BE1025086A1 - Forwarding of data - Google Patents
Forwarding of data Download PDFInfo
- Publication number
- BE1025086A1 BE1025086A1 BE20175218A BE201705218A BE1025086A1 BE 1025086 A1 BE1025086 A1 BE 1025086A1 BE 20175218 A BE20175218 A BE 20175218A BE 201705218 A BE201705218 A BE 201705218A BE 1025086 A1 BE1025086 A1 BE 1025086A1
- Authority
- BE
- Belgium
- Prior art keywords
- hart
- module
- lpwan
- data
- external
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM]
- G05B19/4185—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the network communication
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
- G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
- G05B19/0423—Input/output
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C19/00—Electric signal transmission systems
- G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/20—Pc systems
- G05B2219/25—Pc structure of the system
- G05B2219/25006—Interface connected to fieldbus
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/20—Pc systems
- G05B2219/25—Pc structure of the system
- G05B2219/25198—Brouter: transfers data from wireless to wired networks, router: wired to wired
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/20—Pc systems
- G05B2219/25—Pc structure of the system
- G05B2219/25282—Alternative energy for fieldbus devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
Abstract
Apparaat voor het doorsturen van data, waarbij het apparaat een Highway Addressable Remote Transducer (HART) module bevat en een Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) module bevat, waarbij het apparaat verder een voeding bevat voor het ontvangen van elektrisch vermogen en het verdelen hiervan naar de modules, en waarbij de HART module ingericht is om verbonden te worden met een extern HART-compatibel toestel om data van het extern toestel op te vragen en te ontvangen via een HART protocol, en waarbij de HART module operationeel verbonden is met de LPWAN module om de ontvangen data aan de LPWAN module te leveren, en waarbij de LPWAN module ingericht is om de ontvangen data te verzenden naar een externe LPWAN compatibele server.Device for forwarding data, the device including a Highway Addressable Remote Transducer (HART) module and a Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) module, the device further comprising a power supply for receiving electrical power and the distributing this to the modules, and wherein the HART module is arranged to be connected to an external HART-compatible device to request and receive data from the external device via a HART protocol, and wherein the HART module is operationally connected to the LPWAN module for supplying the received data to the LPWAN module, and wherein the LPWAN module is adapted to send the received data to an external LPWAN compatible server.
Description
(30) Voorrangsgegevens :(30) Priority data:
(71) Aanvrager(s) :(71) Applicant (s):
SMARTLOG N.V.SMARTLOG N.V.
3740, BILZEN3740, BILZEN
België (72) Uitvinder(s) :Belgium (72) Inventor (s):
NELISSEN Jo 3600 GENK België (54) Doorsturen van data (57) Apparaat voor het doorsturen van data, waarbij het apparaat een Highway Addressable Remote Transducer (HART) module bevat en een LowPower Wide-Area Network (LPWAN) module bevat, waarbij het apparaat verder een voeding bevat voor het ontvangen van elektrisch vermogen en het verdelen hiervan naar de modules, en waarbij de HART module ingericht is om verbonden te worden met een extern HART-compatibel toestel om data van het extern toestel op te vragen en te ontvangen via een HART protocol, en waarbij de HART module operationeel verbonden is met de LPWAN module om de ontvangen data aan de LPWAN module te leveren, en waarbij de LPWAN module ingericht is om de ontvangen data te verzenden naar een externe LPWAN compatibele server.NELISSEN Jo 3600 GENK Belgium (54) Data forwarding (57) Device for forwarding data, the device containing a Highway Addressable Remote Transducer (HART) module and a LowPower Wide-Area Network (LPWAN) module, where the device further includes a power supply for receiving electrical power and distributing it to the modules, and wherein the HART module is arranged to be connected to an external HART-compatible device to request and receive data from the external device via a HART protocol, and wherein the HART module is operationally connected to the LPWAN module to deliver the received data to the LPWAN module, and wherein the LPWAN module is arranged to send the received data to an external LPWAN compatible server.
FIG.1FIG. 1
2017/52182017/5218
BE2017/5218BE2017 / 5218
Doorsturen van dataForwarding of data
De uitvinding heeft betrekking op een apparaat en een werkwijze voor het doorsturen van data.The invention relates to an apparatus and a method for forwarding data.
In de industrie bestaat reeds vele jaren het zogenaamde Highway Addressable Remote Transducer (HART) protocol waarmee “slimme” veldtoestellen in de procestechniek aangestuurd of uitgelezen kunnen worden. HART maakt gebruik van een digitaal signaal dat boven op het conventioneel 4 tot 20 milliampère signaal gemoduleerd wordt en waarmee in twee richtingen gecommuniceerd kan worden. Hierdoor is het mogelijk om een combinatie van analoge niet HART-compatibele toestellen alsook oude en nieuwe HART compatibele toestellen te gebruiken, waarmee de nieuwere toestellen kunnen gebruikmaken van nieuwe functionaliteiten binnen het HART protocol. Elk toestel wordt primair aangestuurd via het conventioneel 4 tot 20 milliampère signaal terwijl HART-compatibele toestellen verder voorzien zijn om te communiceren door het moduleren van een hoogfrequent signaal op dit conventioneel signaal. Het HART protocol is beschreven door de “HART communication foundation”, en wordt in deze beschrijving beschouwd als een door de vakman gekend protocol.In the industry, the so-called Highway Addressable Remote Transducer (HART) protocol has existed for many years, with which “smart” field devices can be controlled or read out in process technology. HART uses a digital signal that is modulated on top of the conventional 4 to 20 milliamps signal and that allows two-way communication. This makes it possible to use a combination of analogue non-HART compatible devices as well as old and new HART compatible devices, with which the newer devices can use new functionalities within the HART protocol. Each device is driven primarily via the conventional 4 to 20 milliamps signal, while HART-compatible devices are further equipped to communicate by modulating a high-frequency signal on this conventional signal. The HART protocol has been described by the “HART communication foundation”, and is herein considered to be a protocol known to those skilled in the art.
Vele veldtoestellen die op dit moment gebruikt worden in de industrie, waaronder actuatoren zoals kleppen, pompen en positioneerelementen, alsook sensoren zoals vibratiesensoren, druksensoren en temperatuursensoren, zijn HART compatibel. Gebruikmakend van het HART protocol kan informatie van het veldtoestel opgevraagd worden. Zo kan bijvoorbeeld een status opgevraagd worden van het veldtoestel. Ook kunnen foutmeldingen opgevraagd worden via het HART protocol. In de praktijk wordt het HART protocol voornamelijk gebruikt om de industriële processen te sturen. Dit wil zeggen dat de informatie in het veldtoestel, bijvoorbeeld de status en/of de foutmeldingen, in de praktijk enkel lokaal gebruikt wordt om het proces te sturen. Deze informatie wordt typisch niet bijgehouden om twee redenen. Enerzijds is een traditionele processturing niet ingericht om informatie bij te houden. Anderzijds is het voor een processturing irrelevant wat vorige informatie van het veldinstrument was, bijvoorbeeld de status van het veldinstrument een week geleden.Many field devices currently used in industry, including actuators such as valves, pumps and positioners, as well as sensors such as vibration sensors, pressure sensors and temperature sensors, are HART compatible. Information from the field device can be retrieved using the HART protocol. For example, a status can be requested from the field device. Error messages can also be retrieved via the HART protocol. In practice, the HART protocol is mainly used to control industrial processes. This means that in practice the information in the field device, for example the status and / or the error messages, is only used locally to control the process. This information is typically not kept for two reasons. On the one hand, traditional process control is not designed to keep information. On the other hand, for process control it is irrelevant what previous information from the field instrument was, for example the status of the field instrument a week ago.
Omdat het HART protocol primair ingericht is voor processturing is het protocol niet voorzien om informatie op te slaan. Hierdoor gaat waardevolle informatie verloren. Met name voor onderhoud is de evolutie van informatie van een veldinstrument zeer relevant. Bijvoorbeeld een klep die 100 keer per maand opent en sluit zal noemenswaardig vaker een onderhoud nodig hebben dan een klep die slechts één keer opent en sluit gedurende een maand. De vakman zal begrijpen dat dit slechts één voorbeeld is ter illustratie van de relevantie van het bijhouden van de informatie uit de veldinstrumenten.Because the HART protocol is primarily designed for process control, the protocol is not provided for storing information. As a result, valuable information is lost. The evolution of information from a field instrument is particularly relevant for maintenance. For example, a valve that opens and closes 100 times a month will require maintenance more often than a valve that opens and closes only once during a month. Those skilled in the art will understand that this is just one example illustrating the relevance of keeping track of the information from the field instruments.
2017/52182017/5218
BE2017/5218BE2017 / 5218
Om de communicatie met HART compatibele veldtoestellen te vergemakkelijken, is het zogenaamde WirelessHART geïntroduceerd. WirelessHART is een draadloze sensornetworktechnologie gebaseerd op het HART protocol. WirelessHART ondersteunt werking in de 2,4 GHz band gebruikmakend van IEE 802.15.4 standaardradio’s. De onderliggende draadloze technologie is gebaseerd op de time synchronized mesh protocol (TSMP). WirelessHART is primair ontworpen om de communicatie tussen HART compatibele toestellen, bij het sturen van het proces, te vergemakkelijken. Het gebruik van WirelessHART voor het periodiek verzamelen van informatie van veldtoestellen, en het verzenden van deze informatie naar een server voor opslag daarvan is duur en risicovol.So-called WirelessHART has been introduced to facilitate communication with HART compatible field devices. WirelessHART is a wireless sensor network technology based on the HART protocol. WirelessHART supports operation in the 2.4 GHz band using IEE 802.15.4 standard radios. The underlying wireless technology is based on the time synchronized mesh protocol (TSMP). WirelessHART is primarily designed to facilitate communication between HART compatible devices when controlling the process. Using WirelessHART to periodically collect information from field devices and sending it to a server for storage is expensive and risky.
Om trends in informatie van veldtoestellen te detecteren, wordt de informatie uit deze veldtoestellen bij voorkeur centraal opgeslagen, bijvoorbeeld in een server. Om de informatie te verzamelen zal de informatie periodiek worden opgevraagd bij de verschillende veldtoestellen, gebruikmakend van het HART protocol. De informatie wordt dan verzonden naar de centrale server voor opslag daarin. Op basis van de informatie van de veldtoestellen, periodiek opgeslagen, kunnen trends gedetecteerd worden op basis waarvan de werking en/of het onderhoud van de installatie kan verbeterd worden.To detect trends in information from field devices, the information from these field devices is preferably stored centrally, for example in a server. To collect the information, the information will be periodically requested from the various field devices, using the HART protocol. The information is then sent to the central server for storage therein. Based on the information from the field devices, stored periodically, trends can be detected, based on which the operation and / or maintenance of the installation can be improved.
WirelessHART gebruiken om informatie van de veldtoestellen op te vragen, en door te sturen naar een centrale server is niet optimaal. In de praktijk kunnen veldtoestellen over een relatief grote oppervlakte verspreid zijn. Zo kan een klep bijvoorbeeld twee kilometer ver in een procesveld geplaatst zijn. Omdat WirelessHART op basis van een mesh-topologie werkt, zullen meerdere WirelessHART toestellen moeten voorzien worden om het relevante gebied te kunnen afdekken voor communicatie. Verder zullen knooppunten in het mesh netwerk zwaar belast worden en een bottleneck vormen voor het doorsturen van de informatie naar de server. Wanneer de knooppunten te zwaar belast worden, kan zelfs de processturing beïnvloed worden, hetgeen dramatische gevolgen kan hebben.Using WirelessHART to request information from the field devices and forward it to a central server is not optimal. In practice, field devices can be spread over a relatively large area. For example, a valve can be placed two kilometers away in a process field. Because WirelessHART operates on a mesh topology, multiple WirelessHART devices will need to be provided to cover the relevant area for communication. Furthermore, nodes in the mesh network will be heavily loaded and form a bottleneck for the forwarding of the information to the server. When the nodes are overloaded, process control can even be affected, which can have dramatic consequences.
Het is een doel van de uitvinding om een manier te voorzien om informatie uit HART compatibele veldtoestellen op een efficiënte manier te verzamelen zonder risico op verstoring van de processturing.It is an object of the invention to provide a way to efficiently collect information from HART compatible field devices without risk of disturbing process control.
Hiertoe voorziet de uitvinding in een apparaat voor het doorsturen van data, waarbij het apparaat een Highway Addressable Remote Transducer (HART) module bevat en een Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) module bevat, waarbij het apparaat verder een voeding bevat voor het ontvangen van elektrisch vermogen en het verdelen hiervan naar de modules, en waarbij de HART module ingericht is om verbonden te worden met een extern HART-compatibel toestel om data van het extern toestel op te vragen en te ontvangen via een HART protocol, en waarbij de HART module operationeel verbonden is met de LPWAN moduleTo this end, the invention provides a device for forwarding data, the device comprising a Highway Addressable Remote Transducer (HART) module and a Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) module, the device further comprising a power supply for receiving electrical power and distributing it to the modules, and where the HART module is arranged to be connected to an external HART-compatible device to request and receive data from the external device via a HART protocol, and the HART module is operationally connected to the LPWAN module
2017/52182017/5218
BE2017/5218 om de ontvangen data aan de LPWAN module te leveren, en waarbij de LPWAN module ingericht is om de ontvangen data te verzenden naar een externe LPWAN compatibele server.BE2017 / 5218 to deliver the received data to the LPWAN module, and wherein the LPWAN module is arranged to send the received data to an external LPWAN compatible server.
Het apparaat volgens de uitvinding heeft enerzijds een HART module. Met de HART module kan het apparaat volgens de uitvinding communiceren met een HART compatibel veldtoestel. Daarmee kan het apparaat volgens de uitvinding een HART commando sturen voor het opvragen van informatie van het veldtoestel, en kan het apparaat volgens de uitvinding de informatie van het veldtoestel ontvangen. Het apparaat volgens de uitvinding heeft verder een lowpower wide area network (LPWAN) module. Met de LPWAN module kan het apparaat volgens de uitvinding data over grote afstanden verzenden. Daarbij is LPWAN gekenmerkt door een relatief laag energieverbruik, hetgeen voordelig is in afgelegen gebieden waar veldtoestellen kunnen geplaatst zijn.The device according to the invention has, on the one hand, a HART module. The HART module allows the device according to the invention to communicate with a HART compatible field device. The device according to the invention can thus send a HART command for requesting information from the field device, and the device according to the invention can receive the information from the field device. The device according to the invention further has a low power wide area network (LPWAN) module. With the LPWAN module, the device according to the invention can transmit data over long distances. LPWAN is also characterized by a relatively low energy consumption, which is advantageous in remote areas where field devices can be placed.
Verder is de LPWAN module geoptimaliseerd voor het doorsturen van een relatief beperkte data over een grote afstand. Tests hebben uitgewezen dat dit optimaal is voor het verzenden van informatie van veldtoestellen. De informatie van veldtoestellen is typisch beperkt in grootte/omvang, en kan daarom gemakkelijk verzonden worden door de LPWAN module. Het apparaat volgens de uitvinding bevat een operationele verbinding tussen de HART module en de LPWAN module zodat de HART module de ontvangen informatie kan doorgeven aan de LPWAN module voor verdere verzending naar een externe server. Het apparaat volgens de uitvinding heeft verder een voeding die ingericht is voor het ontvangen van vermogen en het verdelen van vermogen naar de modules. De voeding kan in eerste instantie op verschillende manieren gevormd worden, bijvoorbeeld door een batterij voeding, bijvoorbeeld door een netaansluiting of door een voeding op basis van het HART signaal, zoals hieronder verder besproken wordt.Furthermore, the LPWAN module is optimized for the transmission of relatively limited data over a large distance. Tests have shown that this is optimal for sending information from field devices. Field device information is typically limited in size / size, and therefore can be easily transmitted by the LPWAN module. The device according to the invention contains an operational connection between the HART module and the LPWAN module so that the HART module can pass on the received information to the LPWAN module for further transmission to an external server. The device according to the invention further has a power supply which is arranged for receiving power and distributing power to the modules. The power supply may initially be formed in various ways, for example by a battery power supply, for example by a mains connection or by a power supply based on the HART signal, as discussed further below.
Het apparaat volgens de uitvinding laat toe op eenvoudige en efficiënte manier informatie uit een veldtoestel te extraheren, en voorziet in een mechanisme om deze informatie te versturen naar een centrale server zonder daarmee de processturing te beïnvloeden. De processturing wordt niet beïnvloed omdat de communicatieweg waarover de informatie verzonden wordt naar de centrale server niet samenvalt met communicatiewegen die gebruikt worden voor de processturing. Omdat de LPWAN module typisch opereert met een ster-topologie, in tegenstelling tot de mesh-topologie van de Wireless HART technologie, kan gemakkelijk selectief gekozen worden waar en bij welk veldtoestel een apparaat volgens de uitvinding geplaatst wordt. Eén apparaat volgens de uitvinding kan geplaatst worden in een veld op een verre afstand van andere gelijksoortige apparaten, waarbij het ene apparaat zelfstanding en correct kan werken. Dit geeft een installateur of ontwerper van een procesinstallatie een grote vrijheid.The device according to the invention makes it possible to extract information from a field device in a simple and efficient manner, and provides a mechanism for sending this information to a central server without thereby influencing process control. Process control is not affected because the communication path over which the information is sent to the central server does not coincide with communication paths used for process control. Because the LPWAN module typically operates with a star topology, in contrast to the mesh topology of the Wireless HART technology, it is easy to selectively choose where and at which field device a device according to the invention is placed. One device according to the invention can be placed in a field far away from other similar devices, one device being able to operate independently and correctly. This gives an installer or designer of a process installation great freedom.
Het apparaat volgens de uitvinding laat verder toe om een bestaande industriële installatie te upgraden door het toevoegen van apparaten volgens de uitvinding bij bepaaldeThe device according to the invention further allows to upgrade an existing industrial installation by adding devices according to the invention to certain ones
2017/52182017/5218
BE2017/5218 veldtoestellen om zo de informatie uit de veldtoestellen naar een centrale server te sturen. Hiermee kan onderhoud en/of werking van een bestaand industrieel proces op eenvoudige wijze verbeterd worden.BE2017 / 5218 field devices in order to send the information from the field devices to a central server. Maintenance and / or operation of an existing industrial process can hereby be improved in a simple manner.
Bij voorkeur bevat het apparaat een processor die ingericht is om de operationele verbinding tussen de HART module en de LPWAN module te vormen. Verder bij voorkeur is de processor verbonden met een geheugen waarin HART module instructies en/of commando’s gerelateerd zijn aan LPWAN module instructies en/of commando’s zodat de processor de operationele verbinding vormt op basis van de gegevens in het geheugen. De gegevens in het geheugen vormen een vertaaltabel waarmee de processor kan vertalen, bij voorkeur in twee richtingen, tussen de HART module en de LPWAN module. De processor kan instructies en/of commando’s verzenden en ontvangen in het HART protocol, en respectievelijk instructies en/of commando’s in het LPWAN protocol ontvangen en verzenden. Daarbij gebruikt de processor de tabel in het geheugen om bij ontvangst van een instructie en/of commando in één protocol een vertaalslag te maken naar instructies en/of commando’s in het ander protocol. Hierdoor zorgt de processor ervoor dat de HART module met de LPWAN module kan communiceren in het apparaat, bij voorkeur in twee richtingen.Preferably, the device includes a processor configured to form the operational connection between the HART module and the LPWAN module. Furthermore, the processor is preferably connected to a memory in which HART module instructions and / or commands are related to LPWAN module instructions and / or commands so that the processor forms the operational connection based on the data in the memory. The data in memory forms a translation table that allows the processor to translate, preferably in two directions, between the HART module and the LPWAN module. The processor can send and receive instructions and / or commands in the HART protocol, and receive and send instructions and / or commands in the LPWAN protocol, respectively. In addition, the processor uses the table in memory to translate instructions and / or commands in the other protocol upon receipt of an instruction and / or command in one protocol. This allows the processor to allow the HART module to communicate with the LPWAN module in the device, preferably in two directions.
Bij voorkeur is de LPWAN module ingericht om de ontvangen data te verzenden naar een externe LPWAN compatibele server gebruikmakende van een LoRaWAN protocol. Tests hebben uitgewezen dat het LoRaWAN protocol optimaal is voor gebruik in een apparaat volgens de uitvinding.Preferably, the LPWAN module is arranged to send the received data to an external LPWAN compatible server using a LoRaWAN protocol. Tests have shown that the LoRaWAN protocol is optimal for use in a device according to the invention.
Bij voorkeur is de voeding ingericht om verbonden te worden met het extern HART compatibel toestel om vermogen uit het HART signaal te ontvangen. Het HART signaal is, zoals hierboven beschreven, gebaseerd op een signaal van een stroombron met een stroomsterkte tussen 4 en 20 milliampère en een FSK gemoduleerd signaal, zoals beschreven in de algemene HART specificaties en zoals bekend bij de vakman. De digitale component van het HART signaal wordt gemoduleerd op het stroomsignaal. Het stroomsignaal kan gebruikt worden door de voeding om vermogen van af te tappen zodat het apparaat volgens de uitvinding kan gevoed worden. Een groot voordeel van deze techniek is dat geen externe voeding moet voorzien worden, geen netaansluiting moet voorzien worden, geen batterij moet voorzien worden, geen zonnepanelen moet voorzien worden, enz. Daarbij is de voeding aangepast om het HART-signaal niet noemenswaardig te verstoren tijdens het ontvangen van vermogen. Meer bepaald zal de grootte van de stroom niet noemenswaardig mogen veranderen wanneer de voeding vermogen van het HART signaal afneemt, anders zou de voeding ingrijpen op de processturing of de meting uitgestuurd door het HART veldtoestel, hetgeen niet de bedoeling is.Preferably, the power supply is arranged to be connected to the external HART compatible device to receive power from the HART signal. The HART signal, as described above, is based on a signal from a current source with a current between 4 and 20 milliamps and an FSK modulated signal, as described in the general HART specifications and as known to those skilled in the art. The digital component of the HART signal is modulated on the current signal. The current signal can be used by the power supply to draw power from so that the device according to the invention can be powered. A major advantage of this technology is that no external power supply has to be provided, no mains connection has to be provided, no battery has to be provided, no solar panels have to be provided, etc. The power supply has been adapted to not significantly disturb the HART signal during receiving power. In particular, the magnitude of the current should not change significantly when the power supply of the HART signal decreases, otherwise the power supply would interfere with the process control or the measurement output from the HART field device, which is not the intention.
2017/52182017/5218
BE2017/5218BE2017 / 5218
Bij voorkeur bevat de voeding verder een energieopslagmedium voor het bufferen van energie tussen het ontvangen van vermogen en het verdelen van vermogen naar de modules. Dit laat toe om de voeding een relatief klein vermogen te laten onttrekken van het HART signaal gedurende een relatief lange periode, en dit vermogen op te slaan, zodat bij het verzenden van data door de LPWAN module een vermogenpiek aan de LPWAN module kan gegeven worden door de voeding. Daarmee beïnvloedt de voeding enerzijds niet het HART signaal en levert de voeding anderzijds wel de vermogenpiek die nodig is voor het verzenden van de data.Preferably, the power supply further includes an energy storage medium for buffering energy between receiving power and distributing power to the modules. This allows the power supply to draw a relatively small power from the HART signal over a relatively long period of time, and to store this power, so that when sending data through the LPWAN module, a power peak can be given to the LPWAN module by the nutrition. This means that the power supply does not affect the HART signal on the one hand, and the power supply, on the other hand, does provide the power peak required for sending the data.
Bij voorkeur bevat het apparaat verder een firewall die ingericht is om HART schrij facties door de HART module te blokkeren. De firewall is verder bij voorkeur van het type waarbij een hardwarematige authenticatie vereist is voor het bypassen van de firewall. Door het voorzien van de firewall die HART schrijfacties blokkeert door de HART module aan het extern HART compatibel toestel, kan gegarandeerd worden dat het apparaat volgens de uitvinding niet ingrijpt op de processturing. De hardwarematige authenticatie geeft de eigenaar van de procesuitrusting de garantie dat het proces niet ongewenst kan gestoord worden. Daarbij is de firewall bij voorkeur tussen de processor en de hartmodule geplaatst.Preferably, the device further includes a firewall configured to block HART write factions by the HART module. Preferably, the firewall is of the type that requires hardware authentication to bypass the firewall. By providing the firewall that blocks HART write actions through the HART module on the external HART compatible device, it can be guaranteed that the device according to the invention does not interfere with the process control. The hardware authentication gives the process equipment owner a guarantee that the process cannot be interrupted unintentionally. The firewall is preferably placed between the processor and the cardiac module.
Bij voorkeur is de LPWAN module ingericht om een moment in de tijd te kiezen voor het verzenden naar de externe LPWAN compatibele server. Verder bij voorkeur is de LPWAN module ingericht om het moment in de tijd te kiezen gebaseerd op een status van de voeding. Voor het verzenden van data via de LPWAN module is een vermogenpiek nodig. De LPWAN module kan ingericht worden om de status van de voeding te controleren, om te evalueren of de voeding voldoende vermogen gebufferd heeft voor het verzenden van de data. Op basis daarvan kan het moment gekozen worden om de data te verzenden aan de server. Dit optimaliseert het vermogengebruik van het apparaat volgens de uitvinding.Preferably, the LPWAN module is arranged to choose a moment in time for sending to the external LPWAN compatible server. Furthermore, the LPWAN module is preferably arranged to select the moment in time based on a status of the power supply. A power peak is required to send data via the LPWAN module. The LPWAN module can be configured to monitor the status of the power supply, to evaluate whether the power supply has buffered enough power to transmit the data. Based on this, the moment can be chosen to send the data to the server. This optimizes the power consumption of the device according to the invention.
De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het verzenden van data van een extern Highway Addressable Remote Transducer (HART) compatibel toestel naar een externe server, waarbij de werkwijze bevat het voorzien van een apparaat volgens een van de voorgaande conclusies, en waarbij de werkwijze verder bevat:The invention further relates to a method for transmitting data from an external Highway Addressable Remote Transducer (HART) compatible device to an external server, the method comprising providing a device according to any of the preceding claims, and wherein the method further includes:
Opvragen van data van het extern HART compatibel toestel via een HART module van het apparaat;Retrieving data from the external HART compatible device via a HART module of the device;
Ontvangen van de data van het extern HART compatibel toestel op de HART module;Receive the data from the external HART compatible device on the HART module;
Transfereren van de ontvangen data naar een LPWAN module van het apparaat; Verzenden door de LPWAN module van de ontvangen data naar de externe server.Transferring the received data to an LPWAN module of the device; Sending by the LPWAN module of the received data to the remote server.
Voor de effecten en voordelen van de werkwijze volgens de uitvinding wordt verwezen naar de hierboven beschreven effecten en voordelen van het apparaat volgens de uitvinding. De werkwijze heeft dezelfde effecten en voordelen.For the effects and advantages of the method according to the invention, reference is made to the effects and advantages of the device according to the invention described above. The method has the same effects and advantages.
2017/52182017/5218
BE2017/5218BE2017 / 5218
Bij voorkeur bevat de werkwijze verder het triggeren door de LPWAN module van de HART module om de data op te vragen.Preferably, the method further includes triggering by the LPWAN module of the HART module to query the data.
Bij voorkeur gebeurt het triggeren op een moment in de tijd dat gekozen wordt door de LPWAN module gebaseerd op een status van de voeding. Alternatief gebeurt het triggeren op vaste momenten in de tijd of met vaste tussentijden, al dan niet cyclisch. Verder alternatief gebeurt het triggeren op basis van een ontvangen instructie op de LPWAN module, komende van het LPWAN netwerk. Deze instructies kunnen bijvoorbeeld via het LoRaWAN protocol worden ontvangen van een gateway. Verder alternatief en bij voorkeur worden meerdere triggers gecombineerd. Zo kan een LPWAN module een trigger ontvangen van een gateway, waarbij de LPWAN module verder evalueert of status van de voeding aan voorafbepaalde criteria voldoet. Daarbij kan gecontroleerd worden of de voeding voldoende vermogen heeft opgebouwd om data uit te sturen via de LPWAN module.Preferably, triggering occurs at a time in time selected by the LPWAN module based on a power supply status. Alternatively, the triggering occurs at fixed moments in time or at fixed intervals, whether or not cyclically. A further alternative is triggering based on a received instruction on the LPWAN module, coming from the LPWAN network. These instructions can, for example, be received from a gateway via the LoRaWAN protocol. Further alternative and preferably multiple triggers are combined. For example, an LPWAN module can receive a trigger from a gateway, whereby the LPWAN module further evaluates whether the status of the power supply meets predetermined criteria. In addition, it can be checked whether the power supply has built up enough power to send data via the LPWAN module.
De uitvinding zal nu nader worden beschreven aan de hand van een in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld.The invention will now be described in more detail with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing.
In de tekening laat :In the drawing:
figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm zien van een apparaat volgens de uitvinding; en figuur 2 een tweede uitvoeringsvorm zien van een apparaat volgens de uitvinding.figure 1 shows a first embodiment of an apparatus according to the invention; and figure 2 shows a second embodiment of an apparatus according to the invention.
In de tekening is aan eenzelfde of analoog element eenzelfde verwijzingscijfer toegekend.In the drawing, the same or analogous element is assigned the same reference numeral.
Hieronder zal een korte toelichting gegeven worden van de verschillende technologieën die al dan niet bij voorkeur toegepast zijn in het apparaat en de werkwijze volgens de uitvinding.Below, a brief explanation will be given of the different technologies which may or may not be preferably used in the device and the method according to the invention.
LPWANLPWAN
Om te beginnen wordt een onderscheid gemaakt tussen enerzijds een draadloze licentie en anderzijds een draadloze licentie vrij ne twerkspectrum. Wanneer de meeste courant gebruikte frequenties waarop draadloze communicatie zich afspeelt beschouwd worden, zijn hier enkele banden die vrij gebruikt mogen worden, zonder dat hiervoor licentierechten moeten betaald worden.To begin with, a distinction is made between a wireless license on the one hand and a wireless license-free network on the other. Considering most of the commonly used frequencies on which wireless communication takes place, here are some bands that can be used freely, without having to pay any license fees.
Niet tegenstaande deze banden vrij in gebruik zijn, zijn de gebruikers ervan wel verbonden aan de lokale regels over het gebruik ervan. In België is het zogenaamde BIPT dat deze regels opstelt. Deze regels kunnen verschillen van land tot land, van regio tot regio, maar zijn over het algemeen zeer gelijklopend binnen hetzelfde continent. In deze beschrijving wordt verondersteld dat de vakman bekend is met deze regels, en de uitvinding kan aanpassen om conform te zijn met deze regels.Notwithstanding that these tapes are free to use, their users are bound by local rules regarding their use. In Belgium, the so-called BIPT draws up these rules. These rules may vary from country to country, from region to region, but are generally very similar across the same continent. In this description, it is believed that those skilled in the art are familiar with these rules, and can adjust the invention to conform to these rules.
2017/52182017/5218
BE2017/5218BE2017 / 5218
In België en bij uitbreiding in Europa, zijn de meest voorname licentievrije spectrums te vinden op 433Mhz, 868Mhz, 2.4Ghz. Onder licentiebanden worden de frequentiegebieden bedoeld waarop licentie en/of vergunningsplicht voor het gebruik ervan geldt. Voorbeelden zijn hiervan GSM 900, UMTS2100, Tetra. Voor toepassing van de uitvinding wordt bij voorkeur de licentievrij 868Mhz frequentieband gebruikt. De Amerikaanse tegenhanger bevindt zich op 915Mhz.In Belgium and by extension in Europe, the most prominent license-free spectrums can be found at 433Mhz, 868Mhz, 2.4Ghz. Licensed bands refer to the frequency areas to which licensing and / or licensing obligations apply for their use. Examples are GSM 900, UMTS2100, Tetra. Preferably, the license-free 868Mhz frequency band is used for the application of the invention. The American counterpart is at 915Mhz.
De uitvinding maakt gebruik van de Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) technologie. Bij voorkeur maakt de uitvinding gebruik van de LoRa technologie, die gebaseerd is op de LPWAN technologie. De modulatietechniek wordt beschreven in de stand van de techniek en is door de vakman bekend onder de naam LoRa. Als protocol wordt gekozen voor het LoRaWAN protocol. Het LoRAWAN protocol zal ervoor zorgen dat aan alle lokale regels voldaan wordt. In een voorkeursuitvoeringsvorm zal daarom de LPWAN module een LoRa module zijn.The invention uses the Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) technology. Preferably, the invention uses the LoRa technology, which is based on the LPWAN technology. The modulation technique is described in the prior art and is known by the skilled person as LoRa. The LoRaWAN protocol is chosen as the protocol. The LoRAWAN protocol will ensure that all local rules are met. Therefore, in a preferred embodiment, the LPWAN module will be a LoRa module.
Via de LPWAN technologie, of bij voorkeur de LoRa technologie, kan data van een LPWAN module of van een LoRa module verzonden worden naar een gateway die zich in een netwerk bevindt, bijvoorbeeld een TCP/IP netwerk. De LoRa topologie is een ster-topologie zodat elke LoRa module zijn data rechtstreeks naar de gateway stuurt. De gateway is dan voorzien om de data, ontvangen van de LoRa module, verder te verzenden over het TCP/IP netwerk naar een server. Wanneer in de huidige beschrijving besproken wordt dat data via de LPWAN module naar een externe server gestuurd wordt, zal duidelijk zijn dat de LPWAN module de data via de LPWAN of LoRa technologie naar de gateway verstuurt, en dat de gateway de data verder doorstuurt naar de server.Via the LPWAN technology, or preferably the LoRa technology, data from an LPWAN module or from a LoRa module can be sent to a gateway that is located in a network, for example a TCP / IP network. The LoRa topology is a star topology so that each LoRa module sends its data directly to the gateway. The gateway is then provided to further transmit the data received from the LoRa module over the TCP / IP network to a server. When the current description discusses that data is sent to an external server via the LPWAN module, it will be clear that the LPWAN module sends the data to the gateway via the LPWAN or LoRa technology, and that the gateway further forwards the data to the server.
Europese octrooidocumenten EP2449690 en EP2763321 zijn hierin geïncorporeerd door referentie voor een gedetailleerde beschrijving van het LoRa modulatie schema en de LoRa technologie. In de huidige beschrijving zullen daarom slechts enkele details beschreven worden voor de duidelijkheid.European patent documents EP2449690 and EP2763321 are incorporated herein by reference for a detailed description of the LoRa modulation scheme and the LoRa technology. Therefore, only a few details will be described in the present description for clarity.
Lora modulatie is gebaseerd op een opeenvolging van frequentie piepjes (chirps in het Engels), waarvan de frequentie verandert volgens een vooraf bepaald tijdsinterval, van een initiële directe frequentiewaarde f 0 naar een finale directe frequentie f b Dit modulatie schema wordt gebruikt in de lange-afstands LoRa™ RF technologie van Semtech Corporation, en zal in deze beschrijving simpelweg ‘LoRa’ genoemd worden.Lora modulation is based on a sequence of frequency beeps (chirps in English), the frequency of which changes at a predetermined time interval, from an initial direct frequency value f 0 to a final direct frequency f b This modulation scheme is used in the long remote LoRa ™ RF technology from Semtech Corporation, and will be referred to simply as “LoRa” in this description.
HARTHEART
Highway Addressable Remote Transducer (HART) is bij uitstek de meest gebruikte digitale communicatie technologie toegepast in de procesindustrie, met meer an 30 miljoen veldtoestellen wereldwijd geïnstalleerd, die de HART technologie ondersteunen.Highway Addressable Remote Transducer (HART) is the most widely used digital communications technology in the process industry, with more than 30 million field units installed worldwide supporting HART technology.
2017/52182017/5218
BE2017/5218BE2017 / 5218
HART is een wereldwijde standaard voor het zenden en ontvangen van digitale informatie over de 4-20mA analoge stroomlussen die de grote meerderheid van veldtoestellen verbinden. De HART technologie biedt een betrouwbare oplossing voor proces operatoren die de voordelen van intelligente toestellen met digitale communicatie willen gebruiken, terwijl de bestaande investering in analoge instrumentatie en bekabeling kan behouden blijven. HART is eenvoudig, betrouwbaar en gemakkelijk in gebruik.HART is a worldwide standard for transmitting and receiving digital information about the 4-20mA analog current loops connecting the vast majority of field devices. HART technology provides a reliable solution for process operators who want to reap the benefits of intelligent digital communication devices while preserving existing investment in analog instrumentation and cabling. HART is simple, reliable and easy to use.
Het HART signaal is een FSK gemoduleerd signaal bovenop een 4 tot 20 mA analoog signaal. Afhankelijk van de functie van het HART device zal deze het 4..20 mA signaal genereren als indicatie van zijn primaire waarde of zal hij een 4..20 mA signaal accepteren als setpoint voor zijn primaire waarde. Het HART signaal staat in principe los van dit primair 4..20mA signaal en kan beschouwd worden als extra bovenop de primaire functie van het netwerk.The HART signal is an FSK modulated signal on top of a 4 to 20 mA analog signal. Depending on the function of the HART device, it will generate the 4..20 mA signal as an indication of its primary value or it will accept a 4..20 mA signal as a setpoint for its primary value. The HART signal is in principle separate from this primary 4..20mA signal and can be considered as an extra on top of the primary function of the network.
De zogenaamde FieldComm Group is eigenaar van de HART specificaties en voorziet in de ontwikkeling van de specificaties, in training en in productregistraties die geassocieerd zijn met de technologie. HART is inmiddels een IEC standaard.The so-called FieldComm Group owns the HART specifications and provides for the development of the specifications, training and product registrations associated with the technology. HART is now an IEC standard.
De vakman is bekend met het HART protocol, en kan het HART protocol toepassen volgens de specificaties. Daarom wordt het HART protocol en de HART technologie in deze beschrijving niet verder toegelicht.The skilled person is familiar with the HART protocol, and can apply the HART protocol according to the specifications. Therefore, the HART protocol and HART technology are not further explained in this description.
UitvoeringsvormenEmbodiments
Figuur 1 toont een apparaat 1 volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Het apparaat 1 voorziet in een operationele verbinding tussen enerzijds een extern HART compatibel veldtoestel 4 en anderzijds een gateway 16 die op een afstand geplaatst is van het extern HART compatibel veldtoestel 4. In deze context zal duidelijk zijn dat in de situatie uit figuur 1 geen fysieke communicatieverbinding ligt tussen het extern HART compatibel veldtoestel 4 en de gateway 16.Figure 1 shows an apparatus 1 according to an embodiment of the invention. The device 1 provides an operational connection between an external HART compatible field device 4 on the one hand and a gateway 16 remote from the external HART compatible field device 4 on the other hand. In this context it will be clear that in the situation of figure 1 no physical communication link is between the external HART compatible field device 4 and the gateway 16.
Het apparaat 1 bevat een HART module 2 en bevat een LoRa module 3. Daarom wordt het apparaat 1 hierna ook een HART-LoRa apparaat genoemd. Zoals hierboven reeds is uitgelegd, maakt de LoRa-module gebruik van de LPWAN technologie. Daarom zal duidelijk zijn voor de vakman dat de LoRa-module slechts een voorkeursuitvoeringsvorm is, en dat bij uitbreiding ook andere LPWAN technologieën in het apparaat 1 kunnen ingebouwd worden.The device 1 contains a HART module 2 and contains a LoRa module 3. Therefore, the device 1 is hereinafter also called a HART-LoRa device. As already explained above, the LoRa module uses the LPWAN technology. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that the LoRa module is only a preferred embodiment, and that by extension other LPWAN technologies can also be built into the device 1.
De HART module 2 bevat een HART transceiver 5. Via de Hart transceiver 5 is deThe HART module 2 contains a HART transceiver 5. Via the Hart transceiver 5 the
HART module 2 voorzien om aangesloten te worden met het extern HART compatibel veldtoestelHART module 2 provided for connection to the external HART compatible field device
4. Via deze aansluiting kan de HART module 2, gebruik makend van het HART protocol, communiceren met het extern HART compatibel veldtoestel 4. Dit wil concreet zeggen dat de HART module 2 voorzien is om, via de HART transceiver 5, een HART commando te sturen aan het extern HART compatibel veldtoestel 4. In antwoord op het commando, kan het extern HART4. Via this connection, the HART module 2, using the HART protocol, can communicate with the external HART compatible field device 4. This means that the HART module 2 is equipped to send a HART command via the HART transceiver 5. send to the external HART compatible field device 4. In response to the command, the external HART
2017/52182017/5218
BE2017/5218 compatibel veldtoestel 4 informatie terugsturen naar de HART module 2. Deze informatie kan bijvoorbeeld betrekking hebben op een status van het extern HART compatibel veldtoestel 4, en/of op foutmeldingen van het extern HART compatibel veldtoestel 4. Dit zijn slechts enkele voorbeelden van soorten informatie die via het HART protocol kunnen opgevraagd en doorgestuurd worden. De uitvinding is niet beperkt tot deze opsomming.BE2017 / 5218 compatible field device 4 send information back to the HART module 2. This information may relate, for example, to the status of the external HART compatible field device 4, and / or to error messages of the external HART compatible field device 4. These are just a few examples of types of information that can be requested and forwarded via the HART protocol. The invention is not limited to this list.
De LoRa module 3 bevat een LoRa transceiver 6 voor het verzenden van data via het LoRaWan protocol. Het verzenden van data is geïllustreerd in figuur 1 met referentiecijfer 15. Via het LoRa protocol kan data verzonden worden, door de LoRa module 3, naar een gateway 16. De gateway 16 bevindt zich typisch op een afstand van het apparaat 1, welke afstand tot enkele kilometers kan bedragen.The LoRa module 3 contains a LoRa transceiver 6 for transmitting data via the LoRaWan protocol. The transmission of data is illustrated in figure 1 with reference numeral 15. Via the LoRa protocol, data can be transmitted, through the LoRa module 3, to a gateway 16. The gateway 16 is typically at a distance from the device 1, which distance several kilometers.
Het apparaat 1 is verder voorzien van een of meerdere processoren die de HART module 2 en de LORA module 3 operationeel verbindt. In de uitvoeringsvorm uit figuur 1 geeft de processor twee delen, getoond als eerste processor 13 die geplaatst is aan de HART module 2 kant, en een tweede processor 14 die geplaatst is aan de LoRa module 3 kant. De eerste processor 13 is ingericht om met de HART transceiver 5 te communiceren. Typisch bevat de eerste processor 13 daarvoor een zogenaamde HART protocol stack. De HART protocol stack is gedefinieerd in de HART protocolspecificatie, en bevat minstens de HART protocol commando’s en instructies. Anderzijds bevat de eerste processor 13 een interne protocol stack, waarmee de eerste processor 13 kan communiceren met de tweede processor 14. Met andere woorden is de eerste processor 13 voorzien om interne signalen, dit zijn signalen die tussen de eerste processor 13 en de tweede processor 14 gestuurd worden, te converteren naar HART signalen en vice versa.The device 1 is further provided with one or more processors which operationally connects the HART module 2 and the LORA module 3. In the embodiment of Figure 1, the processor has two parts, shown as the first processor 13 placed on the HART module 2 side, and a second processor 14 placed on the LoRa module 3 side. The first processor 13 is arranged to communicate with the HART transceiver 5. Typically, the first processor 13 contains a so-called HART protocol stack. The HART protocol stack is defined in the HART protocol specification, and contains at least the HART protocol commands and instructions. On the other hand, the first processor 13 contains an internal protocol stack, with which the first processor 13 can communicate with the second processor 14. In other words, the first processor 13 is provided for internal signals, which are signals which are between the first processor 13 and the second processor 14 to convert to HART signals and vice versa.
De tweede processor 14 is ingericht en geconfigureerd analoog aan de eerste processor 13. De tweede processor 14 is voorzien om te communiceren met de LoRa transceiver 6. Hiertoe bevat de tweede processor 14 de LoRaWAN protocol stack. Verder bevat de tweede processor 14 de interne protocol stack voor het communiceren met de eerste processor 13. Daarmee voorziet de tweede processor 14 in een mechanisme voor het converteren van interne signalen naar LoRa compatibele signalen en vice versa.The second processor 14 is arranged and configured analogous to the first processor 13. The second processor 14 is provided to communicate with the LoRa transceiver 6. For this purpose, the second processor 14 contains the LoRaWAN protocol stack. Furthermore, the second processor 14 contains the internal protocol stack for communicating with the first processor 13. Thus, the second processor 14 provides a mechanism for converting internal signals to LoRa compatible signals and vice versa.
Een belangrijk voorkeursaspect van de uitvinding heeft betrekking op de processturing. Meer bepaald zal het apparaat 1 niet mogen interfereren met de processturing, om te garanderen aan de operator van het proces dat de processturing niet negatief beïnvloed wordt. Omdat het apparaat 1 een HART module 2 bevat, kan theoretisch niet uitgesloten worden dat, zonder bijkomende maatregelen te treffen, de hartmodule 2 hartcommando’s stuurt aan het extern HART compatibel veldtoestel 4. Daarmee is het, zonder bijkomende maatregelen, theoretisch mogelijk dat de processturing beïnvloed wordt. Om dit te voorkomen wordt een beveiligingsmechanisme ingebouwd in het apparaat 1.An important preferred aspect of the invention relates to process control. More specifically, the device 1 should not interfere with the process control, to ensure to the operator of the process that the process control is not adversely affected. Since the device 1 contains a HART module 2, it cannot theoretically be ruled out that, without taking additional measures, the heart module sends 2 heart commands to the external HART compatible field device 4. Thus, without additional measures, it is theoretically possible that the process control is influenced. is becoming. To prevent this, a protection mechanism is built into the device 1.
2017/52182017/5218
BE2017/5218BE2017 / 5218
In de uitvoeringsvorm in figuur 1 is het beveiligingsmechanisme 12 voorzien om de communicatie tussen de eerste processor 13 en de tweede processor 14, in de richting van de eerste processor 13, te onderbreken en bij voorkeur fysiek te onderbreken. In de praktijk zal een fysieke onderbreking meer de voorkeur genieten boven een softwarematige onderbreking omdat de fysieke onderbreking typisch minder gevoelig is voor malafide manipulatie. Door het onderbreken van de communicatie van de tweede processor 14 naar de eerste processor 13 kan gegarandeerd worden dat de HART module 2 geen instructies ontvangt van de LoRa-module 3 om HART instructies uit te sturen naar het extern HART compatibel veldtoestel 4. Dit zorgt ervoor dat wanneer het apparaat 1 gehackt zou worden via de draadloze verbinding, en de LoRa module 3 instructies zou binnenkrijgen om een malafide HART commando te sturen, de LoRa module 3 deze instructies niet kan doorgeven aan de HART module 2. Daarbij is het beveiligingsmechanisme 12 bij voorkeur zodanig ingericht dat een fysieke sleutel nodig is om de verbinding tussen de HART module 2 en de LoRa module 3, in de richting van de HART module 2, te activeren. Een dergelijk beveiligingsmechanisme 12 geeft een operator van een industrieel proces de garantie dat het apparaat 1 geen negatieve invloed zal hebben op de processturing. In de verbinding tussen de eerste processor 13 en de tweede processor 14 kunnen diodes geplaatst worden die wel een stroom, en daarmee een signaal toelaten in de richting van de eerste processor 13 naar de tweede processor 14, maar niet omgekeerd. De eerste processor 13 kan dan ingericht zijn om via de HART tranceiver het extern HART compatibel toestel 14 periodiek te ondervragen zodat relevante informatie ook periodiek naar de LoRa module 3 kan gestuurd worden, zonder dat de LoRa module 3 erom moet vragen.In the embodiment in Figure 1, the security mechanism 12 is provided to interrupt and preferably physically interrupt the communication between the first processor 13 and the second processor 14, in the direction of the first processor 13. In practice, a physical interruption will be more preferable to a software interruption because the physical interruption is typically less sensitive to rogue manipulation. Interrupting communication from the second processor 14 to the first processor 13 can ensure that the HART module 2 does not receive instructions from the LoRa module 3 to send HART instructions to the external HART compatible field device 4. This ensures that if the device 1 were hacked via the wireless connection, and the LoRa module 3 received instructions to send a rogue HART command, the LoRa module 3 could not pass these instructions on to the HART module 2. In addition, the security mechanism 12 is preferably arranged in such a way that a physical key is required to activate the connection between the HART module 2 and the LoRa module 3, in the direction of the HART module 2. Such a safety mechanism 12 gives an industrial process operator a guarantee that the device 1 will not adversely affect process control. In the connection between the first processor 13 and the second processor 14, diodes can be placed which do allow a current, and thereby allow a signal in the direction from the first processor 13 to the second processor 14, but not vice versa. The first processor 13 can then be arranged to interrogate the external HART compatible device 14 periodically via the HART transceiver, so that relevant information can also be periodically sent to LoRa module 3, without the LoRa module 3 having to ask for it.
Het apparaat 1 bevat verder een voeding 11 die ingericht is om elektrisch vermogen te ontvangen, en die ingericht is om het elektrisch vermogen te verdelen tussen de modules in het apparaat 1. Een voorkeursuitvoeringsvorm van de voeding 11 zal hierna in detail besproken worden.The device 1 further includes a power supply 11 adapted to receive electrical power and arranged to distribute the electrical power between the modules in the device 1. A preferred embodiment of the power supply 11 will be discussed in detail below.
Figuur 2 toont een alternatieve voorkeursuitvoeringsvorm van een apparaat 1 met een HART module 2 en een LoRa module 3. In deze uitvoeringsvorm is de processor 7 voor het operationeel verbinden van de HART module 2 met de LoRa module 3 in één blok uitgevoerd. De processor 7 kan operationeel verbonden zijn met een geheugen 8 waarin een HART protocol stack en een LoRa protocol stack in relatie tot elkaar zijn opgeslagen. Op die manier kan de processor 7 een signaal uit de LoRa module 3 converteren naar een signaal voor de HART module 2 en vice versa.Figure 2 shows an alternative preferred embodiment of a device 1 with a HART module 2 and a LoRa module 3. In this embodiment, the processor 7 for operationally connecting the HART module 2 to the LoRa module 3 is made in one block. The processor 7 can be operationally connected to a memory 8 in which a HART protocol stack and a LoRa protocol stack are stored in relation to each other. In this way, the processor 7 can convert a signal from the LoRa module 3 to a signal for the HART module 2 and vice versa.
De beveiliging is in de uitvoeringsvorm uit figuur 2 gevormd door een firewall 9.In the embodiment of figure 2, the security is formed by a firewall 9.
De firewall 9 kan op verschillende manieren ingericht worden. Zo kan bijvoorbeeld een firewall voorzien worden met een geheugen waarin een lijst verboden HART commando’s zijn opgeslagen,Firewall 9 can be configured in different ways. For example, a firewall can be provided with a memory in which a list of prohibited HART commands are stored,
2017/52182017/5218
BE2017/5218 en waarin de firewall 9 geconfigureerd is om de commando’s uit het geheugen te blokkeren. Een dergelijke firewall 9 is bekend als een zogenaamde pass through processor. Wanneer de processor 7 een verboden commando zou uitzenden naar de transceiver 5, zal dit commando door de firewall 9 tegengehouden worden en dus niet aankomen bij de HART transceiver 5. Het geheugen van de firewall 9 kan gefused worden om software updates en/of hacking te voorkomen. De firewall 9 kan voorzien worden van een bypass 10. Bij voorkeur kan de bypass 10 ingeschakeld en uitgeschakeld worden door middel van een fysieke sleutel. De fysieke sleutel geeft de operator van het industriële proces de garantie, mede op basis van de specificaties van de firewall 9, dat het apparaat 1 de processturing niet ongewenst kan beïnvloeden.BE2017 / 5218 and in which the firewall 9 is configured to block the commands from memory. Such a firewall 9 is known as a so-called pass-through processor. If the processor 7 sends a forbidden command to the transceiver 5, this command will be stopped by the firewall 9 and thus will not arrive at the HART transceiver 5. The memory of the firewall 9 can be used to update software and / or hack appearance. Firewall 9 can be provided with a bypass 10. Preferably, bypass 10 can be switched on and off by means of a physical key. The physical key guarantees the operator of the industrial process, partly on the basis of the specifications of the firewall 9, that the device 1 cannot influence the process control undesirably.
Volgens een alternatieve voorkeursuitvoering is de firewall 9 omgekeerd opgebouwd in de zin dat de firewall 9 enkel een lijst voorafbepaalde toegelaten commando’s in een geheugen heeft opgeslagen. Daarbij is de firewall 9 geconfigureerd om enkel commando’s door te laten die in de lijst staan, en alle andere commando’s te blokkeren. Hierdoor kunnen slechts enkele commando’s opgenomen worden in de lijst, waarmee de HART module 2 informatie van het veldtoestel kan opvragen. Alle andere commando’s kunnen door de firewall 9 geblokkeerd worden.According to an alternative preferred embodiment, the firewall 9 is inverted in the sense that the firewall 9 only stores a list of predetermined permitted commands. In addition, firewall 9 is configured to allow only commands listed and block all other commands. As a result, only a few commands can be included in the list, with which the HART module 2 can request information from the field device. All other commands can be blocked by firewall 9.
Figuur 2 illustreert verder schematisch hoe de gateway 16 via een netwerk 17 met een server 18 verbonden is. Op die manier kan de gateway 16 de ontvangen informatie, via het netwerk 17, bijvoorbeeld een TCP/IP netwerk, doorsturen aan de server 18. Op de server 18 kan de data verwerkt worden, gecategoriseerd worden. Verder kunnen big data analyses uitgevoerd worden om trends in de data evolutie te herkennen. Hiermee kan onderhoud en/of processturing geoptimaliseerd worden.Figure 2 further schematically illustrates how the gateway 16 is connected to a server 18 via a network 17. In this way, the gateway 16 can forward the received information via the network 17, for example a TCP / IP network, to the server 18. On the server 18, the data can be processed, categorized. Furthermore, big data analyzes can be performed to recognize trends in data evolution. This allows maintenance and / or process control to be optimized.
Een verder belangrijk voorkeursaspect van de uitvinding heeft betrekking op de voeding van het apparaat. Figuren 1 en 2 tonen een principieel blok 11 als voeding, en illustreert met twee pijlen richting respectievelijk de HART module 2 en de LoRa module 3 dat de voeding 11 de modules van energie voorziet.A further important preferred aspect of the invention relates to the power supply of the device. Figures 1 and 2 show a basic block 11 as a power supply, and illustrates with two arrows towards the HART module 2 and the LoRa module 3, respectively, that the power supply 11 supplies the modules with energy.
De voeding 11 is enerzijds voorzien om elektrisch vermogen te ontvangen van een externe bron en anderzijds voorzien om het ontvangen elektrisch vermogen op een correcte manier te bufferen en te verdelen naar de modules 2 en 3. De vakman zal begrijpen dat andere werkingscomponenten die in deze beschrijving al dan niet benadrukt zijn ook van energie kunnen voorzien worden door de voeding 11.The power supply 11 is provided on the one hand to receive electrical power from an external source and, on the other hand, is provided to properly buffer and distribute the received electrical power to modules 2 and 3. Those skilled in the art will understand that other operating components described in this specification whether or not they are emphasized can also be supplied with energy 11.
De externe bron die elektrisch vermogen levert aan de voeding 11 kan in de breedste zin op verschillende manieren gevormd zijn. Zo kan een batterij voorzien worden om externe energie te leveren. Ook kan een zonnepaneel voorzien worden, al dan niet in combinatie met een batterij. Verder kan een aansluiting voorzien worden voor een netspanning of een andereThe external source supplying electrical power to the power supply 11 in the broadest sense can be formed in various ways. For example, a battery can be provided to provide external energy. A solar panel can also be provided, whether or not in combination with a battery. Furthermore, a connection can be provided for a mains voltage or another
2017/52182017/5218
BE2017/5218 voedingspanning die aanwezig is in de buurt van het apparaat 1, zodat een installateur het apparaat 1 met de externe netspanning of andere voedingspanning kan verbinden.BE2017 / 5218 supply voltage that is present near the appliance 1, so that an installer can connect the appliance 1 to the external mains voltage or other supply voltage.
Bij voorkeur is de voeding 11 voorzien van een module om elektrische energie te extraheren uit het signaal waarmee het extern HART compatibel toestel 4 werkt. Zoals hierboven beschreven, bevat het signaal een analoge component, gestuurd vanuit een stroombron, die typisch tussen de 4 en 20mA bedraagt. In deze voorkeurs uitvoeringsvorm moet de voeding 11 ingericht zijn om energie te extraheren zonder daarmee de grootte van het analoge signaal noemenswaardig te beïnvloeden.Preferably, the power supply 11 is provided with a module to extract electrical energy from the signal with which the external HART compatible device 4 operates. As described above, the signal contains an analog component, driven from a power source, which is typically between 4 and 20mA. In this preferred embodiment, the power supply 11 must be arranged to extract energy without significantly affecting the size of the analog signal.
Hiertoe is de voeding 11 bij voorkeur voorzien van een interne energiebuffer.For this purpose, the power supply 11 is preferably provided with an internal energy buffer.
Verder is de voeding 11 bij voorkeur voorzien om van het HART signaal een vooraf bepaald maximaal vermogen te onttrekken. Dit vooraf bepaald maximaal vermogen is gekozen door de vakman als een extra vermogen dat leverbaar is door de stroombron dat het HART signaal genereert, en dit op zo een manier dat het oorspronkelijke 4,.20mA signaal niet beïnvloed wordt. Met andere woorden zal dit vooraf bepaald maximaal vermogen bij voorkeur kleiner zijn dan het piekvermogen dat nodig is om de HART module 2 en/of de LoRa module 3 te laten werken. Eventueel kan dit vooraf bepaald maximaal vermogen conditioneel zijn. Het vermogen dat onttrokken wordt aan het HART signaal wordt dan gebufferd in de interne energiebuffer zodat de voeding 11 wel het nodig vermogen kan opbouwen in de buffer om aan de HART module 2 en/of LoRa module 3 te sturen. Technisch zijn IC’s beschikbaar voor het onttrekken van elektrisch vermogen uit een HART signaal zonder het signaal te beïnvloeden. Een voorbeeld van een dergelijke IC is de LTC3255 van Linear Technology. De vakman is bekend met dergelijke technische oplossingen, en daarom worden deze oplossingen niet verder in details beschreven.Furthermore, the power supply 11 is preferably provided to extract a predetermined maximum power from the HART signal. This predetermined maximum power has been chosen by those skilled in the art as an additional power available from the power source generating the HART signal, in such a way that the original 4.20mA signal is not affected. In other words, this predetermined maximum power will preferably be less than the peak power required to run the HART module 2 and / or the LoRa module 3. Optionally, this predetermined maximum power can be conditional. The power that is extracted from the HART signal is then buffered in the internal energy buffer, so that the power supply 11 can build up the necessary power in the buffer to control the HART module 2 and / or LoRa module 3. Technically, ICs are available for extracting electrical power from a HART signal without affecting the signal. An example of such an IC is the LTC3255 from Linear Technology. Those skilled in the art are familiar with such technical solutions, and therefore these solutions are not described in further detail.
Op basis van de beschrijving hierboven zal de vakman begrijpen dat de uitvinding op verschillende manieren en op basis van verschillende principes kan uitgevoerd worden. Daarbij is de uitvinding niet beperkt tot de hierboven beschreven uitvoeringsvormen. De hierboven beschreven uitvoeringsvormen, alsook de figuren zijn louter illustratief en dienen enkel om het begrip van de uitvinding te vergroten. De uitvinding zal daarom niet beperkt zijn tot de uitvoeringsvormen die hierin beschreven zijn, maar wordt gedefinieerd in de conclusies.Based on the description above, those skilled in the art will understand that the invention can be practiced in different ways and on different principles. In addition, the invention is not limited to the above-described embodiments. The above-described embodiments, as well as the figures, are merely illustrative and serve only to enhance the understanding of the invention. Therefore, the invention will not be limited to the embodiments described herein, but is defined in the claims.
2017/52182017/5218
BE2017/5218BE2017 / 5218
Claims (15)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE2017/5218A BE1025086B1 (en) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | Forwarding of data |
| NL2020653A NL2020653B1 (en) | 2017-03-30 | 2018-03-23 | Forwarding of data |
| FR1852684A FR3064864A1 (en) | 2017-03-30 | 2018-03-28 | DATA TRANSMISSION |
| DE202018001637.3U DE202018001637U1 (en) | 2017-03-30 | 2018-03-28 | Forwarding of data |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE2017/5218A BE1025086B1 (en) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | Forwarding of data |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BE1025086A1 true BE1025086A1 (en) | 2018-10-23 |
| BE1025086B1 BE1025086B1 (en) | 2018-10-29 |
Family
ID=58464116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BE2017/5218A BE1025086B1 (en) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | Forwarding of data |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| BE (1) | BE1025086B1 (en) |
| DE (1) | DE202018001637U1 (en) |
| FR (1) | FR3064864A1 (en) |
| NL (1) | NL2020653B1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110719339A (en) * | 2019-11-08 | 2020-01-21 | 宁夏锐波网络有限公司 | HART instrument data wireless acquisition system |
| CN112367249B (en) * | 2020-09-30 | 2022-12-06 | 三维通信股份有限公司 | Communication method of LoRa device, loRaWAN system, electronic apparatus, and storage medium |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004020393A1 (en) * | 2004-04-23 | 2005-11-10 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Radio module for field devices of automation technology |
| DE102006009979A1 (en) * | 2006-03-03 | 2007-09-06 | Siemens Ag | Wireless communication device for use in automation network, has field device providing necessary operation energy at preset operating time by energy management unit, where operation energy of field device is stopped at preset idle time |
| DE102008043199A1 (en) * | 2008-10-27 | 2010-04-29 | Endress + Hauser Process Solutions Ag | Self-sufficient field device |
| EP2278724A1 (en) | 2009-07-02 | 2011-01-26 | Nanoscale Labs | Communications system |
| EP2763321B1 (en) | 2013-02-05 | 2020-04-08 | Semtech Corporation | Low power long range transmitter |
-
2017
- 2017-03-30 BE BE2017/5218A patent/BE1025086B1/en active IP Right Grant
-
2018
- 2018-03-23 NL NL2020653A patent/NL2020653B1/en active
- 2018-03-28 FR FR1852684A patent/FR3064864A1/en not_active Withdrawn
- 2018-03-28 DE DE202018001637.3U patent/DE202018001637U1/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3064864A1 (en) | 2018-10-05 |
| BE1025086B1 (en) | 2018-10-29 |
| NL2020653B1 (en) | 2018-10-10 |
| DE202018001637U1 (en) | 2018-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11003976B2 (en) | Methods and apparatus for RFID communications in a process control system | |
| US11327450B2 (en) | Methods and apparatus for multimode rest communications in process control systems | |
| US9858805B2 (en) | Remote terminal unit (RTU) with wireless diversity and related method | |
| CN107210931A (en) | Control architecture | |
| KR101887632B1 (en) | Server rack system based on bmc | |
| BE1025086B1 (en) | Forwarding of data | |
| KR102105498B1 (en) | Nfc device comprising configurable notification means | |
| US20110241844A1 (en) | Appliance including a radio frequency identification (rfid) device and method for two-way communication of dynamic data by the appliance via the rfid device | |
| AU2012200826A1 (en) | Meter processing communication system | |
| JP2021057893A (en) | Edge gateway system with contextualized process plant knowledge repository | |
| WO2010009002A1 (en) | Multi-transceiver rfid reader system with centralized control and frequency source | |
| CN109032594A (en) | A kind of method and system of efficient mobile application managing web front end exploitation | |
| EP2543160B1 (en) | Method and system for operations management in a telecommunications terminal with a state machine | |
| EP2859417B1 (en) | Optimized communications with hart instruments | |
| Pennekamp et al. | Evolving the Digital Industrial Infrastructure for Production: Steps Taken and the Road Ahead | |
| CN106301820A (en) | A kind of upgrade method based on network connection service and device | |
| KR101072380B1 (en) | Internet-Based Business Management System | |
| EP2543161A1 (en) | Method and system for operations management in a telecommunications terminal | |
| US10719068B2 (en) | System and method for managing devices by association between control loop and plant asset value | |
| CN110210597A (en) | Smart card and communications protocol switching method | |
| CN109509276A (en) | Smart lock machine core code management system and device | |
| KR20090131785A (en) | A middle ware for rfid/usn and system using it | |
| KR20090054588A (en) | Apparatus and method for managing radio frequency identification reader | |
| US20100005163A1 (en) | Method, Apparatus and Computer Program Product for Controlling Devices | |
| JP2000284953A (en) | Software part linking system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20181029 |