CN116113898A

CN116113898A - 用于在分布式账本中集成自动化技术现场设备的方法

Info

Publication number: CN116113898A
Application number: CN202180055462.1A
Authority: CN
Inventors: 苏希尔·西德什; 约翰内斯·施普伦格; 珍妮诗·吉瓦拉; 马蒂亚斯·布兰兹那格尔; 卡尔·比特纳
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2023-05-12
Also published as: US20230315417A1; EP4200679A1; WO2022037865A1; DE102020121982A1

Abstract

本发明涉及一种自动化技术现场设备(FG)，具有操作电子器件(BE)和多个参数(PA1、PA2、PA3、PAn)，所述操作电子器件(BE)被设计成在所述参数(PA1、PA2、PA3、……、PAn)的基础上操作所述现场设备(FG)，并在所述参数的基础上获得或处理数据，其中，具有软件容器(SC)的固件(FW)被分配给所述操作电子器件(BE)，所述软件容器(SC)被设计成执行所安装的代码(CD)，并借助于所述代码(CD)，经由更高级别通信网络经由输出部(OP1、OP2)中的至少一个输出部建立到分布式账本(DL)的通信连接，以将所述现场设备(FG)集成到所述分布式账本(DL)中，将所获得或处理的数据的至少一个部分处理和/或组合为结果数据，并将所述结果数据传输到所述分布式账本(DL)。本发明进一步涉及一种用于将根据本发明的现场设备集成到根据分布式账本技术设计的分布式账本(DL)中的方法。

Description

用于在分布式账本中集成自动化技术现场设备的方法

技术领域

本发明涉及一种具有操作电子器件和多个参数的自动化技术的现场设备。另外，本发明包括一种用于将根据本发明的现场设备集成到分布式账本中的方法。

背景技术

从现有技术中已知在工业设施中使用的自动化组件。例如，现场设备被用作过程自动化技术以及制造自动化技术中使用的自动化组件。一般而言，现场设备是指所有面向过程并提供或处理过程相关信息的设备。因此，现场设备被用于检测和/或影响过程变量。测量设备或传感器被用于检测过程变量。这些设备被用于例如压力和温度测量、电导率测量、流量测量、pH测量、填充液位测量等，并且捕获压力、温度、电导率、pH值、填充液位、流量等的对应过程变量。致动器被用于影响过程变量。例如，这些设备为泵或阀，其能够影响管道中的流体流量或罐中的填充液位。除了前述现场设备之外，自动化组件还应被理解为包括网关、边缘设备、远程I/O、无线电适配器，或者一般而言，被布置在现场级别的设备。

各种此类现场设备由瑞士恩德斯豪斯集团生产和销售。

在现代工业设施中，现场设备通常经由通信网络，诸如现场总线(

Fieldbus、

等)，连接到更高级别的单元。通常，更高级别的单元是控制系统或控制单元，诸如例如SPC(存储程序控制)或PLC(可编程逻辑控制器)。更高级别的单元被用于过程控制、过程可视化、过程监视以及现场设备的调试等。由现场设备——特别是传感器——获取的测得值经由连接的总线系统传输到一个或者甚至多个更高级别的单元。另外，还需要经由总线系统从更高级别的单元到现场设备的数据转移——特别是用于现场设备的配置和参数化，以及用于致动器的控制。

保管转移系统特别用于石油和天然气行业以及两个经营商之间的物质交易和运输。这样的保管转移系统包括一个或多个自动化组件，其用于捕获运输的物理物质的量，并且还用于交易的数据存储。所有交易必须以防篡改和无懈可击的方式执行和记录。自动化组件，特别是现场设备，在这方面必须经过校准并由权威机构认证。

经由互联网或本地网络实现的基于所谓DLT(分布式账本技术)的数据库可用于交易的安全记录。分布式账本技术使得可能将存储在数据库中的所有数据存储在多个联网的参与者节点上。所有唯一数据条目的总数被称为“账本”。借助于适当的措施，确保在账本的所有副本中接管要添加的新交易，并且所有参与者节点都对账本的当前状态达成共识。这样的DLT的已知示例是“blockchain”、“blockDAG”或“TDAG”。

如果要将具有网络连接性的现场设备集成到特定的DLT环境(诸如贸易伙伴、计量管理委员会、政府机构的环境)中，则必须将DLT环境特定组件(诸如代码或硬件)添加到现场设备。

然而，只有现场设备的开发者能够将把现场设备集成到分布式账本中所需的软件组件加载到现场设备中。客户无法为现场设备提供其自己的DLT代码。他们也不能够选择由现场设备提供的特定数据点并将其放入分布式账本中(诸如过程变量、配置/状态信息等)。因此，不可能将现场设备快速集成到分布式账本中。

发明内容

本发明基于以简单方式将现场设备集成到分布式账本中的目标。

该目标通过一种具有操作电子器件和多个参数的自动化技术的现场设备实现，其中，操作电子器件被配置成在参数的基础上操作现场设备，并在参数的基础上收集或处理数据，其中，操作电子器件被分配具有软件容器的固件，该软件容器包括：

-有限数量的输入部，其用于获取根据现场设备的参数收集或处理的数据；

-与测量设备的通信信道相对应的有限数量的输出部，其中，用于连接现场设备的通信信道被设计有更高级别通信网络，例如互联网或本地网络；

-电子器件单元中的特定量的保留存储器空间，以便安装代码；

-执行所安装的代码所需的电子器件单元中的特定量的保留主存储器；

-为执行所安装的代码而保留的电子器件单元的特定量的处理器运行时间；

其中，软件容器被配置成：执行所安装的代码，并借助于该代码，经由更高级别通信网络经由输出部中的至少一个输出部建立到分布式账本的通信链路，将现场设备集成到分布式账本中，并将所收集或所处理的数据的至少一部分处理和/或组合为结果数据，并将结果数据传输到分布式账本。

根据本发明的现场设备能够容易且快速地集成到任何分布式账本中。分布式账本是指根据分布式账本技术配置的数据库，存在于多个位置或多个参与者节点之间。为此，现场设备的固件被更新，使得其包含特定的软件容器。软件容器能够执行用于将现场设备集成到分布式账本中、数据处理和数据传输到分布式账本中的代码，并且保持电子器件单元的资源对于这些任务可用。代码可针对任何分布式账本自由地选定，包括来自第三方提供商。代码能够视需要被重写。

与根据本发明的方法相关地提及的现场设备已经在本说明的引言部分中作为示例给出。例如，在保管转移系统中使用与本发明相关的现场设备。然而，应理解，现场设备可以被用于其它行业中的任何用例。

根据本发明的现场设备的有利实施例规定，现场设备是具有至少一个传感器单元的测量设备，该至少一个传感器单元用于收集过程工程过程的物理原始测量变量、网络设备，特别是网关、远程I/O、交换机或边缘设备、或控制单元，特别是控制单元。现场设备的进一步示例已经在本说明的引言部分中列出。

根据本发明的现场设备的有利实施例规定，根据参数收集或处理的数据是以下中的至少一种：

-由传感器单元采集的原始测量变量；

-由原始测量变量形成的测得值和另外的变量，例如，在定义的时间间隔内传输的体积或计算；

-状态信息，特别是与NAMUR建议相对应的状态信息；以及

-诊断数据，特别是心跳数据。

不言而喻，由现场设备生成的所有数据，即使是本文未列出的数据，也能够被加载到分布式账本中。

依照根据本发明的现场设备的有利实施例，规定代码具有分布式账本的网络地址和用于分布式账本的登录例程。除了访问数据(例如，用户名和密码)之外，登录例程还包含关于现场设备在分布式账本中必须如何行为的特定信息，例如，能够传输分布式账本的频率数据、现场设备是否形成活动参与者节点(例如，以用于验证其它现场设备的交易)、现场设备是否存储分布式账本的至少一部分账本等。

此外，目标通过一种用于将根据本发明的现场设备并入特别是根据blockchain、blockDAG或TDAG设计的分布式账本中的方法实现，该方法包括；

-在软件容器中安装被加载到现场设备中的软件代码；

-将来自输入部中的至少一个输入部的数据处理或组合成结果数据；

-经由更高级别通信网络经由输出部中的至少一个输出部建立到分布式账本的通信链路；以及

-经由输出部中的至少一个输出部将结果数据传输到分布式账本。

根据本发明的方法能够将现场设备集成到分布式账本中，而无需在每个集成过程中再次重写(在适配、重新编译和安装的意义上)现场设备的固件。

依照根据本发明的现场设备的有利变体，规定现场设备在根据代码首次建立与分布式账本的通信连接之后集成在分布式账本中。为此，使用了上述登录例程，其是代码的一部分。

依照根据本发明的现场设备的有利变体，规定在集成到分布式账本中之后，现场设备作为参与者节点，特别是作为轻节点起作用。轻节点的特征在于其存储了整个账本的一部分数据。然而，轻节点必须被连接到全节点，以便确保所存储的数据是正确的。在某些情况下，在性能合适的情况下，现场设备也能够被设计为全节点，因此参与其它参与者的当前交易的验证，并且还能够存储完整账本。轻节点或全节点的精确属性和任务因数字账本技术的相应类型而不同，能够在相应的规范中看到。用于执行这些任务的电子器件单元的必要资源由软件容器免受干扰。

根据本发明的现场设备的有利变体，规定代码由用户创建并加载到现场设备中。为此，现场设备具有接口，例如，用于经由无线协议，例如，WiFi或蓝牙LE，通信的无线接口，或者用于经由现场总线网络或以太网网络通信的有线接口。

依照根据本发明的现场设备的有利变体，规定现场设备经由互联网或更高级别通信网络从数据库下载代码。在其中数据库向现场设备提供可下载代码列表的那些情况下，加载由数据库本身发起，例如，由被用户选定的数据库中的合适代码发起，或由用户在现场设备上的选定发起，例如由在现场设备的显示/操作元件上，例如(触摸)显示器上的选定发起。

附图说明

参考附图更详细地解释本发明。附图示出如下：

图1示出了根据本发明的方法的示例性实施例。

具体实施方式

图1示出了自动化技术的现场设备FG，在该示例中为流量计。然而，本发明能够被应用于任何类型的现场设备FG。除了测量传感器系统之外，现场设备FG还具有操作电子器件BE，操作电子器件BE包括非易失性存储器、主存储器和微处理器。现场设备FG经由操作电子器件BE的操作经由固件FW控制。在本发明中，现场设备FG具有包括软件容器的专用固件FW。软件容器保留操作电子器件BE的一部分资源，即，为安装代码CD的一定量的保留存储器空间SP、执行所安装的代码CD所需的操作电子器件BE的特定量的保留主存储器AS，以及用于执行代码CD的一定量的处理器运行时间。该专用固件FW在现场设备FG的制造期间初始加载，或者经营商在稍后的时间利用专用固件FW重写现场设备FG的初始固件。

现场设备能够借助于专用固件FW并入分布式账本DL，更确切地说，借助于软件容器CT并入。

首先，代码CD被加载到现场设备FG上的软件容器CT中。代码CD用于现场设备FG到分布式账本DL的稍后连接以及用于数据的预处理和到分布式账本DL的传输。在第一步骤1.a)中，现场设备FG从数据库DB下载代码，例如，设备制造商的基于云的数据库。为此，经营商BD从数据库DB选定适合分布式账本DL的代码。替代地，经营商BD在方法步骤1.b)中生成代码CD本身。在方法步骤2.)中，代码被加载到软件容器CT的专用存储器SP中。

现场设备FG具有多个参数PA1、PA2、PA3、……、PAn。这些参数PA1、PA2、PA3、……、PAn定义了现场设备FG收集或处理哪些数据。数据特别是过程值、状态信息或诊断数据。软件容器CT提供了有限输入部的集合。参数PA1、PA2、PA3、……、PAn的子集被映射到输入部IN上。指配经由FG中可用的配置菜单发生。这里的代码CD定义了在哪些参数PA1、PA2、PA3、……、PAn的基础上读入哪些数据。在第三方法步骤中，现场设备FG的数据在参数PA1和PA3的基础上经由对应指配的输入部IN读入。代码CD不能在这里直接访问参数PA1、PA2、PA3、……、PAn，而只能访问输入部。然后在方法步骤4.)中对这些数据进行处理或相互组合以形成结果数据。

在执行代码CD之后，现场设备FG经由更高级别的通信网络，例如互联网或局域网，建立到分布式账本DL的连接。现场设备FG具有多个接口或输出部OP1、OP2。在该情况下中，输出部OP1被提供用于连接到现场总线网络，现场设备经由该现场总线网络定期地传输其数据。借助于输出部OP2，经由更高级别通信网络到分布式账本DL的连接被建立。为此，代码CD具有登录信息和分布式账本DL的地址。能够规定，分布式账本DL然后向现场设备FG传输其它的软件组件，例如，当现场设备FG继续作为分布式账本DL中的轻节点起作用时。这些另外的软件组件同样被存储在专用存储器SP中并由软件容器执行。

在方法步骤5.)中，结果数据被路由到输出部OP2。然后将结果数据传输到分布式账本DL，根据分布式账本DL的标准进行验证，并存储在分布式账本DL中。

如果经营商BD希望使用不同的分布式账本DL，他能够根据方法步骤1.)和2.)加载新的代码CD，以替换旧代码。还可选地可能加载多个代码CD，使得现场设备FG经由各种另外输出部作为各种分布式账本DL的参与者节点起作用。

附图标记列表

1.)、……、6.) 方法步骤

AS 保留主存储器

BE 操作电子器件

BN 用户

CD 代码

CT 软件容器

DB 进一步的数据库

DL 分布式账本

FG 现场设备

FW 固件

IN 输入部

OP1、OP2 输出部

PA1、PA2、PA3、……、PAn 参数

PL 保留处理器运行时间

SP 保留存储器空间

Claims

1.一种自动化技术的现场设备(FG)，所述现场设备具有操作电子器件(BE)和多个参数(PA1、PA2、PA3、……、PAn)，其中，所述操作电子器件(BE)被配置成在所述参数(PA1、PA2、PA3、……、PAn)的基础上操作所述现场设备(FG)，并在所述参数的基础上收集或处理数据，其中，具有软件容器(SC)的固件(FW)被指配给所述操作电子器件(BE)，其中，所述软件容器(SC)包括：

-有限数量的输入部(IN)，所述有限数量的输入部用于获取根据所述现场设备(FG)的所述参数(PA1、PA2、PA3、……、PAn)收集或处理的所述数据；

-与所述测量设备的通信信道相对应的有限数量的输出部(OP1、OP2)，其中，所述通信信道被设计用于将所述现场设备(FG)连接到更高级别通信网络；

-所述操作电子器件(BE)中特定量的保留存储器空间(SP)，以便安装代码(CD)；

-执行所安装的代码(CD)所需的所述操作电子器件(BE)中特定量的保留主存储器(AS)；

-为执行所安装的代码(CD)而保留的所述操作电子器件(BE)的特定量的处理器运行时间(PL)；

其中，所述软件容器(SC)被设计成：执行所安装的代码(CD)，并借助于所述代码(CD)，经由所述更高级别通信网络经由所述输出部(OP1、OP2)中的至少一个输出部建立到分布式账本(DL)的通信链路，将所述现场设备(FG)集成到所述分布式账本(DL)中，并将所收集或处理的数据的至少一部分处理和/或组合为结果数据，并将所述结果数据传输到所述分布式账本(DL)。

2.根据权利要求1所述的现场设备(FG)，其中，所述现场设备(FG)是具有至少一个传感器单元的测量设备，所述至少一个传感器单元用于采集过程工程过程的物理原始测量变量、网络设备，特别是网关、远程I/O、交换机或边缘设备、或控制单元，特别是控制单元。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的现场设备(FG)，其中，根据所述参数(PA1、PA2、PA3、……、PAn)收集或处理的数据是以下中的至少一种：

-由所述传感器单元获取的原始测量变量；

-从所述原始测量变量形成的测得值；

-状态信息，特别是与NAMUR建议相对应的状态信息；以及

-诊断数据，特别是心跳数据。

4.根据权利要求1至3中的至少一项所述的现场设备，其中，所述代码(CD)具有所述分布式账本(DL)的网络地址和用于所述分布式账本(DL)的登录例程。

5.一种用于将根据权利要求1至4中的任一项所述的现场设备(FG)并入特别是根据blockchain、blockDAG或TDAG设计的分布式账本(DL)中的方法，该方法包括；

-在软件容器(SC)中安装加载到所述现场设备(FG)中的代码(CD)；

-将来自所述输入部(IN)中的至少一个输入部的数据处理或组合成结果数据；

-经由更高级别通信网络经由所述输出部(OP1、OP2)中的至少一个输出部建立到所述分布式账本(DL)的通信链路；以及

-经由所述输出部(OP1、OP2)中的至少一个输出部将所述结果数据传输到所述分布式账本(DL)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述现场设备(FG)在根据所述代码(CD)首次建立与所述分布式账本(DL)的通信连接之后被集成在所述分布式账本(DL)中。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，在集成到所述分布式账本(DL)中之后，所述现场设备(FG)作为参与者节点，特别是作为轻节点起作用。

8.根据权利要求6至7中的至少一项所述的方法，其中，所述代码(CD)由用户(BN)创建并被加载到所述现场设备(FG)中。

9.根据权利要求6至7中的至少一项所述的方法，其中，所述现场设备(FG)经由互联网或所述更高级别通信网络从数据库(DB)下载所述代码(CD)。