CN117742732A - 将第一类型的测量系统转换成第二类型的方法和测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及将第一类型的测量系统转换成第二类型的方法和测量系统。本发明公开了一种用于将第一类型的测量系统(200)转换成第二类型的方法，该测量系统(200)至少包括两个子系统，即传感器(100)和终端应用(40)，其中每个子系统被设计成支持应用程序，即每个子系统的固件被设计成接收、安装并执行应用程序，该方法包括以下步骤：为相应子系统创建子应用程序(2a到2e)，其中该子应用程序(2a到2e)专用于第二类型的测量系统；创建包括所有子应用程序(2a到2e)的多部分应用程序(20)；以及将多部分应用程序(2)安装到测量系统(200)上。本发明进一步公开了一种测量系统(200)。

Description

将第一类型的测量系统转换成第二类型的方法和测量系统

技术领域

本发明涉及一种用于将第一类型的测量系统转换成第二类型的方法。这是过程自动化技术领域中的测量系统。本发明进一步涉及一种用于执行该方法的测量系统。

背景技术

如今，测量系统通常不再由单个部件或单个装置组成，而是由系统的集群组成，这些系统诸如是传感器、相关联的测量换能器、可能的边缘装置、云连接以及最终的具有可视化功能的终端应用。

如果这种测量系统要补充新的功能，那么通常只改变一个独立系统是不够的。集群中的所有装置都必须进行调适。对每个单元个别地执行此操作是乏味的，并且容易出错。

本发明的目标是向整个子系统集群添加功能，而不必手动调适每个子系统。

发明内容

该目标通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求15所述的测量系统来实现。该测量系统包括至少两个子系统，即传感器和终端应用，其中每个子系统被设计成支持应用程序，即每个子系统的固件被设计成接收、安装并执行应用程序。具体地，该目标通过包括以下步骤的方法来实现：为相应子系统创建子应用程序，其中子应用程序专用于第二类型的测量系统；创建包括所有子应用程序的多部分应用程序；以及将多部分应用程序安装到测量系统上。

在下文中，术语“应用程序”与术语“插件”同义使用，并且是带来有用的功能性的可下载程序代码。

有两种分发多部分应用程序的方法：从中央系统分发或从子系统分发。首先，将论述从中央系统进行的分发。

一个实施例提出，多部分应用程序从中央系统、特别是由终端用户的控制系统或计算机安装，并从此处分发给子系统。

一个实施例提出，多部分应用程序被中央系统分割成子应用程序，并且子应用程序被传输到相应子系统。

一个实施例提出，多部分应用程序从中央系统传输到第一子系统，第一子系统安装其子应用程序，并将多部分应用程序转发到第二子系统，相应子应用程序既而安装在第二子系统中，等等。

一个实施例提出，第一子系统仅转发未安装部分。

现在，将论述从子系统进行的分发。

一个实施例提出，多部分应用程序安装在子系统上，并从此处分发给其它子系统。

一个实施例提出，通过存储卡、特别是SD卡进行了安装。

一个实施例提出，已安装多部分应用程序的子系统的子应用程序安装在该子系统上。

一个实施例提出，多部分应用程序被已安装多部分应用程序的子系统分割成子应用程序，并且子应用程序被传输到相应其它子系统。

一个实施例提出，多部分应用程序从已安装多部分应用程序的子系统传输到又一子系统，此子系统安装其子应用程序，并将多部分应用程序转发到另一子系统，相应子应用程序既而安装在该另一子系统中，等等。

一个实施例提出，相应的子系统仅转发未安装部分。

一个实施例提出，如果子应用程序已经以与新的可安装的子应用程序相同的版本存在于对应子系统上，则不再安装该子应用程序。

一个实施例提出，多部分应用程序包括比子系统更多个的子应用程序。

一个实施例提出，子应用程序包括下述任务中的至少一个：信号处理、用于配置和交互的用户界面、可视化、到上级系统的数据变换、特别是到现场总线的数据变换、建立、处理或执行计算模型、筛选等。

该目标进一步通过一种用于执行如上所述的方法的测量系统来实现。

一个实施例提出，测量系统包括传感器、测量换能器、边缘装置、云和终端应用子系统。

附图说明

这将参照以下附图来更详细地解释。

图1a/图1b总体示出了第一类型和第二类型的测量系统。

图2示出了具有传感器、测量换能器和其它子系统的测量系统。

图3示出了具有子应用程序的多部分应用程序。

图4示出了一个实施例中的多部分应用程序的安装。

图5示出了一个实施例中的多部分应用程序的安装。

在附图中，相同特征用相同附图标记标注。

具体实施方式

图1a和图1b总体示出了第一类型和第二类型的测量系统200。测量系统200包括至少两个子系统，即传感器100和终端应用40。终端应用例如被设计为可以示出传感器100的测量的单元(也参见下文)。

图1a/图1b示出了具有五个子系统的测量系统200，具体地，传感器100、测量换能器1、边缘装置20、云30和终端应用40。具有不到五个子系统的测量系统是可能的。一个示例是当测量换能器1直接连接到云30时没有专用的边缘装置20的实施例。在一个实施例中，传感器100和测量换能器1作为单个装置来安装。没有云30的实施例也是可能的。在下文中，将基于五个子系统来描述该方法；如上所述，偏差是可能的。

在这种应用情况的意义上，终端应用40是一种下述应用：这种应用的用途不再是自身的测量，或者不再沿着该应用传递测量值自身。例如，它是子系统，其主要任务是向最终用户呈现信息，例如作为图形用户界面。此外或取而代之，最终的数据处理也可以在终端应用中进行。例如，在传感器中，例如在传感器侧应用程序中进行有针对性的预处理，既而在测量换能器1或终端应用40中进行最终处理以及可视化。多部分应用程序2(见下文)含有这两个应用程序，并且既而在安装期间以分布式方式安装在两个子系统上。

即使终端应用嵌入到其它系统中并且子系统上的应用程序的改变不会影响较高级别的嵌入式系统，子系统也可以被视为终端应用。

原则上，所主张的测量系统具有作为子系统链的两端。即，“源头”，其中能够由应用程序重新配置的处理开始(例如，传感器100)；以及端部(例如，在终端应用40处)，其中能够由应用程序重新配置的处理结束。当然，子系统从源头到汇点可以依次嵌入到较大整体系统中。然而，如果应用程序的切换不影响周围系统的配置，那么该子系统从源头到终端都可以视为其自身的测量系统。

图1a示出了第一类型的测量系统200。例如，这是非酒精碳酸饮料的生产和灌装工厂。子系统被配置成使得与生产相关的数据被传输到下一子系统。测量系统200与传感器、测量换能器、边缘装置、云和终端应用协调，以便监控生产，在测量换能器1的现场显示器7上显示测量值，经由边缘装置20将测量值从测量换能器1传输到云30，并且在此处在终端应用40中显示测量值，其中终端应用40的GUI(图形用户界面)是针对非酒精饮料的生产而定制的。其它子系统也针对这种应用情况进行了精确优化。

参见图1b，此测量系统200现被切换到酒精碳酸饮料的生产和灌装工厂。在这种情况下，有时使用传感器100的其它模型(见下文)，在测量换能器1中需要其它计算操作，或者需要终端应用40中的另一种表示。即使使用相同的测量换能器，也可能需要重新配置。在图1a/图1b中，各种类型各自标有字母“a”或“b”。在图1a/图1b中，它们是传感器1、测量换能器100和终端应用40。传感器100a因此专用于第一类型的测量系统200，传感器100b因此专用于第二类型的测量系统200，等等。也可以重新配置所有子系统或可以添加功能。

现将参照图2简要论述传感器100和测量换能器1。

一般来说，测量换能器1(也称为变送器)是根据固定关系将输入变量转换为输出变量的装置。例如，在过程自动化技术中，现场装置连接到测量换能器。“测量换能器”和“变送器”在本文中同义使用。例如，现场装置是传感器。其原始测量值在测量换能器中被处理，例如，被平均化或通过计算模型转换为另一变量(例如，待确定的过程变量)并且可能被传输到例如控制系统。

各种各样的传感器可以连接到测量换能器。本申请人以名称“Memosens”销售，以用于测量pH值、电导率、氧气、浊度和其它的传感器。测量换能器也可以是传感器的整体部分。

在传感器中实施的测量原理通常可以用于比最初提供的应用多的应用中。例如，实际上为测量废水领域中的淤泥而开发的浊度传感器也能够通过使用测量原理来测量牛奶中的脂肪含量。为了能够接入灵活的新应用，对应模型不是永久存储在传感器中，而是可以以应用程序2的形式重新加载，在这种应用的意义上，以子应用程序(具体是子应用程序2a，见下文)的形式重新加载。因此，应用程序2是向测量换能器1提供附加的或不同的功能的一段能够(重新)加载的程序代码。

因此，已生产的传感器也能够在没有固件更新的情况下操作新的应用。同样，希望将传感器用于不同应用的客户也可以容易地对其进行修改。重新加载计算模型的能力使得能够使用高度专业化的计算模型，这些计算模型在适当时仅针对单个测量点进行优化。因此，个别子系统的固件被设计成可以经由接口接收、(内部)存储和执行应用程序。

同样可以使传感器100可以首先经由子应用程序2连接到测量换能器1，或者使其以简单方式兼容，例如，因为当交付测量换能器时，固件还不支持传感器。这意味着“第一类型到第二类型的转换”也包括初始配置或初始调试。

在图2中，测量换能器1经由电缆111连接到传感器100。传感器100的原始测量值在测量换能器1中被处理，例如，被平均化和/或通过计算模型转换为另一变量(例如，待确定的过程变量)并且可能被变送到例如控制系统。测量换能器1包括具有存储器5的数据处理单元14，该存储器足够大以存储多个应用程序或子应用程序。用于传感器的这种子应用程序(附图标记2a)可以含有模型，这意味着例如用于浊度传感器的算法，该算法用于将原始测量值转换成实际浊度值。该模型取决于应用和边界条件，例如安装条件。如果传感器用于另一应用，那么必须选择不同模型并因此选择应用程序。

传感器100包括第一物理接口103，传感器100经由该第一物理接口连接到测量换能器1，并由此交换数据(双向)并被供应能量(单向)。电缆111是连接元件110的一部分，该连接元件可以在一端连接到测量换能器1，并且在另一端连接到传感器100。在传感器侧端部，电缆111具有与第一物理接口103互补的第二物理接口113。物理接口103、113被设计为例如电隔离的接口，尤其是电感接口。物理接口103、113可以通过机械插塞连接而彼此耦合。机械插塞连接是完全密封的，以使得没有流体(诸如，待测量的介质、空气或灰尘)可以从外部进入。

传感器100包括用于检测过程自动化的被测变量的至少一个传感器元件104。传感器100既而是例如pH传感器，也称为ISFET，通常是离子选择性传感器，即，用于通过对介质中的电磁波的吸收(例如，波长在UV、IR和/或可见光范围内)，来测量氧的氧化还原电位、电导率、浊度、非金属材料的浓度或特定被测变量的温度的传感器。

传感器100进一步包括第一耦合主体102，该第一耦合主体包括第一物理接口103。连接元件110包括第二圆柱形耦合主体112，该第二圆柱形耦合主体被设计成与第一耦合主体102互补，并且可以以套筒状端部部分滑动到第一耦合主体102上，其中第二物理接口113被插入到第一物理接口103中。

传感器100包括数据处理单元105，诸如，微控制器，该数据处理单元处理由集成到传感器100中的检测硬件所获得的被测变量的原始值，并且例如将它们转换成不同的数据格式。出于能量和空间的原因，数据处理单元105通常被设计成在计算能力和存储器容量方面相当小或节约。因此，它通常只旨在用于“简单”的计算操作，例如数字转换、预处理和平均化。数据处理单元105将取决于被测变量(即，传感器元件104的测量信号)的值转换为测量换能器1可以理解的协议。

连接元件110可以包括数据处理单元115。数据处理单元105被设计成“小型的”，并且可以充当数据的中继器。

若干传感器100也可以连接到测量换能器1b。图2中示出了两个传感器100，其中两个传感器中只有一个具有所有的附图标记。可以连接相同或不同的传感器。两个传感器中左侧的一个被示出为处于插入状态中。例如，多达八个传感器可以连接到测量换能器1。

测量换能器1可以经由电缆连接到上级单元，诸如，控制系统。测量换能器1将测量数据转发到该控制系统。在这种情况下，控制系统被设计为过程控制系统(PLC)、PC或服务器。出于此目的，测量换能器1经由控制系统可以理解的通信协议来传输数据，诸如现场总线，诸如，HART、Profibus PA、Profibus DP、Foundation Fieldbus、Modbus RS485或者还有基于以太网的现场总线，诸如，EtherNet/IP、Profinet或Modbus/TCP。此处没有示出这种情况。

测量换能器1经由电缆21连接到边缘装置20。数据经由边缘装置20转发到云30。

测量换能器1包括显示器7和一个或多个操作元件8，例如旋钮或旋转旋钮、按钮或软键，测量换能器1可以经由该一个或多个操作元件进行操作。例如，传感器100的测量数据由显示器7显示。传感器100也可以通过操作元件8和显示器7上的对应视图来配置和参数化。显示器7也可以被设计成触摸显示器；操作元件8既而也可以是触摸显示器的一部分，即，作为触摸操作元件。测量换能器1包括数据处理单元14。测量换能器1还可以包括SD卡插槽9，应用程序2可以经由该SD卡插槽而加载到测量换能器1上。测量换能器1b还可以包括一个或多个无线模块10，诸如，蓝牙、移动无线电(2G、3G、4G、5G)或其它，也可能包括无线总线协议，诸如，WirelessHART。

测量换能器1的功能可以经由一个或多个应用程序、主要是子应用程序(附图标记2b)来扩展。应用程序位于存储器5中，并经由通信接口传输到测量换能器1。取决于测量换能器1的设计，应用程序可以例如经由诸如蓝牙等无线数据连接(参见附图标记10)传输到测量换能器1。如果测量换能器1包括这种选项，那么应用程序也可以经由存储卡、例如SD卡(参见附图标记9)加载到数据处理单元14中。还可以经由边缘装置20或总线系统(诸如，HART、wielessHART、Modbus、Foundation Fieldbus等；未示出)和对应的无线或有线连接线来传输应用程序。

如上所述，测量换能器1或与其连接的传感器100可以经由操作元件8来操作和参数化。为此，菜单或菜单结构显示在显示器7上。菜单结构描述了在显示器7上显示的各种菜单页面的层次、导航和文本。菜单结构使得能够从供给物选择所需命令并执行它。

为了能够从第一应用(第一类型的测量系统)切换到第二应用(第二类型的测量系统)，测量系统200的每个子系统本身必须支持应用程序。因此，每个子系统都能够接收、安装并执行应用程序。每个子系统都可以通过应用程序来扩展其范围，或者可以经由应用程序来运行。

因此，为每个子系统开发了子应用程序，其中子应用程序专用于第二类型的测量系统。子应用程序由附图标记2a到2e表示。这示出在图3中。在这种情况下，子应用程序2a是用于传感器的应用程序，子应用程序2b是用于测量换能器的应用程序，子应用程序2c是用于边缘装置的应用程序，子应用程序2d是用于云后端的应用程序，并且子应用程序2e是用于终端应用的应用程序。如果创建了子应用程序2a到2e，那么则创建了公共的多部分应用程序2。

多部分应用程序2始终含有所有必要的子应用程序。然而，情况可以是，子应用程序同样被包含在多个多部分应用程序中。

在一个实施例中，不再安装已安装在子系统上的子应用程序。出于此目的，例如，每个子应用程序被分配独特识别特征(例如，子应用程序上的散列/校验和)。每个子系统都知道其安装的子应用程序的识别特征。在尝试安装子应用程序期间，从目标系统查询当前安装的子应用程序的识别特征。如果已安装的子应用程序的识别特征与待安装的子应用程序的识别特征相同，那么不再次安装。

最后，多部分应用程序2必须被分发给相应的子系统，即，被安装到测量系统200上。有两种可能性：中央方法，参见图4；以及端点方法，参见图5。

在图4中的中央方法中，多部分应用程序2被中央系统300分割成其子应用程序2a到2e，并且子应用程序2a到2e被传输到相应的系统。附图标记100a/100b、1a/1b和40a/40b分别表示第一类型(“a”)在安装之前安装，并且第二类型(“b”)在安装之后安装。

中央系统300例如是终端用户的控制系统或计算机。

在图5中的端点方法中，多部分应用程序2由中央系统300(终端用户的控制系统或计算机)传输到测量系统200中的子系统。这可以是开始或结束子系统；开始子系统得以示出。测量系统200的每个子系统安装其相关联的子应用程序2a到2e，并将剩余的子应用程序转发到下一子系统。在一个实施例中，不转发整个多部分应用程序2，而仅转发未存储/未安装部分。每个子系统安装其子应用程序，并转发其余的子应用程序。

在图3到图5的实施例中，多部分应用程序2包括用于正好五个子系统的五个子应用程序2a到2e，这五个子系统既而构成了整个系统，即测量系统200。以下实施例也是可能的：虽然多部分应用程序2包括五个子应用程序2a到2e，但是测量系统200由不到五个子系统组成。例如，测量系统200不包括边缘装置。既而，多部分应用程序2仍然通过五个子应用程序2a到2e来分发和安装——在中央方法中，简单地不使用“缺失的”子系统。在分布式方法中，跳过了“缺失的”子系统。

附图标记列表

1 测量换能器

1a/1b 测量换能器

2 多部分应用程序

2a 到2e子应用程序

5 存储器

7 显示器

8 操作元件

9 SD卡插槽

10 无线模块

14 数据处理单元

20 边缘装置

30 云

40 终端应用

40a/40b 终端应用

100 传感器

100a/100b 传感器

102 耦合主体

103 接口

104 传感器元件

105 数据处理单元

110 连接元件

111 电缆

112 耦合主体

113 接口

115 数据处理单元

200 测量系统

300 中央系统

Claims (16)

1.一种用于将第一类型的测量系统(200)转换成第二类型的方法，

所述测量系统(200)至少包括两个子系统，即传感器(100)和终端应用(40)，

其中每个子系统被设计成支持应用程序，即每个子系统的固件被设计成接收、安装并执行应用程序，

所述方法包括以下步骤：

–为相应子系统创建子应用程序(2a到2e)，其中所述子应用程序(2a到2e)专用于所述第二类型的测量系统；

–创建包括所有子应用程序(2a到2e)的多部分应用程序(2)；以及

–将所述多部分应用程序(2)安装到所述测量系统(200)上。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中所述多部分应用程序(2)由中央系统(300)、特别是由终端用户的控制系统或计算机安装，并从该处分发给所述子系统。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中所述多部分应用程序(2)被所述中央系统(300)分割成所述子应用程序(2a到2e)，并且所述子应用程序(2a到2e)被传输到相应子系统。

4.根据权利要求2所述的方法，

其中所述多部分应用程序(2)从所述中央系统(300)传输到第一子系统，所述第一子系统安装其子应用程序(2a到2e)，并将所述多部分应用程序(2)转发到第二子系统，相应子应用程序(2a到2e)既而安装在所述第二子系统中，等等。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中所述第一子系统仅转发未安装部分。

6.根据权利要求1所述的方法，

其中所述多部分应用程序(2)被安装在子系统上，并从该子系统分发给其它子系统。

7.根据权利要求6所述的方法，

其中通过存储卡、特别是SD卡进行安装。

8.根据权利要求6或7所述的方法，

其中已安装所述多部分应用程序(2)的子系统的子应用程序(2a到2e)被安装在该子系统上。

9.根据权利要求6到8所述的方法，

其中所述多部分应用程序(2)被已安装所述多部分应用程序(2)的子系统分割成所述子应用程序(2a到2e)，并且所述子应用程序(2a到2e)被传输到相应其它子系统。

10.根据权利要求6到8所述的方法，

其中所述多部分应用程序(2)从已安装所述多部分应用程序(2)的子系统传输到又一子系统，此子系统安装其子应用程序(2a到2e)，并将所述多部分应用程序(2)转发到另一子系统，相应子应用程序(2a到2e)既而安装在所述另一子系统中，等等。

11.根据权利要求10所述的方法，

其中相应子系统仅转发未安装部分。

12.根据前述权利要求中的一项所述的方法，

其中，如果子应用程序(2a到2e)已经以与新的能安装的子应用程序相同的版本存在于对应子系统上，则不再安装该子应用程序。

13.根据前述权利要求中的一项所述的方法，

其中所述多部分应用程序(2)包括比子系统更多个的子应用程序(2a到2e)。

14.根据前述权利要求中的一项所述的方法，

其中子应用程序(2a到2e)包括下述任务中的至少一个：信号处理、用于配置和交互的用户界面、可视化、到上级系统的数据变换、特别是到现场总线的数据变换、计算模型的创建、处理或执行、或筛选。

15.一种用于执行根据前述权利要求中的一项所述的方法的测量系统(200)。

16.根据前一权利要求所述的测量系统(200)，

其中所述测量系统(200)包括传感器(100)、测量换能器(1)、边缘装置(20)、云(30)和终端应用(40)子系统。