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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kennzeichnen von Ein- und/oder Ausgabekanälen eines über einen Feldbus ansprechbaren Ein- und/oder Ausgabebausteins eines industriellen Automatisierungssystems. Die Erfindung betrifft weiterhin ein zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Ein- und/oder Ausgabebaustein.
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In industriellen Automatisierungssystemen werden Feldbusse zur Übertragung von Steuerungsdaten und/oder Messwerten zwischen einem oder mehreren zentralen Steuerungsrechnern, auch Leitrechner oder speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) genannt, und Feldgeräten ausgetauscht. Ein häufig benötigter und vielfach eingesetzter Typ von Feldgeräten sind Ein- und/oder Ausgabebausteine, nachfolgend abgekürzt als E/A-Bausteine bezeichnet, die analoge und/oder digitale Ein- und/oder Ausgabekanäle (E/A-Kanäle) bereitstellen, über die Anlagenkomponenten gesteuert werden können und Messwerte, beispielsweise von Sensoren, eingelesen werden können.
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Die E/A-Bausteine können dabei eine Schnittstelle für den Feldbus aufweisen und somit unmittelbar an den Feldbus angekoppelt werden. Aufgrund der in den meisten industriellen Automatisierungssystemen eingesetzten großen Anzahl von derartigen E/A-Bausteinen kann alternativ vorgesehen sein, diese nicht unmittelbar an den Feldbus anzuschließen, sondern über einen sogenannten Feldbuskoppler, auch Feldbus-Gateway genannt. Dieser stellt eine Datenschnittstelle zwischen dem Feldbus einerseits und einem häufig proprietären Subbus andererseits dar. An den Subbus kann eine Mehrzahl von busfähigen Modulen angekoppelt werden, u.a. Module die E/A-Bausteine darstellen. Die Kombination eines Feldbuskopplers mit ggf. mehreren Modulen wird auch als Ein-/Ausgabesystem oder auch als Remote-I/O(input/output)-System bezeichnet.
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Um bei einer Installation einer industriellen Automatisierungsanalage oder bei deren Wartung oder Reparatur auch bei einer großen Anzahl verwendeter E/A-Kanäle einen Überblick zu behalten, bieten die E/A-Bausteine häufig die Möglichkeit, neben den Anschlüssen der E/A-Kanäle zur Kennzeichnung eine Kurzbezeichnung anzubringen, beispielsweise in Form von aufgeklebten oder unter einer transparenten Abdeckung eingeschobene Papier- oder Kunststoffabschnitten. Dieselbe Kurzbezeichnung wird üblicherweise auf Kabelmarkierern an den diesen Anschlüssen zugeordneten Kabeln angebracht. Aufgrund des zur Verfügung stehenden begrenzten Platzes auf dem E/A-Baustein werden für die Kurzbezeichnungen häufig nur wenig beschreibende Kombinationen einiger Buchstaben und/oder Ziffern verwendet.
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Zu Dokumentationszwecken wird die Kurzbezeichnung in einem sogenannten Anlagenplan festgehalten und um eine Beschreibung des Verwendungszwecks ergänzt. Die Pflege eines solchen Anlageplans erfolgt üblicherweise zentral, so dass eine vor Ort von einem Techniker vorgenommene Änderung an einer Kurzbezeichnung oder einer Beschreibung des Verwendungszwecks übermittelt werden muss, woraufhin neue Anlagenpläne erstellt und an jedem relevanten Anlagenteil deponiert werden müssen. Dieses ist aufwendig und fehleranfällig.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Kennzeichnung von E/A-Kanälen eines E/A-Bausteins zu schaffen, mit dessen Hilfe eine wenig pflegeintensive Kanalkennzeichnung auch bei einem komplexeren Ein-/Ausgabesystem erfolgen kann. Es ist eine weitere Aufgabe, einen dafür geeigneten E/A-Baustein anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und einen E/A-Baustein mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kennzeichnen von E/A-Kanälen eines über einen Feldbus ansprechbaren E/A-Bausteins eines industriellen Automatisierungssystems weist die folgenden Schritte auf: Es wird eine Kennzeichnung für mindestens einen der E/A-Kanäle des E/A-Bausteins in einem Festwertspeicher des E/A-Bausteins hinterlegt, wobei die Kennzeichnung einer eindeutigen Adresse des mindestens einen E/A-Kanals, unter der er über den Feldbus ansprechbar ist, zugeordnet wird. Nach dem Empfangen einer die Adresse des mindestens eines E/A-Kanals enthaltenden Anfrage wird die der übermittelten Adresse zugeordneten Kennzeichnung des mindestens einen E/A-Kanals bereitgestellt.
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Erfindungsgemäß wird die Kennzeichnung somit im E/A-Baustein selbst in einem Festwertspeicher abgelegt. Sie ist so zu jeder Zeit und z. B. über den Feldbus oder eine andere Datenverbindung mit dem E/A-Baustein abrufbar. Sie kann vor Ort, beispielsweise über einen sogenannten Serviceanschluss von einem Servicetechniker nach einer Installation, einer Inbetriebnahme oder einer Wartung eingepflegt werden und nachfolgend, z. B. bei einer Reparatur, wieder vor Ort wieder ausgelesen werden. Über den Feldbus kann die Kennzeichnung aber auch zentral z. B. von einem Steuerungsrechner ausgelesen werden, beispielsweise um einen Anlagenplan automatisch um neue Kennzeichnungen zu ergänzen oder ihn zu aktualisieren. Das Auslesen der Kennzeichnung erfolgt bevorzugt durch Senden einer Anfrage an den E/A-Baustein über den Feldbus oder über den genannten Serviceanschluss bzw. Servicebus. Nach Empfang der Anfrage wird die Kennzeichnung aus dem Festwertspeicher bereitgestellt und an den anfragenden Rechner übertragen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst die Kennzeichnung eine Kurzbezeichnung und/oder eine Kanalbeschreibung. So kann die auch auf dem Gehäuse des E/A-Bausteins und an den Anschlusskabeln verwendete Kurzbezeichnung ebenso abgelegt werden wie eine längere, die Verwendung des E/A-Kanals beschreibende Zweckangabe.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst die Adresse des mindestens eines E/A-Kanals eine Subadresse des E/A-Bausteins und eine Kanalnummer des mindestens einen E/A-Kanals. Falls der E/A-Baustein über einen Feldbuskoppler mit dem Feldbus verbunden ist, umfasst die Adresse zudem vorteilhaft eine Subadresse des Feldbuskopplers. Durch die Verknüpfung der Kennzeichnung mit einer derart ausgebildeten Adresse wird eine innerhalb der gesamten Automatisierungssteuerung eindeutige Zuordnung der Kennzeichnung zu dem entsprechenden E/A-Kanal erreicht.
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Ein erfindungsgemäßer E/A-Baustein für ein industrielles Automatisierungssystem weist einen Festwertspeicher auf und ist dazu eingerichtet, eine über einen Bus empfangene Kennzeichnung in dem Festwertspeicher verknüpft mit einer Adresse des mindestens einem E/A-Kanal abzulegen und auf eine Anfrage hin wieder über den Bus auszugeben. Der Bus kann dabei ein Feldbus und/oder ein Servicebus sein, der entweder unmittelbar oder über einen Feldbuskoppler mit dem E/A-Baustein verbindbar ist. Es ergeben sich die im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten Vorteile.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von drei Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 eine industrielle Automatisierungsanlage in einem schematischen Blockschaltbild;
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2 eine detailliertere Darstellung von Teilen der Automatisierungsanlage der 1; und
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer industriellen Automatisierungsanlage in einem Blockschaltbild.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen möglichen Aufbau eines industriellen Automatisierungssystems.
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Dieses weist einen Steuerungsrechner 1 auf, der über einen Feldbus 2 mit einem Feldbuskoppler 3 zum Austausch von Daten mit diesem verbunden ist. Der Feldbus kann dabei gemäß einem bekannten Standard wie beispielsweise PROFIBUS, PROFINET, EtherCAT oder CANopen ausgebildet sein.
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Der Feldbuskoppler 3 setzt über den Feldbus 2 ausgetauschte Daten auf einen bevorzugt seriellen Subbus 4 um, über den verschiedene Module an den Feldbuskoppler 3 angekoppelt werden können. Beispielhaft sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei E/A-Bausteine 5 als Module über den Subbus 4 mit dem Feldbuskoppler 3 verbunden.
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Neben den dargestellten E/A-Bausteinen 5 können weitere Module, beispielsweise Funktionsmodule wie Signalwandler oder Interface-Module, an den Subbus 4 angeschlossen sein. Zusätzlich zu dem Subbus 4, der in diesem Ausführungsbeispiel nur einer Übertragung von Daten dient, kann ein weiterer, hier nicht gezeigter Bus zur Stromversorgung der E/A-Bausteine 5 und ggf. weiterer Module sowie des Feldbuskopplers 3 vorhanden sein. Zur Einspeisung von Versorgungsstrom sind dann zusätzliche Stromversorgungsmodule vorgesehen, die am Ende der dargestellten Anordnung der Ein-/Ausgabemodule 5, zwischen diesen oder zwischen den Feldbuskoppler 3 und den E/A-Bausteinen 5 angeordnet sein können.
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Die E/A-Bausteine 5 weisen typischerweise eine Mehrzahl von E/A-Kanälen auf, die jeweils mit einem oder mehreren Ein-/Ausgabeanschlüssen verbunden sind. Jeder der E/A-Bausteine 5 kann digitale und/oder analoge Ein- und/oder Ausgabekanäle aufweisen, über die Steuerungsdaten an die zu steuernde Anlage ausgegeben werden können und/oder von der Anlage bereitgestellte Signale (Messwerte, Schaltsignale) eingelesen werden können. Auch ein Stromversorgungsmodul, das über den Subbus 4 mit dem Feldbuskoppler 3 kommunizieren kann, stellt in diesem Sinne einen Ausgabebaustein 5 dar.
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Beispielhaft ist für den in der Figur rechts dargestellten E/A-Baustein ein Anschluss eines Eingabekanals 51 und eines Ausgabekanals 52 gekennzeichnet. An dem Anschluss des Eingabekanals 51 kann beispielsweise ein Eingangssignal angelegt werden, das ein analoges oder digitales Spannungs-, Strom- und/oder Widerstandssignal sein kann. Das am Anschluss des Ausgabekanals 52 ausgegebene Signal kann beispielsweise ein analoges oder digitales Signal einer vorgegebenen oder einstellbaren Ausgangsspannung oder eines Ausgangsstroms sein. Ebenso ist als Ausgangssignal ein Anschlusspaar eines Relaiskontakts zu verstehen, über das ein Ausgangsstrom geschaltet werden kann. Es versteht sich, das die Anzahl der hier dargestellten Anschlüsse von Ein- bzw. Ausgabekanälen 51, 52 rein beispielhaft ist. Die Anzahl der Ein- bzw. Ausgabekanäle und entsprechender Anschlüsse ist beliebig.
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Der Feldbuskoppler 3 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zudem einen Serviceanschluss 36 auf, über den er mit einem Servicerechner 6 verbunden ist. Der Serviceanschluss 36 kann beispielsweise gemäß dem USB-Standard ausgebildet sein. Über den Servicerechner 6 können vor Ort Servicevorgänge an dem Feldbuskoppler und den daran angeschlossenen Modulen vorgenommen werden. Servicevorgänge sind unter anderem ein Konfigurieren, eine Einrichtung, eine Inbetriebnahme und/oder eine Wartung des Feldbuskopplers 3 und/oder der Module. Falls Servicevorgänge von dem Steuerungsrechner 1 ausgeführt werden, stellt dieser ebenfalls einen Servicerechner im Sinne dieser Anmeldung dar.
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In einem Normalbetrieb der in 1 gezeigten Automatisierungsanlage werden die E/A-Kanäle 51, 52 von einem Steuerungsprogramm, das auf dem Steuerungsrechner 1 abläuft, über den Feldbus 2, den Feldbuskoppler 3 dem Subbus 4 und das den entsprechenden E/A-Baustein 5 angesprochen. Dazu wird eine den E/A-Kanal 51, 52 eindeutig identifizierende Adresse ADR verwendet. Diese Adresse kann sich aus mehreren Komponenten zusammensetzen, von denen eine erste den Feldbuskoppler 3 eindeutig identifiziert, eine zweite den E/A-Baustein 5 und eine dritte eine dem E/A-Kanal 51, 52 innerhalb des E/A-Bausteins 5 zugeordnete Kanalnummer dargestellt.
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Anmeldungsgemäß ist nun vorgesehen, in dem ein E/A-Baustein 5 eine Speichermöglichkeit für eine Kennzeichnung der E/A-Kanäle 51, 52 bereitzustellen. Bei einem Auf- oder Umbau der Automatisierungsanlage oder bei ihrer Inbetriebnahme wird von dem Servicerechner 6 aus eine Kennzeichnung DESC eingegeben, die sich beispielsweise aus einer Kurzbezeichnung und einer Zweckangabe für den entsprechenden E/A-Kanal 51, 52 zusammensetzen kann. Die Kennzeichnung DESC wird innerhalb des E/A-Bausteins 5 abgespeichert und dort der eindeutigen Adresse ADR des E/A-Kanals 51, 52 zugeordnet. Bei nachfolgenden Wartungsarbeiten kann z. B. vom Steuerungsrechner 6 aus unter Angabe der Adresse eines E/A-Kanals 51, 52 die Kennzeichnung DESC wieder vom E/A-Baustein 5 abgerufen und angezeigt werden. Auch ohne einen zentralen Anlagenplan kann von jedem der E/A-Kanäle 51, 52 auf einfache Weise die Kurzbezeichnung ebenso wie der Verwendungszweck des E/A-Kanals 51, 52 abgerufen werden. Ebenfalls ist es möglich, diese Informationen von dem Steuerungsrechner 1 abzurufen, wodurch beispielsweise eine vor Ort am Servicerechner 6 erstellte oder geänderte Kennzeichnung DESC zentral vom Steuerungsrechner 1 erfasst werden kann, um einen Anlagenplan zu Dokumentationszwecken automatisch um diese Informationen zu ergänzen.
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Das anmeldungsgemäße Verfahren wird nachfolgend im Zusammenhang mit 2 näher beschrieben. 2 zeigt den Aufbau eines zur Durchführung des anmeldungsgemäßen Verfahrens eingerichteten E/A-Bausteins 5 zusammen mit einem Feldbuskoppler 3 und einem daran angeschlossenen Servicerechner 6 detaillierter.
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Der Feldbuskoppler 3 weist als zentralen Baustein eine Steuereinrichtung 30 auf, die beispielsweise eine Ablaufsteuerung (Microcontroller) umfasst. Die Steuereinrichtung 30 steht über eine Feldbusanschaltung 31 mit dem Feldbusanschluss 32 und damit dem Feldbus 2 in Verbindung und steht über eine Subbusanschaltung 33 mit dem Subbusanschluss 34 und damit dem Subbus 4 in Verbindung. Die Steuereinrichtung 30 ist durch ein Steuerprogramm dazu eingerichtet, über den Feldbus 2 empfangende Daten auf den Subbus 4 umzusetzen, und umgekehrt vom Subbus 4 empfangene Daten umzusetzen und über den Feldbus 2 weiterzuleiten.
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Zur Verbindung mit dem Serviceanschluss 36 und damit dem Servicerechner 6 ist zudem eine Servicebusanschaltung 35 vorgesehen, die ebenfalls mit der Steuereinrichtung 30 verbunden ist. Bei Verwendung einer USB-Verbindung zwischen dem Feldbuskoppler 3 und dem Servicerechner 6 wird der Serviceanschluss 36 auch als USB-Schnittstelle und die Servicebusanschaltung 35 als USB-Controller bezeichnet.
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Der in 2 beispielhaft dargestellte E/A-Baustein 5 weist ebenfalls eine Steuereinrichtung 50 auf, die neben einem nicht dargestellten Mikrocontroller einen Festwertspeicher 53 umfasst, in dem eine Datei 54 angelegt ist. Aus Gründen der einfacheren Darstellung sind weitere Komponenten des Moduls 5, beispielsweise Busanschaltungen oder E/A-Schaltungen, nicht dargestellt. Als Festwertspeicher 53 kann beispielsweise ein Flash-Speicher dienen, in dem auch Programme (Firmware) und Einstellungen des E/A-Bausteins 5 abgelegt sind.
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Beim Durchführen eines Servicevorgangs auf dem Servicerechner 6 wird ein Serviceprogramm 60 ausgeführt, das in der 2 schematisch anhand eines Programmfensters auf einem Bildschirm dargestellt ist. Das Serviceprogramm 60 bietet für den Anwender die jeweils gewünschte Servicefunktionalität, also beispielsweise die Möglichkeit, den Feldbuskoppler 3 und/oder die Module zu konfigurieren, einzurichten, zu warten oder Statusinformationen abzurufen.
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Mithilfe des Serviceprogramms 60 wird auch das anmeldungsgemäße Verfahren zum Kennzeichnen der E/A-Kanäle ausgeführt. Das Serviceprogramm 60 stellt dazu beispielsweise ein Abbild 61 des Ein-/Ausgabesystems dar, aus dem die E/A-Bausteine 5 und deren E/A-Kanäle 51, 52 ersichtlich sind. Zu jedem der E/A-Kanäle 51, 52 wird eine Möglichkeit bereitgestellt, die jeweilige Kennzeichnung DESC eingeben oder auslesen zu können. Dazu wird beispielsweise ein Ein- und/oder Ausgabefenster 62 eingeblendet. Anstelle einer graphisch unterstützen Ein- und Ausgabemöglichkeit für die Kennzeichnung DESC kann natürlich auch eine rein Text-basierte Ein- bzw. Ausgabe erfolgen. In dem Fall wird zum Einschreiben der Kennzeichnung DESC die Adresse ADR des E/A-Kanals eingegeben sowie die z. B. aus Kurzbezeichnung und Kanalbeschreibung bestehende Kennzeichnung DESC.
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Nach der graphisch unterstützen oder Text-basierten Eingabe der Kennzeichnung DESC wird diese unter Angabe der Adresse ADR an den Feldbuskoppler 3 und von dort an den entsprechenden E/A-Baustein 5 weitergeleitet. Die Kennzeichnung DESC wird derart in der Datei 54 abgelegt, dass sie zumindest mit der Kanalnummer des E/A-Kanals verknüpft ist.
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Zum Abrufen der Kennzeichnung DESC wird unter Angabe der Adresse ADR eine entsprechende Anfrage REQ vom Servicerechner 6 an den Feldbuskoppler 3 geschickt, der die Anfrage REQ an den adressierten E/A-Baustein 5 weiterleitet. Anhand der Kanalnummer wird die gesuchte Kennzeichnung aus der Datei 54 gelesen und von der Steuereinrichtung 50 des E/A-Bausteins 5 über den Feldbuskoppler 3 an den Servicerechner 6 zurückgeschickt.
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3 zeigt in ähnlicher Weise wie 1 ein weiteres Beispiel eines industriellen Automatisierungssystems. Bei diesem Beispiel ist ein Steuerungsrechner 1 unmittelbar über einen Feldbus 2 mit einem E/A-Baustein 5‘ verbunden. Anders als im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist der E/A-Baustein 5‘ also zum direkten Anschluss an den Feldbus 2 ausgebildet. Zu diesem Zweck weist er neben den Anschlüssen für die E/A-Kanäle 51, 52 einen Feldbusanschluss 55 auf. Optional kann auch bei einem solchen unmittelbar mit dem Feldbus 2 verbunden E/A-Baustein 5‘ eine Schnittstelle für einen lokal mit dem E/A-Baustein 5‘ verbundenen Servicerechner vorgesehen sein.
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Auch mit einem derartigen unmittelbar mit dem Feldbus 2 verbundenen E/A-Baustein 5‘ kann das anmeldungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, wobei eine Eingabe der Kennzeichnung DESC entweder über einen lokal angeschlossenen Servicerechner erfolgt oder auch, wie in der 3 angedeutet, von einem entsprechenden Serviceprogramm aus, das auf dem Steuerungsrechner 1 abläuft.
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Der E/A-Baustein 5‘ verfügt wiederum über einen Festwertspeicher zur Speicherung der Kennzeichnung DESC, die über den Feldbus 2 oder einen Servicebus übermittelt und wieder abgerufen werden kann. Eine Zuordnung erfolgt auch hier über eine eindeutige Adresse des entsprechenden E/A-Kanals 51, 52, wobei sich die Adresse ADR hier beispielsweise nur aus einer Subadresse des E/A-Bausteins 5‘ auf den Feldbus 2 sowie einer Kanalnummer für den E/A-Kanal 51, 52 zusammensetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuerungsrechner
- 2
- Feldbus
- 3
- Feldbuskoppler
- 4
- Subbus
- 5, 5‘
- E/A-Baustein
- 6
- Servicerechner
- 30
- Steuereinrichtung
- 31
- Feldbusanschaltung
- 32
- Feldbusanschluss
- 33
- Subbusanschaltung
- 34
- Subbusanschluss
- 35
- Servicebusanschaltung
- 36
- Servicebusanschluss
- 50
- Steuereinrichtung
- 51
- Eingabekanal
- 52
- Ausgabekanal
- 53
- Festwertspeicher
- 54
- Datei
- 55
- Feldbusanschluss
- 60
- Serviceprogramm
- 61
- Abbild
- 62
- Ein- und/oder Ausgabefenster
- DESC
- Kennzeichnung
- REQ
- Anfrage
