DE102004025484A1

DE102004025484A1 - Variables Feldgerät für die Automatisierungstechnik

Info

Publication number: DE102004025484A1
Application number: DE102004025484A
Authority: DE
Inventors: Peter KLÖFER; Martin PFÄNDLER; Bernd Strütt; Jörg REINKENSMEIER
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-12-22
Also published as: US20080126659A1; EP1751633A2; WO2005114342A2; WO2005114342A3

Abstract

Bei einem variablen Feldgerät für die Automatisierungstechnik, das einen Mikroprozessor zur Ausführung eines Steuerprogramms und eine serielle Feldbusschnittstelle zur Kommunikation mit einem Feldbus aufweist, ist als weitere Schnittstelle eine parallele Kommunikationsschnittstelle KS vorgesehen, die als Standard-Einschubfach für unterschiedliche Schnittstellenmodule ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein variables Feldgerät für die Automatisierungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Automatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Massedurchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte etc., die als Sensoren die entsprechenden Prozessvarablen Füllstand, Durchfluss, Druck bzw. Temperatur erfassen.
Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, die z. B. als Ventile den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt oder als Pumpen den Füllstand in einem Behälter steuern.
Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Fa. Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
In der Regel sind Feldgeräte in modernen Fabrikationsanlagen über Feldbussysteme (HART, Profibus, Foundation Fieldbus, etc.), mit übergeordneten Einheiten (z. B. Leitsysteme oder Steuereinheiten) verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Als Feldgeräte werden auch solche Einheiten bezeichnet, die direkt an einen Feldbus angeschlossen sind und zur Kommunikation mit den übergeordneten Einheiten dienen (z. B. Remote I/O, Gateways, Linking Devices).
Meist sind Feldbussysteme in Unternehmensnetzwerke integriert. Damit kann aus unterschiedlichen Bereichen eines Unternehmens auf Prozess- bzw. Feldgerätedaten zugegriffen werden.
Zur weltweiten Kommunikation können die Firmennetzwerke auch mit öffentlichen Netzwerken, z. B. dem Internet verbunden sein.
Moderne Feldgeräte weisen eine standardisierte Feldgeräteschnittstelle zur Kommunikation mit einem offenen Feldbussystem und eine proprietäre Schnittstelle zur herstellerspezifischen Kommunikation mit einer Service/Bedieneinheit auf. Häufig handelt es sich bei den Service/Bedieneinheiten um tragbare Kleinrechner (Laptops, Palms etc.), wie sie aus dem Consumer-Electronic-Bereich (Büro- und Heim-Computer) allgemein bekannt sind.
Die Entwicklung in diesem dieser Elektronik-Bereich, insbesondere auf dem Gebiet der Schnittstellen ist rasant. Fortlaufend entstehen neue Schnittstellen-Standards, zu erwähnen sind hier z. B. USB, Bluetooth, Ethernet, WLAN, Infrarot etc.. Um die Feldgeräte mit den neuesten auf dem Mark erhältlichen Kleinrechner (Laptops, Palms, etc.) verbinden zu können, müssen die Feldgeräte die entsprechenden Schnittstellen ebenfalls aufweisen. Dies würde bedeuten, dass Feldgeräte kontinuierlich umkonstruiert werden müssten, um sie den neuen Schnittstellen anzupassen.
Derartige Neuentwicklungen wären relativ aufwendig und teuer. Noch aufwendiger wäre es, wenn bei den bereits im Einsatz befindlichen Feldgeräten die alten Schnittstellen gegen neue Schnittstellen ausgetauscht werden müssten.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein variables Feldgerät für die Automatisierungstechnik zu schaffen, das einfach und kostengünstig für Standard-Schnittstellen (auch zukünftige) geeignet ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, bei einem Feldgerät, das einen Mikroprozessor zur Ausführung eines Steuerprogramms und eine serielle Schnittstelle zur Kommunikation mit einem Feldbus aufweist, eine weitere parallele Kommunikationsschnittstelle vorzusehen, die als Standard-Einschubfach für unterschiedliche Schnittstellenmodule ausgebildet ist.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung weist die Kommunikationsschnittstelle einen 64-PIN-Steckeranschluss auf.
In vorteilhafter Weise ist die parallele Kommunikationsschnittstelle über einen 16-Bit-Adressbus AB und einem 24-Bit-Datenbus DB mit dem Mikroprozessor CPU verbunden. Um gängige Module aus dem PC-Anwenderbereich einsetzen zu können, ist das Standard-Einschubfach für derartige Module ausgebildet.
Das Standard-Einschubfach kann z. B. ein PCMCIA-Kartenfach sein.
In vorteilhafter Weise ist das Schnittstellenmodul eine Bluetooth-Karte, die ein Feldgerät funktauglich macht.
Um das Feldgerät mit einem schnellen Netzwerk zu verbinden, ist als Schnittstellenmodul eine Ethernet-Karte oder ISDN-Karte vorgesehen.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik mit mehreren Feldgeräten in schematischer Darstellung;
2 Blockschaltbild eines Feldgerätes.
In 1 ist ein Netzwerk der Automatisierungstechnik näher dargestellt. An einem Datenbus D1 sind mehrere Rechnereinheiten in kleinere Workstations WS1, WS2, angeschlossen. Diese Rechnereinheiten dienen als übergeordnete Einheiten (Leitsystem bzw. Steuereinheit), unter anderem zur Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung und zum Engeenering wie zum Bedienen und Überwachen von Feldgeräten. Der Datenbus D1 arbeitet z. B. nach dem Profibus DP-Standard oder nach dem HSE (High Speed Ethernet)-Standard der Foundation Fieldbus. Über ein Gateway G1, das auch als Linking Device oder auch als Segment-Koppler bezeichnet wird, ist der Datenbus D1 mit einem Feldbus-Segment SM1 verbunden. Das Feldbus-Segment SM1 besteht aus mehreren Feldgeräten F1, F2, F3, F4, die über einen Feldbus FB miteinander verbunden sind. Bei den Feldgeräten F1, F2, F3, F4 kann es sich sowohl um Sensoren oder um Aktoren handeln. Der Feldbus FB arbeitet entsprechend nach einem der bekannten Feldbusstandards Profibus, Foundation Fieldbus oder HART.
In 2 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Feldgerätes z. B. F1 näher dargestellt. Eine Recheneinheit CPU ist zur Messwertverarbeitung über einen Analog-Digital-Wandler A/D und einen Verstärker V mit einem Messaufnehmer MA verbunden, der eine Prozessvariable (z. B. Druck, Durchfluss oder Füllstand) erfasst. Die Recheneinheit CPU ist mit mehreren Speichern verbunden. Ein RAM-Speicher dient als temporärer Arbeitspeicher, ein nichtflüchtiger EPROM-Speicher EPROM oder Flash-Speicher FLASH als Speicher für das in der Recheneinheit CPU auszuführende Steuerprogramm und ein EEPROM-Speicher als Speicher für Kalibrier- und Start-Parameterwerte insbesondere für das Set-Up Programm der Recheneinheit CPU.
Das Steuerprogramm definiert die anwendungsbezogene Funktionalität des Feldgerätes (Messwertberechnung, Hüllkurvenauswertung, Linearisierung der Messwerte, Diagnoseaufgaben).
Weiterhin ist die Recheneinheit CPU mit einer Anzeigebedieneinheit A/B (z.B. LCD-Anzeige mit 3-5 Drucktasten) verbunden.
Zur Kommunikation mit dem Feldbus-Segment SM1 ist die Recheneinheit CPU über einen Kommunikationscontroller COM mit einer Feldbusschnittstelle FBS verbunden. Ein Netzteil NT liefert die notwendige Energie für die einzelnen Elektronikkomponenten des Feldgerätes F1. Die Versorgungsleitungen zu den einzelnen Komponenten sind der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.
Erfindungsgemäß ist die Recheneinheit CPU über einen 16-Bit-Adressbus AB und einem 24-Bit-Datenbus DB sowie mehreren Steuerleitung SL mit einer parallelen Kommunikationsschnittstelle KS verbunden. Die parallele Schnittstelle KS weist 68 Anschluss-PINs für einen Steckeranschluss auf.
In vorteilhafter Weise ist das Standard-Einschubfach für Module aus dem PC-Anwender-Bereich ausgebildet. So kann das Feldgerät F1 in einfacher Weise an neue Kommunikationsstandards angepasst werden. Heute gängige Karten sind PCMICA-Karten. Deshalb ist das Standard-Einschubfach als PCMICA-Kartenfach ausgebildet. Die Abkürzung PCMICA steht für Personal Computer Memory Card International Association einer Vereinigung von namhaften Herstellern wie z. B. Intel, Apple, IBM oder Microsoft, die einen entsprechenden Standard geschaffen haben (siehe www.pcmcia.org).
PCMICA-Karten zeichnen sich durch einen sehr geringen Stromverbrauch aus. Um ein Feldgerät einfach funktauglich zu machen, ist als Schnittstellenmodul eine Bluetooth-Karte vorgesehen. Über eine Ethernet- oder ISDN-Karte als Schnittstellenmodul kann das Feldgerät mit einem schnellen Netzwerk (5KB/s oder > 1MB/s) verbunden werden.
Mit der erfindungsgemäßen Kommunikationsschnittstelle ist das Feldgerät F1 einfach und kostengünstig für unterschiedliche Schnittstellenstandards geeignet. Da Komponenten aus dem Consumer-Electronics-Bereich z. B. PCMICA-Karten eingesetzt werden können, sind keine kostspieligen Umkonstruktionen notwendig, um Feldgeräte auf neue Kommunikationsstandards anzupassen. Mit dem entsprechenden Schnittstellenmodul kann das Feldgerät F1 mit den neuesten Geräten aus dem Consumer-Electronics-Bereich wie z. B. Laptops, Palms etc., verbunden werden. Aufwendige Anpassungen am Feldgerät können entfallen.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann die Spannungsversorgung des Feldgerätes F1 auch über die Kommunikationsschnittstelle KS oder über eine separate Spannungsversorgungseinheit erfolgen.
Als Schnittstellenmodul kann z. B. auch eine PCMICA-Profibus-Karte dienen, um das Feldgerät F1 mit einem weiteren Feldbussystem zu verbinden.
Eine solche PCMICA-Feldbus-Karte kann natürlich auch dazu dienen, das Feldgerät F1 auch mit dem vorhandenen Feldbussystem FB zu verbinden. In diesem Fall kann die Feldbusschnittstelle FBS und der Kommunikationscontroller COM im Feldgerät F1 entfallen.
Der für ein PCMICA-Kartenfach notwendige PCMICA-Controller kann hardwaremäßig als Chip in die parallele Kommunikationsschnittstelle KS integriert sein oder softwaremäßig als Programmmodul realisiert sein.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich Feldgeräte der Automatisierungstechnik mit heutigen auf dem Mark erhältlichen und auch zukünftigen Kleinrechnern aus dem Consumer-Electronics-Bereich zu bedienen. Unter Bedienen ist die Nutzung der dem Anwender zur Verfügung stehenden Funktionalitäten eines Feldgerätes (z.B. Parameterwerte auslesen, Parameterwerte schreiben, Diagnoseinformationen auslesen) gemeint.
Ein Service-Techniker braucht zum Bedienen von Feldgeräten nicht mehr mehrer Kleinrechner, die auf die Schnittstellen einzelner Geräte angepasst sind, sondern er kann mit einem Gerät alle Feldgeräte bedienen.

Claims

Variables Feldgerät für die Automatisierungstechnik, das einen Mikroprozessor, zur Ausführung eines Steuerprogramms und eine serielle Feldbusschnittstelle zur Kommunikation mit einem Feldbus aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Schnittstelle eine parallele Kommunikationsschnittstelle KS vorgesehen ist, die als Standard-Einschubfach für unterschiedliche Schnittstellenmodule ausgebildet ist.
Feldgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die parallele Kommunikationsschnittstelle KS einen 64 Bit Steckeranschluss aufweist.
Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die parallele Kommunikationsschnittstelle KS einen 16 Bit Adressbus und einen 24 Bit Datenbus DB aufweist.
Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Standard-Einschubfach für Module aus dem PC-Anwender-Bereich ausgebildet ist.
Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Standard-Einschubfach ein PCMCIA Kartenfach ist.
Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schnittstellenmodul eine Bluetooth-Karte vorgesehen ist, die das Feldgerät F1 funkfähig macht.
Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Datenkommunikation mit einem schnellen Netzwerk als Schnittstellenmodul eine Ethernet-/ISDN-Karte vorgesehen ist.