DE10029448A1

DE10029448A1 - Prozeßleittechniksystem

Info

Publication number: DE10029448A1
Application number: DE10029448A
Authority: DE
Inventors: Joachim Klasen
Original assignee: ATPLAN GES fur PLANUNG IN DER
Current assignee: ATPLAN GES fur PLANUNG IN DER
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-01-10

Abstract

Prozeßleittechniksystem zur Überwachung, Dokumentation, Steuerung und Wartung von Feldgeräten, d. h. Meß- und Stellgeräten (Sensoren und Aktoren), wobei zumindest ein Feldgerät, das mit einem Chip (elektronisches Bauelement) mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung mit Wegserverfunktionalität und einer TCP/IP-Schnittstelle ausgerüstet ist, zumindest ein Datenverarbeitungsgerät (Computer) als Prozeßleitsystem, der mit einer TCP/IP-Schnittstelle ausgerüstet ist, und eine Datenübertragungsstrecke, die Feldgerät und Datenverarbeitungsgerät verbindet und über die ein Datenaustausch unter TCP/IP erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Prozeßleittechniksystem zur Überwa chung, Dokumentation, Steuerung und Wartung von Feldgeräten, d. h. Meß- und Stellgeräten (Sensoren und Aktoren). Soweit die Funktionen Überwachung, Dokumentation, Steuerung und Wartung betroffen sind, können diese auch einzeln oder in Unterkombina tion zur Anwendung kommen, ohne daß der Gegenstand der Erfindung damit verlasssen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin Feldge räte für das genannte Prozeßleittechniksystem.

In der Prozeßleittechnik ist es bereits bekannt, Feldgeräte mit integrierten Schaltungen zu verwenden, die mit betriebsinternen Bussystemen (Feldbus, Profibus) kompatibel sind. Sofern Feldge räte zur Anwendung kommen, die nicht über eine integrierte Schaltung verfügen, muß ein besonderer Meßumformer vorgesehen werden, der ein Analogsignal erzeugt, das in einer nachgeschal teten spreicherprogrammierbaren Steuerung in datenbusfähige digitale Signale umgesetzt werden kann. Zur Datenübertragung sind hierbei zwei Leiter erforderlich; gesondert davon benötigen Meßaufnehmer und Meßumformer des Feldgerätes eine Energieversor gung mit üblicherweise 24 V oder 230 V.

Diese bekannten Prozeßleittechniksysteme mit Systembustechnik sind in ihrer Flächenerstreckung beschränkt und können Entfer nung von mehr als 400 m nicht zuverlässig überbrücken. Aufgrund der verschiedenen betriebsinternen Bussysteme/Prozeßleittechnik systeme sind die Hersteller der Feldgeräte gezwungen, diese in unterschiedlichsten Ausführungen anzubieten und vorzuhalten.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindun gen, ein neues Prozeßleittechniksystem der genannten Art und dafür geeignete Feldgeräte zur Verfügung zu stellen, die eine Systemüberwachung und -steuerung auch über große Entfernungen ermöglichen und die eine Beschränkung auf eine einheitliche Feldgerätebauart zulassen.

Die Lösung hierfür besteht in einem Prozeßleittechniksystem mit zumindest einem Feldgerät, das mit einem Chip (elektronisches Bauelement) mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung mit Webserverfunktionalität und einer TCP/IP-Schnittstelle ausgerü stet ist, zumindest einem Datenverarbeitungsgerät (Computer) als Prozeßleitsystem, der mit einer TCP/IP-Schnittstelle ausgerüstet ist, und einer Datenübertragungsstrecke, die Feldgerät und Da tenverarbeitungsgerät verbindet und über die ein Datenaustausch unter TCP/IP erfolgt.

Es wird hiermit also ein System dargestellt, bei dem die Feldge räte selber unmittelbar internetfähig bzw. intranetfähig sind, woraus sich zum einen eine unbegrenzte räumliche Erweiterung und zum anderen eine weitgehende Standardisierung der Ausrüstung ergibt. Die gesamte Kommunikation im System erfolgt hierbei unter TCP/IP-Protokoll von der Meßdatenerfassung am Feldgerät bis zur Systemleitebene. Die gesamte Hard- und Softweartechnolo gie des Internets ist hierbei verwendbar, wobei dies auch für die Zukunft sichergestellt ist. Sowohl feldseitig als auch leit ebenenseitig wird eine Herstellerunabhängigkeit erreicht bei gleichzeitiger Nutzung durchgehend bewärter Technologie. Durch den Rückgriff auf genorme Schnittstellen und Standards ergibt sich eine völlig offene und skalierbare Systemarchitektur.

Besonders vorteilhaft ist es, daß alle in der Webtechnologie bereits in Anspruch genommenen oder zukünftig in Betracht kom menden Datenübertragungsmedien bei Einsatz entsprechender Gateways zur Anwendung kommen können. Dies ist neben der direk ten Anbindung an das Internet (www) oder ein Intranet über entsprechende Router die Datenübertragung über ISDN unter Ver wendung von ISDN-Modems, die Datenübertragung über GSM, über GSM-Handys bzw. über WAP und entsprechende WAP-Handys.

Grundsätzlich nicht ausgeschlossen sein soll jedoch auch die unmittelbare Verkabelung von Feldgeräten und Systemleitrechnern.

Ein erfindungsgemäßes Feldgerät für ein System der vorgenannten Art ist gekennzeichnet durch einen Chip, der einerseits mit den Datenausgängen des Feldgeräts verbunden ist und der über eine Webserverfunktionalität verfügt und der andererseits über eine TCP/IP-Schnittstelle verfügt und über diese mit dem Internet (www) oder einem betriebseigenen Intranet verbunden ist. Soweit Feldgeräte zur Anwendung kommen sollen, die bereits über eine integrierte Schaltung verfügen, ist ein erindungsgemäßes Feldge rät gekennzeichnet durch einen Chip, der einerseits über eine serielle Schnittstelle verfügt und über diese mit den Datenaus gängen der integrierten Schaltung des Feldgerätes verbunden ist, der über eine Webserverfunktionalität verfügt und der anderer seits über eine TCP/IP-Schnittstelle verfügt und über diese mit dem Internet (www) oder einem betriebseigenen Intranet verbunden ist.

In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, daß der Chip außer der TCP/IP-Schnittstelle zumindest ein Programmteil "Parametrie rungswerkzeug" und ein Programmteil "Softwareschnittstelle zum Feldgerät" trägt, weiterhin kann vorgesehen werden, daß der Chip weiterhin ein Programmteil "Dokumentation" trägt. Die Programm teile "Parametrierungswerkzeug" und "Dokumentation" können unter "JAVA" programmiert sein, der Programmteil "Softwareschnitt stelle" kann vorzugsweise und "C" programmiert sein.

Besondere Vorteile ergeben sich mit Feldgeräten dieser Art für das erfindungsgemäße Prozeßleittechniksystem im Aufbau der Ver kabelung und Energieversorgung. Anstelle bisher erforderlicher mehrerer Leiter für die analoge Datenübertragung und mehrerer Leiter für die Energieversorgung können jeweils in der Ethernet technik übliche Einzelverkabelungen mit zumindest zwei Daten adern und einer Energieversorgungsader Verwendung finden. Netz verteiler und Netzunterverteiler eines erfindungsgemäßen Prozeß leitsystems können in bis zu vier Ebenen strukturiert/kaskadiert sein. Die Energieversorgungseinheiten der Netzunterverteiler brauchen hierbei nur über ein 24 V Einzelkabel von einer Haupt energieversorgungseinheit versorgt werden.

Die Technologie gemäß der Erfindung ist insbesondere für das Prinzip der "Vendor Managed Inventory" geeignet, bei welchem ein Lieferant Füllstände und Verbräuche von Verbrauchsgütern bei seinen Kunden online überwacht und dokumentiert und seine ent sprechende Logistik danach organisiert und betreibt. Hierbei kann gleichzeitig eine Überwachung und Dokumentation der beim Kunden zum Einsatz kommenden Steuergeräte und/oder Meßgeräte dezentral am jeweiligen erfindungsgemäßen Feldgerät und/oder beim Lieferanten auf der dann als Prozeßleitebene anzusehenden Ebene zentral erfolgen. Die Prozeßleitebene kann hierbei teil weise dezentral sein bzw. unterhalb der zentralen Prozeßleit ebene kann eine Verzweigung der Daten stattfinden, beispiels weise können unabhängig im Einsatz befindliche Wartungspersonen über ihr GSM-Handy oder Web-Handy unmittelbar von den Feldgerä ten gesteuert Nachrichten über Routineeinsätze/Wartungsarbeiten oder Störungen/Noteinsätze erhalten. Bevorzugt werden solche Feldinformation zugleich zentral erfaßt und dokumentiert.

Aus den beiden vorgenannten Beispielen wird die Universalität der mit der Erfindung angebotenen Technologie ohne weiteres deutlich.

Vereinfachte Darstellungen zum erfindungsgemäßen System und Einzelheiten der in den Feldgeräten verwendeten Chips ergeben sich aus den Figuren, die nachstehend beschrieben werden.

Hierin zeigt

Fig. 1 ein Prinzipbild eines erfindungsgemäßen Prozeßleit techniksystems;

Fig. 2 ein Prinzipbild eines Chips für ein erfindungsgemäßes Feldgerät;

In Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Gesamtsystems in erfin dungsgemäßer Prozeßleittechnik dargestellt, das wie folgt aufge baut ist. Links ist ein Block von sechs Feldgeräten 11 bis 16 dargestellt, die beispielhaft von folgendem Typ sind: Temperatur-Meßeinrichtung 11, Druck-Meßeinrichtung 12, Durch flußMeßeinrichtung 13, sonstige Meßeinrichtung 14, analoges Stellgerät 15, binäres Stellgerät 16. Jedes der genannten Feld geräte weist ein hier verkürzt als Web-Chip bezeichnetes Bauteil 17 auf, dessen Struktur anhand von Fig. 2 unten näher erläutert wird. Jedes der Feldgeräte ist über eine Leitung vom Typ Indu strieverkabelung mit Energieversorgung (Ethernetsystemkabel mit Spannungsversorgung) 21 bis 26 mit einer Netzverteilereinheit in Form einer Hub oder eines Switches mit 24 V-Gleichstromversor gung 27 verbunden. Von dieser aus führt eine Datenübertragungs strecke 28 zu einer Switchbox 29 und von dort über eine Ver kabelung 30 zu einem Prozeßleitrechner 31 und über eine Ver kabelung 32 zu einem Webserver mit Gerätedatenbank 33. Zwischen den beiden Switchboxen 27 und 29 sind in der Datenübertra gungsstrecke 28 vier alternative Übertragungssysteme unterein ander dargestellt, wobei der erste Teil der Übertragungsstrecke 28.1 als Industrieverkabelung 28.2 ausgeführt ist und der zweite Teil der Übertragungsstrecke als Standardverkabelung.

Die erste Alternative des Übertragungssystems umfaßt zwei Modems 34.1, 34.2, die über ISDN- oder Analogleitungen 35 kommunizie ren. Die zweite Alternative umfaßt zwei Handys 36.1, 36.2, die über GSM- oder WAP-Netze 37 miteinander kommunizieren. Die drit te Alternative umfaßt zwei Router 38.1, 38.2, die über das In ternet (www) 39 miteinander kommunizieren. Die vierte Alternati ve schließlich liegt in einer Festverkabelung 40.

In Fig. 2 ist einer der in Fig. 1 in jedem der Feldgeräte bereits dargestellten Web-Chips 17 mit Einzelheiten als Block schaltbild dargestellt, der einen 16 Bit CPU Baustein 41, einen programmierbaren Speicherbaustein 42, zumindest eine digitale Schnittstelle 43, zumindest eine serielle Schnittstelle 44 und eine TCP/IP-Ethernet-Schnittstelle 45 umfaßt. Die Funktionen waren im einzelnen im Zusammenhang mit der allgemeinen Beschrei bung bereits erklärt worden.

Claims

1. Prozeßleittechniksystem zur Überwachung, Dokumentation, Steuerung und Wartung von Feldgeräten, d. h. Meß- und Stell geräten (Sensoren und Aktoren), gekennzeichnet durch
zumindest ein Feldgerät, das mit einem Chip (elektronisches Bauelement) mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung mit Web serverfunktionalität und einer TCP/IP-Schnittstelle ausgerüstet ist,
zumindest ein Datenverarbeitungsgerät (Computer) als Prozeßleitsystem, der mit einer TCP/IP-Schnittstelle ausge rüstet ist, und
eine Datenübertragungsstrecke, die Feldgerät und Datenver arbeitungsgerät verbindet und über die ein Datenaustausch unter TCP/IP erfolgt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Datenübertragungsstrecke Gateways zum Wechsel auf ein anderes/von einem anderen Datenübertragungsproto koll vorgesehen sind.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Datenübertragungsstrecke eine ISDN-Verbindung unter Einschluß zweier Modems liegt.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Datenübertragungsstrecke eine GSM-Verbindung oder eine WAP-Verbindung unter Einschluß zweier Handys liegt.

5. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Datenübertragungsstrecke eine Internetverbindung über das www unter Einschluß zweier Router liegt.

6. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Datenübertragungsstrecke eine betriebseigene Intranetverbindung oder ein betriebseigenes Bussystem liegt.

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Feldgerät und Datenverarbeitungsgerät eine Festverbindung über Kupferkabel oder Lichleiterkabel vor gesehen ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Feldgeräte mittels Einzelkabel mit einem Switch/einer Hub verbunden sind, von welcher aus eine ge meinsame Datenübertragungsstrecke bis zu einer Prozeßleit ebene führt.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Prozeßleitsysteme oder Webserver mittels Ein zelkabeln mit einem Switch/einer Hub verbunden sind, von wo aus eine gemeinsame Datenübertragungsstrecke bis zu einem feldseitigen Switch/einer feldseitigen Hub führt.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung vom zumindest einen Feldgerät bis zu einem Netzverteiler oder einem ersten Netzunterverteiler über Einzelkabel mit zumindest zwei Datenübertragungslei tern und einem 24 V-Energieversorgungsleiter erfolgt.

11. System nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Netzverteiler und Netzunterverteiler in bis zu vier Ebenen strukturiert (kaskadiert) angeordnet sind.

12. System nach einem der Ansprüche 10 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungseinheiten der Netzunterverteiler über 24 V Einzelkupferkabel von einer Hauptenergieversor gungseinheit versorgt werden.

13. Feldgerät für ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen Chip, der einerseits mit den Datenausgängen des Feldgeräts verbunden ist und der über eine Webserverfunktionalität verfügt und der andererseits über eine TCP/IP-Schnittstelle verfügt und über diese mit dem Internet (www) oder einem betriebseigenen Intranet verbunden ist.

14. Feldgerät für ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer integrierten Schaltung, gekennzeichnet durch einen Chip, der einerseits über eine serielle Schnittstelle verfügt und über diese mit den Datenausgängen der inte grierten Schaltung des Feldgerätes verbunden ist, der über eine Webserverfunktionalität verfügt und der andererseits über eine TCP/IP-Schnittstelle verfügt und über diese mit dem Internet (www) oder einem betriebseigenen Intranet verbunden ist.

15. Feldgerät nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip außer der TCP/IP-Schnittstelle zumindest einen Programmteil "Parametrierungswerkzeug" und einen Programm teil "Softwareschnittstelle zum Feldgerät" trägt.

16. Feldgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip weiterhin ein Programmteil "Dokumentation" trägt.

17. Feldgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmteil "Parametrierungswerkzeug" und gegebe nenfalls der Programmteil "Dokumentation" unter JAVA pro grammiert sind.

18. Feldgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmteil "Softwareschnittestelle" unter "C" programmiert ist.