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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Projektierverfahren für
ein konfigurierbares System mit mehreren Komponenten zur Automatisierung
eines Steuerungsablaufs, insbesondere eines Bewegungsablaufs, wobei
jede Komponente während
des Steuerungsablaufs zur Realisierung der Automatisierung des Steuerungsablaufs
in regelmäßigen Zeitabständen über Kommunikationsbeziehungen
mit anderen Komponenten Informationen austauscht. Der Steuerungsablauf
kann dabei gesteuerte Bewegungen enthalten, z. B. ein Bewegen eines
Elements von einer Endstellung in eine andere Endstellung. Der Steuerungsablauf
kann aber auch geführte
Bewegungen enthalten, z. B. ein Verfahren eines Elements gemäß einem
vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil oder einer vorgegebenen Wegkurve.
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Im Stand der Technik gibt es viele
konfigurierbare, insbesondere auch modular aufgebaute Systeme zur
Automatisierung eines mechanischen Bewegungsablaufs. Falz- und Kuvertiermaschinen sind
beispielsweise so aufgebaut.
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Bei derartigen Systemen erfolgt in
den einzelnen Komponenten oftmals eine taktsynchrone deterministische
Kommunikation, die auf einer statischen Projektierung der Kommunikationsbeziehungen
beruht. Im Rahmen dieser Kommunikationsbeziehungen tauschen die
Komponenten während
des Steuerungsablaufs zur Realisierung der Automatisierung des Steuerungsablaufs
in regelmäßigen Abständen Informationen
aus.
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Die Projektierung der Kommunikationsbeziehungen
erfolgt in der Regel mittels eines vom Hersteller des modularen
Systems mitgelieferten Projektierwerkzeugs bzw. durch den Hersteller
der Steuerung des modularen Systems. Sie wird in das System bzw.
dessen Komponenten geladen. Die Projektierung ist bei jedem System
auf die jeweilige spezielle Konfiguration be schränkt. Änderungen durch den Betreiber
des Systems sind in aller Regel nicht möglich.
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Um auch dem Betreiber Konfigurationsänderungen
zu ermöglichen,
ist es denkbar, alle möglichen
Kommunikationsbeziehungen vorab zu projektieren. Diese Vorgehensweise
wäre jedoch
aus zwei Gründen
nachteilig. Zum einen erfolgte in diesem Fall stets ein Informationsaustausch
zwischen den Komponenten. Der Informationsaustausch erfolgte also auch
dann, wenn zwischen vorhandenen Komponenten keinerlei Nutzdaten
zu übertragen
sind. Dies führte
zu einer deutlichen Belastung des Kommunikationssystems. Darüber hinaus
müssten
Maßnahmen zur
Fehlerbehandlung vorgesehen werden, falls eine Komponente mit einer
anderen Komponente zu kommunizieren versucht, die bei der tatsächlichen
Konfiguration des Systems gar nicht vorhanden ist. Es müssten also
Maßnahmen
zur Fehlerbehandlung vorgesehen werden, wenn eine Komponente keine Kommunikationsantwort
erhält,
weil ihr Kommunikationspartner fehlt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein Projektierverfahren für ein gattungsgemäßes konfigurierbares
System zu schaffen, mittels dessen auch für den Betreiber des Systems
auf einfache Weise eine Umkonfigurierung des Systems nebst sich
daraus ergebender Umprojektierung des Systems möglich ist.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst,
- – dass
das System anhand der Topologie und Funktionalität seiner Komponenten aus einer
Vielzahl von Systemprojektierungen genau eine Systemprojektierung
auswählt,
- – dass
die ausgewählte
Systemprojektierung für jede
Komponente des Systems genau eine Komponentenprojektierung enthält,
- – dass
das System jede seiner Komponenten entsprechend der jeweiligen Komponentenprojektierung
projektiert und
- – dass
jede Komponente entsprechend ihrer Komponentenprojektierung die
Kommunikationsbeziehungen zu den anderen Komponenten einrichtet.
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Es ist möglich, dass die Topologie und
Funktionalität
der Komponenten dem System durch eine Benutzereingabe bekannt gemacht
wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Benutzereingabe
für mindestens
eine Komponente eine Vorgabe von dessen mechanischer und/oder elektrischer
Funktionalität
umfasst. Dies ist weiterhin der Fall, wenn die Benutzereingabe für mindestens
eine Komponente eine Vorgabe umfasst, mit mindestens einer weiteren Komponente
mechanisch und/oder elektrisch zusammenzuwirken. Die Benutzereingabe
umfasst also insbesondere das systemexterne Verhalten der Komponente,
aber gerade nicht die datentechnische Projektierung als solche.
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Alternativ ist es auch möglich, dass
das System die Topologie und Funktionalität seiner Komponenten selbsttätig ermittelt.
Im Fall einer vollständigen
Ermittlung der Topologie und Funktionalität der Komponenten ist selbstverständlich keine
Benutzereingabe mehr erforderlich.
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Es ist auch möglich, dass das System nur
die Topologie der Komponenten ermittelt und einen Benutzer beim
Ermitteln der Systemprojektierung unterstützt. Z. B. kann das System
beispielweise eine Vorauswahl treffen und dem Benutzer nur die noch
verbleibenden Möglichkeiten
zur Auswahl anbieten.
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Das Erkennen der Topologie der Komponenten
kann typischerweise über
eine Steckplatzerkennung, gegebenenfalls in Verbindung mit einer
Typerkennung der einzelnen Komponenten, erfolgen. Gegebenenfalls
kann – eine
geeignete Kommunikationsstruktur vorausgesetzt – auch jede Komponente ihre
nächsten
Nachbarn bestimmen und die Topologie anhand dieser Information ermittelt
werden.
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Zur Ermittlung der Komponenten ist
es auch möglich,
dass eine Zentraleinheit aus den Komponenten die Komponenten typisierende
Codes ausliest. Vorzugsweise aber liest die Zentraleinheit aus den
Komponenten sogar die Komponenten individualisierende Komponentencodes – z. B.
MAC-Adressen (MAC = medium access control) – aus und ermittelt anhand
der Komponentencodes die Komponenten. Die Komponentencodes sind
also derart, dass auch zwei identische Komponenten voneinander verschiedene
Codes aufweisen. Die Ermittlung des Typs erfolgt dann durch die
Zentraleinheit anhand einer Zuordnung des Komponententyps zum ermittelten Komponentencode.
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Es ist möglich, dass die Vielzahl von
Systemprojektierungen zentral hinterlegt ist und die Komponentenprojektierungen
der ausgewählten
Systemprojektierung an die Komponenten übermittelt werden. In diesem
Fall können
die Systemprojektierungen alternativ innerhalb einer Zentraleinheit
oder außerhalb
des Systems hinterlegt sein.
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Es ist aber auch möglich, dass
die Komponentenprojektierungen in den jeweiligen Komponenten hinterlegt
sind und dass die Zentraleinheit an die Komponenten Auswahlbefehle
zum Auswählen
der Komponentenprojektierung der ausgewählten Systemprojektierung übermittelt.
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In beiden Fällen aktivieren die Komponenten die
von ihnen eingerichteten Kommunikationsbeziehungen erst auf Grund
eines gemeinsamen Aktivierungskommandos.
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Vorzugsweise wird die Topologie der
Komponenten einem Anwenderprogramm zugänglich gemacht. Denn dann kann
die Implementierung von Kommunikationen im Rahmen des Anwenderprogramms
optimiert werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
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1 ein
konfigurierbares System zur Automatisierung eines Steuerungsablaufs,
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2 ein
Ablaufdiagramm,
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3 eine
Systemprojektierung,
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4 bis 7 Ablaufdiagramme und
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8 eine
Komponente des konfigurierbaren Systems.
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Gemäß 1 weist ein System zur Automatisierung
eines industriellen Steuerungsablaufs, insbesondere eines Bewegungsablaufs,
eine Zentraleinheit 1 und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 auf.
Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 2 wird nachfolgend als
HMI 2 (human-machine-interface 2) bezeichnet.
Von der Zentraleinheit 1 geht ein Kabel 3 zu einem
Steckplatz 4 ab. Von dort führt ein weiteres Kabel 3 zu
einem weiteren Steckplatz 4 usw. Vom letzten Steckplatz 4 führt dann
ein Kabel 3 zur HMI 2, die ebenfalls über ein
Kabel 3 mit der Zentraleinheit 1 verbunden ist.
In jeden der Steckplätze 4 ist
ein Modul 5 einsteckbar.
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Das System zur Automatisierung des
Steuerungsablaufs weist somit einen zyklischen Aufbau auf. Es besteht
in aller Regel aus der Zentraleinheit 1, dem HMI 2 sowie
mehreren Modulen 5. Die Module 5 sind austauschbar.
Sie bilden zusammen mit der Zentraleinheit 1 und der HMI 2 die
Komponenten 1, 2, 5 des Systems. Je nach
dem, welche Module 5 verwendet werden, wie die einzelnen
Module 5 mechanisch und/oder elektrisch zusammenwirken
und wie die Module 5 angeordnet, verschaltet und projektiert
sind, ergibt sich eine andere Konfiguration des Systems. Das System
ist also konfigurierbar.
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Jede Komponente 1, 2, 5 des
Systems kann sowohl mit seinem linken als auch mit seinem rechten
Nachbarn kommunizieren. Es bestehen also Kommunikationsbeziehungen
zwischen Nachbarn. Über
die Kommunikationsbeziehungen tauschen die Komponenten 1, 2, 5 zur
Realisierung der Automatisierung des Steuerungsablaufs, also im
Normalbetrieb, untereinander Informationen aus. Der Informationsaustausch
erfolgt dabei bezüglich
jeder Komponente 1, 2, 5 alternierend
nach links und nach rechts. Die Kommunikationen erfolgen auch in
regelmäßigen Zeitabständen T,
z. B. gemäß dem IRTE-Protokoll (IRTE
= industrial real time ethernet).
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Beim Systemstart führt die
Zentraleinheit 1 gemäß 2 folgendes Verfahren aus:
Zunächst fragt
die Zentraleinheit 1 in einem Schritt 21 von einem Bediener 6 die
Topologie und Funktionalität
der Komponenten ab. Sodann wählt
die Zentraleinheit 1 in einem Schritt 22 anhand der vorgegebenen
Topologie und Funktionalität
der Komponenten aus einer Vielzahl von Systemprojektierungen SP1, ...,
SPn genau eine Systemprojektierung SPi aus. i ist dabei der Index
der ausgewählten
Systemprojektierung.
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Gemäß 1 ist die Vielzahl von Systemprojektierungen
SP1 ... SPn zentral hinterlegt, und zwar innerhalb der Zentraleinheit 1.
Alternativ ist es auch möglich,
wie in 1 gestrichelt
angedeutet, dass die Systemkonfigurationen SP1, ..., SPn zwar zentral,
aber außerhalb
der Zentraleinheit 1 und sogar außerhalb des Systems hinterlegt
sind. In diesem Fall können
die Systemprojektierungen SP1,..., SPn beispielweise in einem Zentralrechner 7 hinterlegt sein,
zu dem die Zentraleinheit 1 über ein Rechnernetz 8,
z. B. das Internet 8, Zugang hat. Auch Mischformen sind
denkbar. Beispielsweise könnte
in der Zentraleinheit 1 eine Abbildungsvorschrift hinterlegt sein,
z. B. in Form einer Look-up-Table, anhand derer aus der Topologie
und Funktionalität
der Komponenten 1, 2, 5 des Systems die
benötigte
Systemprojektierung SPi ermittelbar ist. Die Systemprojektierungen
SP1 ... SPn könnten
z.B. im Zentralrechner 7 hinterlegt sein.
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Gemäß 3 enthält jede der Systemprojektierung
SP1,..., SPn, also insbesondere auch die ausgewählte Systemprojektierung SPi,
für jede
Komponente 1, 2, 5 eine Komponentenprojektierung KP1i,...,
KPmi. Die Zentraleinheit 1 übermittelt daher in einem Schritt
23 die Komponentenprojektierungen KP1i, ..., KPmi an die HMI 2 und
die Module 5. Eine Übermittlung
an die Zentraleinheit 1 selbst kann (trivialerweise) entfallen.
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In einem Schritt 24 wartet die Zentraleinheit 1 dann
ab, ob sie von der HMI 2 und den Modulen 5 Bestätigungen
erhält,
dass diese ihre Projektierung erfolgreich abschließen konnten.
Erst nach Erhalt der Bestätigungen übermittelt
die Zentraleinheit 1 in einem Schritt 25 ein gemeinsames
Aktivierungskommando an die Komponenten 2, 5.
Sodann macht sie in einem Schritt 26 zumindest die Topologie der
Komponenten 1, 2, 5 einem Anwenderprogramm
zugänglich.
Schließlich
nimmt sie in einem Schritt 27 ihren Normalbetrieb auf.
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Die Komponenten 1, 2, 5 projektieren
sich gemäß 4 in einem Schritt 42 entsprechend
der jeweiligen Komponentenprojektierung KPji selbst. Sie richten
also im Schritt 42 die Kommunikationsbeziehungen zu ihren benachbarten
Komponenten 1, 2, 5 ein. Mit Ausnahme
der Zentraleinheit 1 nehmen die Komponenten 2, 5 dabei
zuvor in einem Schritt 41 ihre jeweilige Komponentenprojektierung
KPji entgegen.
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Sodann testen die Komponenten 1, 2, 5 in
einem Schritt 43 ihre Kommunikationsbeziehungen. Wenn die Kommunikationsbeziehungen
zu den anderen Komponenten 1, 2, 5 ordnungsgemäß eingerichtet
werden konnten, übermitteln
die Komponenten 2, 5 in einem Schritt 45 eine
Bestätigungsmeldung
an die Zentraleinheit 1. Sodann warten sie in einem Schritt
46 die Übermittlung
des Aktivierungskommandos ab. Erst nach dessen Erhalt nehmen sie in
einem Schritt 47 ihren Normalbetrieb auf.
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Wenn die Kommunikationsbeziehungen
im Schritt 44 nicht für
ordnungsgemäß befunden
wurden, wird zu einem Schritt 48 verzweigt. In diesem Schritt 48
senden die Komponenten 2, 5 eine Fehlermeldung
an die Zentraleinheit 1.
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Das oben stehend beschriebene Projektierverfahren
ist stets ausführbar,
ist aber für
den Bediener 6 umständlich.
Erheblich komfortabler für
den Bediener 6 ist es, wenn das System selbst die Auswahl der
Systemprojektierung SPi vornimmt, soweit dies möglich ist. Ein derartiges Vorgehen
wird nachfol gen in Verbindung mit 5 beschrieben.
Das Ablaufdiagramm der 5 ist
dabei im wesentlichen eine Ausgestaltung des Schrittes 21 von 2.
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Gemäß 5 fragt die Zentraleinheit 1 in
einem Schritt 51 beim Benutzer 6 zunächst ab, welche Komponente 5 in
dem ersten Steckplatz 4 angeordnet ist. Danach prüft die Zentraleinheit 1 in
einem Schritt 52, ob die eingegebene Komponente 5 nur eine
einzige mechanische und/oder elektrische Funktionalität ausführen kann.
Kann die Komponente 5 mehrere Funktionalitäten ausführen, wird
die zu realisierende Funktionalität von der Zentraleinheit 1 in
einem Schritt 53 beim Benutzer 6 abgefragt. Ansonsten fährt die
Zentraleinheit 1 direkt mit einem Schritt 54 fort.
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Im Schritt 54 überprüft die Zentraleinheit 1, ob
die Kommunikationsbeziehungen der zuletzt eingegebenen Komponente 5 eindeutig
sind. Wenn dies nicht der Fall ist, fragt die Zentraleinheit 1 in
einem Schritt 55 beim Benutzer 6 ab, mit welchen weiteren Komponenten 1, 2, 5 die
eingegebene Komponente 5 mechanisch und/oder elektrisch
zusammenwirken soll. Sodann wird in einem Schritt 56 überprüft bzw. abgefragt,
ob alle Module 5 eingegeben sind. Wenn dies nicht der Fall
ist, wird zum Schritt 51 zurückgesprungen,
ansonsten mit dem Schritt 22 von 2 fortgefahren.
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Die Benutzereingaben umfassen gemäß 5 also für die Komponenten 5 sowohl
eine Vorgabe von deren mechanischer und/oder elektrischer Funktionalität als auch
eine Vorgabe, mit welchen weiteren Komponenten 1, 2, 5 sie
mechanisch und/oder elektrisch zusammenwirken sollen. Die Eingaben
werden dabei aber nur dann abgefragt, wenn sie zur Bestimmung der
Systemprojektierung SPi erforderlich sind.
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Wie in 1 gestrichelt
angedeutet ist, kann anstelle des Schrittes 51 auch ein Schritt
57 ausgeführt
werden. Im Schritt 57 fragt die Zentraleinheit 1 von sich
aus die ein zelnen Steckplätze 4 ab
und ermittelt, welche Module 5 in den Steckplätzen 4 angeordnet
sind. Sie ermittelt also selbsttätig
die Topologie der Komponenten 1, 2, 5 des
Systems.
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Wenn aufgrund der ermittelten Module 5 auch
die Funktionalität
der Komponenten 5 bereits eindeutig ist, kann das System
anhand der selbsttätig ermittelten
Komponenten 1, 2, 5 und deren Topologie auch
seine Systemprojektierung SPi selbsttätig ermitteln. Auch wenn dies
nicht der Fall ist, können
zumindest die Eingaben, die der Bediener 6 leisten muss,
auf ein Minimum reduziert werden. Auch in diesem Fall unterstützt das
System also den Bediener 6 beim Ermitteln der Systemprojektierung
SPi.
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Die Abfrage der einzelnen Steckplätze 4 ist in
an sich bekannter Weise beispielsweise mittels Steckplatzkennung
und/oder (physikalischer) Steckplatzadressierung möglich. Durch
die Abfrage der Steckplätze 4 kann
beispielsweise der Typ der vorhandenen Module 5 ermittelt
werden. Es ist aber auch möglich,
dass die Zentraleinheit 1 gemäß 6 aus den Komponenten 2, 5 zunächst in
einem Schritt 61 Komponentencodes ausliest. Die Komponentencodes
individualisieren dabei die jeweilige Komponente 5. Sie
typisieren also nicht nur die Komponente 5, sondern unterscheiden
sie auch von anderen Komponenten 5 des gleichen Typs. Sie
sind also eindeutig für
die jeweilige physikalisch vorhandene Komponente 5.
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Die Komponentencodes sind nach einem vorbekannten
Schema aufgebaut. Die Zentraleinheit 1 ist daher in der
Lage, anhand der im Schritt 61 abgefragten Komponentencodes die
Komponenten 5 (bzw. deren Typ, was das Entscheidende ist)
zu ermitteln.
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Wenn anhand der vom System selbsttätig ermittelten
Topologie die korrespondierende Systemprojektierung SPi noch nicht
eindeutig ermittelbar ist, wird vorzugsweise das Verfahren gemäß 7 durchgeführt.
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Gemäß 7 ermittelt die Zentraleinheit 1 in einem
Schritt 71 zunächst
die Topologie des Systems. Sodann ermittelt sie in einem Schritt
72 die möglichen
Systemprojektierungen SPi und deren Anzahl. In einem Schritt 73 überprüft sie dann,
ob diese Anzahl gleich Eins ist. Wenn dies der Fall ist, wird mit Schritt
22 von 2 fortgefahren.
Ansonsten wird in einem Schritt 74 vom Bediener 6 eine
Eingabe abgefragt, anhand derer die Systemprojektierung SPi genauer
bestimmbar ist. Vom Schritt 74 aus wird wieder zum Schritt 72 zurückgesprungen.
Je nach der Art der verwendeten Komponenten 1, 2, 5 kann
das System anhand seiner Topologie also teilweise oder vollständig die
Systemprojektierung SPi des Systems ermitteln. Auch hier wird der
Benutzer 6 so weit wie möglich unterstützt.
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Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform
der beschriebenen Erfindung sind die Systemprojektierungen SP1,...,
SPn zentral in der Zentraleinheit 1 oder außerhalb
des Systems hinterlegt. Gemäß 8 ist es aber auch möglich, dass
die Komponentenprojektierungen KPji in den jeweiligen Komponenten 2, 5 hinterlegt
sind. In diesem Fall muss der Schritt 23 von 2 modifiziert werden. Anstelle der Übermittlung
der Komponentenprojektierungen KPji selbst übermittelt die Zentraleinheit 1 dann
nur noch Auswahlbefehle zum Auswählen
der jeweiligen Komponentenprojektierung KPji an die Komponenten 2, 5.
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Mittels des erfindungsgemäßen Projektierverfahrens
ist somit auf einfache Weise eine Umkonfigurierung des Systems nebst
hierbei erforderlicher Umprojektierung bzw. Neuprojektierung des
Systems durch den Endanwender bzw. Benutzer 6 möglich.