche gegenüber zu montieren sind.
Abhängig von der Auflösung und Länge
sind eine bestimmte Anzahl von Sende- und Empfangsdioden übereinander
angeordnet. Die Infrarot LED's des Senders senden kurze Lichtimpulse 11 aus,
die von den Empfängerdioden aufgefangen werden. Befindet
sich nun ein Objekt zwischen dem Sender und dem Empfänger,
so kommt ein ausgesandter Lichtimpuls 11 nicht bei dem
Empfänger an. Der Lichtvorhang bzw. das Lichtgitter 12 kann
nun ein Signal ausgeben, dass eine unerwünschte Unterbrechung
stattgefunden hat. Auf diese Weise kann eine Überwachung
von Bereichen erfolgen. Die IO-Link Schnittstelle kann hierbei sowohl
bei dem Sendegerät als auch bei dem Empfangsgerät
implementiert sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Norm EN IEC
61508 [0020]
- - EN ISO 13849-1 [0020]