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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Parametrierung von Software-Prozesssignalverbindungen
zwischen Regelungsmodulen, Steuermodulen und/oder Ein-/Ausgabemodulen
eines Antriebsgerätes.
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Zur Regelung und/oder Steuerung von
industriellen Antrieben, insbesondere zur Regelung und/oder Steuerung
von Antrieben bei Werkzeug- oder Produktionsmaschinen, wobei unter
Produktionsmaschinen auch Roboter zu verstehen sind, werden in der
Regel sogenannte Antriebsgeräte
verwendet. Jedem Antrieb, welcher z.B. aus einem Motor, einer Last
und einem Getriebe besteht, ist heute in der Technik üblicherweise
jeweils ein Antriebsgerät
zur Regelung und/oder Steuerung zugeordnet.
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Ein Antriebsgerät setzt sich dabei bisher in der
Regel aus einem einzelnen Regelungsmodul, einer elektrischen Ein-/Ausgabeschnittstelle
sowie einem elektrischen Leistungssteller zur Steuerung bzw. Speisung
des Motors des Antriebes zusammen. Das Regelungs- oder Steuermodul
ist dabei üblicherweise
als Softwaremodul auf einen Mikroprozessorsystem realisiert. Von
einer übergeordneten
Regelung und/oder Steuerung wird über eine elektrische Eingabeschnittstelle
des Antriebsgerätes
z.B, ein Drehzahlsollwert dem Antriebsgerät zugeführt. Der Drehzahlsollwert wird
dann innerhalb des Antriebsgeräts
dem Regelungsmodul zugeführt,
welcher die Drehzahl des Motors entsprechend dem Drehzahlsollwert
regelt. Durch einen weiteren Eingang der Eingangsschnittstelle wird
hierzu dem Antriebsgerät eine
Ist-Motordrehzahl zugeführt.
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In vielen Anwendungen müssen zwischen den
verschiedenen Antrieben der Maschine Prozessdaten ausgetauscht werden.
Beispiele hierfür
sind Leit-/Folge-Antriebe, Master/Slave-An triebe, Gantry-Antriebe
und redundante Antriebskonzepte. Dieser Prozessdatenaustausch muss
in der Regel schnell, bzw. in Echtzeit und zuverlässig funktionieren,
da von ihm die Regelungsqualität
und die Betriebssicherheit der Maschine abhängig sind. Da, wie schon oben
erwähnt,
jedem Antrieb bisher genau ein Antriebsgerät zugeordnet ist, werden die
entsprechenden Prozessdaten mittels elektrischer Verbindungen zwischen
zwei oder mehreren Antriebsgeräten
ausgetauscht. Der Prozessdatenaustausch zwischen Antriebsgeräten wird
heutzutage durch verschiedene Ansätze gelöst:
- – Die Antriebsgeräte kommunizieren
ihre Prozessdaten untereinander über
eine direkte elektrische Verdrahtung, die digitale oder analoge
Signale übermittelt
und vom Anwender projektiert werden muss.
- – Die
Antriebsgeräte
kommunizieren ihre Prozessdaten untereinander über einen digitalen Feldbus.
Die Kommunikation kann dabei entweder auf einem Umweg über einen
Master-Feldbusteilnehmer
(z.B. übergeordnete
Regelung oder Steuerung) oder direkt zwischen den Antriebsgeräten erfolgen.
Hierfür
ist neben der entsprechenden Parametrierung der einzelnen Antriebsgeräte auch
eine Projektierung bzw. Programmierung einer übergeordneten Feldbuskommunikation
notwendig.
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Moderne Mikroprozessorsysteme sind
leistungsfähig
genug um mehrere Regelmodule oder Steuermodule innerhalb eines einzelnen
Antriebsgerätes
simultan in Echtzeit rechnen zu können.
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Aufgrund der vielfältigen applikativen
Anforderungen ist beim Austausch von Prozessdaten zwischen den einzelnen
Modulen innerhalb eines solchen sehr leistungsfähigen Antriebsgerätes in der Software
ein flexibles Verbindungskonzept von Software-Prozesssignalverbindungen
zwischen den einzelnen Modulen (z.B. zwischen zwei Regelungsmodulen)
erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
einfaches und flexibles Verfahren zur Parametrierung von Software-Prozesssignalverbindungen
zwischen Regelungsmodulen, Steuermodulen und/oder Ein-/Ausgabemodulen
eines Antriebsgerätes
zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird für das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch gelöst,
dass jedem Modul mindestens eine Signalsenke und/oder mindestens
eine Signalquelle als Konnektortyp zugeordnet ist, wobei jeder Signalquelle,
ein aus einem Signalbezeichner und einer Parameternummer bestehender
modulspezifischen Signalquellenbezeichnungsparameter und jeder Signalsenke
ein entsprechend aufgebauter modulspezifischer Signalsenkenbezeichnungsparameter,
sowie ein parametrierbarer Verbindungsparameter, zugewiesen ist,
wobei zur Verbindung eines Prozesssignals zwischen einer Signalquelle
und einer Signalsenke die Parameternummer des zugehörigen Signalquellenbezeichnungsparameters
als Verbindungsparameter der zugehörigen Signalsenke eingetragen
wird.
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Weiterhin wird die Aufgabe für das erfindungsgemäße Verfahren
alternativ dadurch gelöst, dass
jedem Modul mindestens eine Signalsenke und/oder mindestens eine
Signalquelle als Konnektortyp, sowie eine modulspezifische Indexnummer zugeordnet
ist, wobei jeder Signalquelle, ein aus einem Signalbezeichner und
einer Parameternummer bestehender Signalquellenbezeichnungsparameter und
jeder Signalsenke ein entsprechend aufgebauter Signalsenkenbezeichnungsparameter,
sowie ein parametrierbarer Verbindungsparameter, zugewiesen ist,
wobei zur Verbindung eines Prozesssignals zwischen einer Signalquelle
und einer Signalsenke die Parameternummer des zugehörigen Signalquellenbezeichnungsparameters,
sowie die Indexnummer des signalerzeugenden Moduls als Verbindungsparameter
der zugehörigen
Signalsenke eingetragen wird.
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Eine erste vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Definition, ob
es sich bei dem Kon nektortyp um eine Signalquelle oder eine Signalsenke
handelt, anhand einer Buchstabencodierung des Signalbezeichners
durchgeführt
wird. Hierdurch wird eine besonders einfache Codierung bzw. Unterscheidung
zwischen einer Signalquelle und einer Signalsenke sichergestellt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Codierung der Parameternummer
in Form einer Zahlencodierung durchgeführt wird. Hierdurch lässt sich
eine beliebige Anzahl von Parameternummern definieren.
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Das Verfahren eignet sich besonders
zur Parametrierung von Software-Prozesssignalverbindungen zwischen
Regelungsmodulen, Steuermodulen und/oder Ein-/Ausgabemodulen eines
Antriebsgerätes
zur Regelung und/oder Steuerung von Antrieben bei Werkzeug- oder
Produktionsmaschinen, da in diesen Anwendungsgebieten die Maschinen
häufig mehrere
Antriebe besitzen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
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3 ein Übersichtsbild
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In 1 ist
in Form eines Blockschaltbildes ein Antriebsgerät 4 dargestellt. Das
Antriebsgerät 4 beinhaltet
physikalisch ein nicht dargestelltes Mikroprozessorsystem sowie
zwei Ein-/Ausgabemodule 3 und 9. Auf dem Mikroprozessorsystem
existieren in Form von Softwaremodulen die beiden Regelungsmodule 1 und 2,
welche simultan vom Mikroprozessorsystem berechnet werden. Auf dem
Ein-/Ausgabemodul 3 befinden sich ein Analog-Digitalumsetzer 5 und
ein Digital-Analogumsetzer 6. Zwischen den einzelnen Modulen 1, 2, 3 und 9 des
Antriebsge räts 4,
besitzt jedes Modul, zur Parametrierung der Software-Prozesssignalverbindungen 27, 28, 29 und 30 zwei
unterschiedliche Konnektortypen zur Verbindung der Module. Ein signalerzeugender
Konnektortyp wird als Signalquelle bezeichnet, ein signalverbrauchender
Konnektortyp wird als Signalsenke bezeichnet. In dem Ausführungsbeispiel
ist dem Regelungsmodul 1 die Signalsenke 15 und
die Signalquelle 13 zugeordnet, dem Regelungsmodul 2 ist
die Signalsenke 17 und die Signalquelle 14 zugeordnet, dem
Ein-/Ausgabemodul 3 ist die Signalquelle 12 und die
Signalsenke 16 zugeordnet und dem Ein-/Ausgabemodul 9 ist
die Signalquelle 19 und die Signalsenke 18 zugeordnet.
In dem Ausführungsbeispiel
ist der Übersichtlichkeit
halber in der Darstellung jedem Modul nur jeweils eine Signalquelle
und eine Signalsenke zugeordnet, selbstverständlich kann aber ein Modul
im Prinzip beliebig viele Signalsenken und/oder Signalquellen besitzen.
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In der Software besitzt jede Signalquelle
einen modulspezifischen Signalquellenbezeichnungsparameter und jede
Signalsenke einen Signalsenkenbezeichnungsparameter. Die Signalquelle 12 ist durch
den Signalquellenbezeichnungsparameter R99 gekennzeichnet, die Signalquelle 13 ist
durch den Signalquellenbezeichnungsparameter R98 gekennzeichnet,
die Signalquelle 14 ist durch den Signalquellenbezeichnungsparameter
R100 gekennzeichnet und die Signalquelle 19 ist durch den
Signalquellenbezeichnungsparameter R101 gekennzeichnet.
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Die Signalsenke 15 ist durch
den Signalsenkenbezeichnungsparameter P98 gekennzeichnet, die Signalsenke 16 ist
durch den Signalsenkenbezeichnungsparameter P99 gekennzeichnet,
die Signalsenke 17 ist durch den Signalsenkenbezeichnungsparameter
P100 gekennzeichnet und die Signalsenke 18 ist durch den
Signalsenkenbezeichnungsparameter P101 gekennzeichnet.
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Jeder Signalquellenbezeichnungsparameter setzt
sich aus einem Signalbezeichner und einer Parameternummer zusammen.
Der Signalquellenbezeichnungsparameter R99 der Signalquelle 12 setzt sich
z.B. aus dem Signalbezeichner R und der Parameternummer 99 gemäß 1 zusammen. Entsprechend
setzen sich auch die anderen Signalsenkenbezeichnungsparameter jeweils
aus einem Signalbezeichner und einer Parameternummer, wie in 1 dargestellt, zusammen.
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Die Signalbezeichner besitzen dabei
eine Buchstabencodierung, während
die Parameternummer als numerische Zahl codiert sind. Eine Signalquelle
wird dabei im Ausführungsbeispiel
durch einen Buchstaben R und eine Signalsenke durch einen Buchstaben
P als Signalbezeichner gekennzeichnet. Besitzt ein Modul mehrere
Signalsenken, so kann dies gegebenenfalls durch weitere Stellen
innerhalb der Parameternummer codiert werden. Selbstverständlich ist
es auch denkbar, den Signalquellenbezeichnungsparameter und/oder
den Signalsenkenbezeichnungsparameter in Form einer rein numerischen
Kodierung zu kodieren. Dies mindert jedoch die Übersichtlichkeit bei der Parametrierung
der Software-Prozesssignalverbindungen. Selbstverständlich können auch
andere Buchstaben als R und P oder Buchstabenkombinationen zur Kodierung
des Signalbezeichners verwendet werden.
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Jeder Signalsenke 15, 16, 17 und 18 ist
zur Parametrierung der Software-Prozesssignalverbindungen 27, 28, 29 und 30 ein
parametrierbarer Verbindungsparameter zugewiesen. Zur Verbindung
der Software-Prozesssignalverbindungen 27, 28, 29 und 30 zwischen
der jeweiligen Signalquelle und der jeweiligen Signalsenke wird
zur Parametrierung die Parameternummer des zugehörigen Signalquellenbezeichnungsparameters,
als Verbindungsparameter der zugehörigen Signalsenke eingetragen.
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Durch den A/D-Umsetzer 5 (Analog-Digital-Umsetzer)
im Ein- /Ausgabemodul 3,
wird z.B. ein elektrisches Eingangssignal 10 (z.B. eine
Ist-Regelgröße oder
ein Sollwertsignal von einer übergeordneten
Regelung und/oder Steuerung) digitalisiert und steht in der Software
an der Signalquelle 12 zur Ausgabe zur Verfügung. Soll
nun im Ausführungsbeispiel,
z.B. dieser Soll wert an das Regelungsmodul 1 weitergeleitet
werden, so muss die Software-Prozesssignalverbindung 27 parametriert
werden. Hierzu wird als Verbindungsparameter der Signalsenke 15,
die Parameternummer des zugehörigen
Signalquellenbezeichnungsparameter der Signalquelle 12 eingetragen.
In dem Ausführungsbeispiel
ist dies die Zahl 99.
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Entsprechend dem Ausführungsbeispiel
in 1 können auf
dieselbe Art und Weise die Software-Prozesssignalverbindungen 28, 29 und 30 parametriert
werden. Wie in 1 gezeigt,
können
einer Signalquelle 13 auch mehrere Signalsenken 17, 16 zugeordnet
werden. Durch den D/A-Umsetzer 6 (Digital-Analog-Umsetzer) kann, wie
in 1 gezeigt, ein Prozesssignal
vom Regelmodul 1 in ein elektrisches Ausgangssignal 11,
z.B. zur Ansteuerung eines externen Leistungsstellers verwendet
werden.
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Aus zwei früheren Anmeldungen der Anmelderin
ist ein Datennetzwerk zur Verbindung von Maschinenkomponenten bekannt,
bei dem mittels einer physikalischen Punkt-zu-Punktverbindung in
Form einer physikalischen Ethernetverbindung 31 oder vergleichbaren
Verbindung, Maschinenkomponenten, wie z.B. Antriebsgeräte, Leistungssteller
und Motoren miteinander verbunden werden können.
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Über
eine solche Ethernetverbindung 31 kann z.B. die Software-Prozesssignalverbindung 30 direkt über das
Ein-/Ausgabemodul 9, welches z.B. in Form einer Ethernetschnittelle
realisiert sein kann, direkt mit externen Maschinenkomponenten wie
z.B. einem Leistungssteller und/oder gegebenenfalls auch einem weiteren
Antriebsgerät
und/oder einem externen Ein-/Ausgabemodul und/oder einer übergeordneten
Regelung und/oder einer übergeordneten Steuerung
zum Austausch von Prozessdaten miteinander verbunden werden.
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Selbstverständlich können auf die gleiche Art und
Weise durch das erfindungsgemäße Parametrierverfahren
auch die externen Maschinenkomponenten, dem Antriebsgerät 4 Daten
zur Verfügung stellen.
Diese würden
dann z.B. an der Signalquelle 19 z.B. für die Regelmodule 1 und 2 zu
Verfügung stehen.
Mittels jeweils einer zusätzlichen,
in 1 der Übersichtlichkeit
halber nicht mehr dargestellten Signalsenke, an den Regelungsmodulen 1 und 2 können die
zwei dafür
notwendigen zusätzlichen Software-Prozesssignalverbindungen
leicht parametriert bzw. hergestellt werden.
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Dadurch, dass die Verbindungsparameter der
jeweiligen Signalsenke jederzeit frei parametrierbar sind, können die
Software-Prozesssignalverbindungen im Antriebsgerät jederzeit
an die vielfältigen applikativen
Anforderungen angepasst bzw. verändert
werden. Eine Änderung
der Software-Prozesssignalverbindungen kann während der Laufzeit der Maschine
vorgenommen werden. Eine Änderung
der Software-Prozesssignalverbindungen kann außerdem durch eine Parametersatzumschaltung
für eine große Anzahl
von Verbindungsparameter gleichzeitig und zeitlich konsistent erfolgen.
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Selbstverständlich können die Ein-/Ausgabemodule
auch in Form von Busschnittstellen z.B. zur Kommunikation mit einer übergeordneten
Regelung und/oder Steuerung über
ein Bussystem vorliegen. Die Ein-/Ausgabemodule können dabei
im Hinblick auf ein modular aufgebautes System leicht im Antriebsgerät 4 ausgetauscht
werden, sie können aber
auch fester integraler Bestanteil des Antriebsgerätes 4 sein.
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In 2 ist
in Form eines Blockschaltbildes ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
gezeigt.
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2 stimmt
im wesentlichen mit 1 überein.
Gegenüber
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 besitzt in 2 jedoch jedes Modul 1, 2, 3 und 9 eine
in der jeweiligen oberen linken Ecke des Moduls dargestellte Indexnummer.
Das Regelungsmodul 1 besitzt die Indexnummer 1.
Das Regelungsmodul 2 besitzt die Indexnummer 2,
das Ein-/Ausgabemodul 3 besitzt die Indexnummer
3,
das Ein-/Ausgabemodul 9 besitzt die Indexnummer 4.
Gegenüber dem
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
die Indexnummer ein Bestandteil des Verbindungsparameters. Zur Parametrierung
der Software-Prozesssignalverbindungen zwischen den Modulen wird
einer Signalquelle und einer Signalsenke die Parameternummer des
zugehörigen
Signalquellenbezeichnungsparameters, sowie die Indexnummer des signalerzeugenden
Moduls als Verbindungsparameter der zugehörigen Signalsenke eingetragen.
In dem Ausführungsbeispiel wird
die Indexnummer durch einen Punkt von der Parameternummer der Signalquelle
getrennt.
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Zur Herstellung z.B. der Software-Prozesssignalverbindung 27 wird
als Verbindungsparameter die Zahl 97.3 eingetragen, wobei
die Zahl 97 von der Parameternummer der Signalquelle 12 herrührt und die
Indexnummer mit der Zahl 3 von der Indexnummer des Ein-/Ausgabemoduls 3 herrührt. Durch
diese alternative Adressierungsmöglichkeit
können,
wie im Ausführungsbeispiel
anhand der übrigen
Verbindungen gemäß 2 gezeigt ist, sowohl Signalquellenbezeichnungsparameter
als auch Signalsenkenbezeichnungsparameter mehrfach vorhanden sein.
Anhand der unterschiedlichen modulspezifischen Indexnummern ist
dennoch eine eindeutige Zuordnung von Signalsenke zu Signalquelle
möglich.
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In 3 ist
in Form eines Blockschaltbildes ein Übersichtbild dargestellt. Das
Antriebsgerät 4 ist dabei über eine
Ethernetverbindung oder über
eine Verbindung 34 mittels eines Bussystems mit einer übergeordneten
Regelung und/oder Steuerung 7 zum Austausch von Prozessdaten
miteinander verbunden. Weiterhin ist das Antriebsgerät über jeweils eine
separate Ethernetverbindung 35 bzw. 37 mit zwei
Leistungstellern 8 und 9 zum steuern der Motoren 32 und 33 verbunden.
Die Leistungsteller befinden sich gegenüber der in der Technik üblicherweise verwendeten
Antriebsgeräten
außerhalb
des Antriebsgerätes. Über die
entsprechende Verbindung kann nun z.B. die übergeordnete Regelung und/oder Steuerung 7,
ein Sollwertsig nal zur Regelung der Motordrehzahl des Motors 32 an
ein Regelmodul innerhalb des Antriebgeräts 4 senden. Von einem
nicht näher
dargestellten Geber im Motor 32 wird die Ist-Motordrehzahl des
Motors 32 über
die Verbindungen 36 und 35 dem Antriebsgerät zur Regelung
der Motordrehzahl zugeführt.
Das entsprechende Ausgangssignal des Regelmoduls wird über die
Ethernetverbindung 35 an den Leistungsteller 8 zur
Steuerung bzw. Regelung des Motors 36 ausgegeben. Entsprechend wird
die Regelung des Motors 33 mittels eines zweiten Regelmoduls
im Antriebsgerät 4 durchgeführt.
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Dadurch, dass mehrere Regelungsmodule und/oder
Steuermodule innerhalb eines einzelnen Antriebgerätes in Verbindung
mit den erfindungsgemäßen Verfahren
realisiert sind ergeben sich folgende zusätzlichen Vorteile:
- – Zusätzlicher
Verdrahtungsaufwand zur Verbindung von Antriebsgeräten auf
denen jeweils nur ein Modul wie z.B. ein Regelmodul realisiert ist, entfällt, dadurch
werden Kosten und Fehlerquellen reduziert.
- – Bei
einer auf einem Feldbus basierenden Kommunikation wird Übertragungsbandbreite
auf den Feldbus eingespart. Falls der Feldbus nur für die Kopplung
der Antriebsgeräte
untereinander verwendet wurde, kann er ganz entfallen.
- – Der
Inbetriebnahmeaufwand verringert sich, weil z.B. keine Programmierung
bzw. Projektierung der zusätzlichen
Feldbuskommunikation erforderlich ist. Da der Umweg über einen
Feldbus, eventuell auch über
einen externen Master als Datenverteiler, entfällt, ist die Kommunikation schneller
und zuverlässiger.
Hierdurch kann die Regelungsqualität gesteigert werden.
- – Die
vorhandenen Ein- und Ausgänge
des Antriebsgerätes
müssen
nicht fest einer bestimmten Antriebsachse zugeordnet werden, sondern
können
frei rangiert werden. Ein Eingang kann hierbei mehreren Leistungsstellern
bzw. Motoren zugeordnet werden (z.B. für ein gemeinsames Freigabe-Signal). Durch
diese Flexibilität
können
die vorhandenen Hardeware-Resourcen
optimal genutzt werden.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass
unter den Begriffen Parameter- und Indexnummer auch ganz allgemeine
Bezeichner verstanden werden.