DE102004055318A1 - Multi functional field device, e.g. for detecting and manipulating liquid level, has digital image detecting unit for analyzing optical ambient information - Google Patents
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Abstract
Description
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, pH- und Leitfähigkeitsmessgeräte etc., die als Sensoren die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur bzw. pH-Wert bzw. Leitfähigkeitswert erfassen.In In automation technology field devices are often used which serve to detect and / or influence process variables. examples for such field devices are level gauges, mass flow meters, pressure and temperature measuring devices, pH and conductivity meters, etc., as sensors the corresponding process variables level, Flow, pressure, temperature or pH value or conductivity value to capture.
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.to Influence of process variables are actuators, the z. B. as Valves the flow of a liquid in a pipe section or as pumps the level in a container Taxes.
Als Feldgeräte werden auch Registriergeräte bezeichnet, die vor Ort Messdaten aufzeichnen.When field devices are also called recording devices, which record measurement data on site.
Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Fa. Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.A Variety of such field devices is manufactured and sold by Endress + Hauser.
In der Regel sind Feldgeräte in modernen Automatisierungsanlagen über Feldbussysteme (HART, Profibus, Foundation Fieldbus, etc.), mit übergeordneten Einheiten (z. B. Leitsysteme oder Steuereinheiten) verbunden. Diese Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung.In usually are field devices in modern automation systems via fieldbus systems (HART, Profibus, Foundation Fieldbus, etc.), with parent Units (eg control systems or control units). These Among other things, units are used for process control, process visualization, Process monitoring.
Meist sind Feldbussysteme in Unternehmensnetzwerke integriert. Damit kann aus unterschiedlichen Bereichen eines Unternehmens auf Prozess- bzw. Feldgerätedaten zugegriffen werden.Most of time Fieldbus systems are integrated into corporate networks. So that can from different areas of a company to process or field device data be accessed.
Zur weltweiten Kommunikation können die Firmennetzwerke auch mit öffentlichen Netzwerken, z. B. dem Internet verbunden sein.to worldwide communication the company networks also with public Networks, z. B. connected to the Internet.
Für die Prozessvisualisierung stehen in der übergeordneten Einheit, die sich in der Regel in einer Warte befindet, nur die reinen Messwerte der Sensoren und die Zustandswerte der Aktoren zur Verfügung. Messwerte alleine geben jedoch keinen umfassenden Überblick über die aktuelle Prozesssituation in einer Anlage.For process visualization stand in the parent Unit that is usually in a waiting room, only the one pure measured values of the sensors and the state values of the actuators to disposal. However, measured values alone do not provide a comprehensive overview of the Current process situation in a plant.
Teilweise werden deshalb auch Überwachungskameras eingesetzt, die über entsprechende Kabelleitungen mit der Warte verbunden sind. Auf separaten Überwachungsbildschirmen können so einzelne Prozesskomponente auch visuell angezeigt werden.Partially therefore also surveillance cameras used that over corresponding cable lines are connected to the control room. On separate monitoring screens can so individual process components are also visually displayed.
Häufig ist eine permanente optische Überwachung einer Prozesskomponente nicht unbedingt notwendig. Benötigt wird die visuelle Information in der Regel nur in kritischen Situationen oder für gelegenheitliche sporadische Überprüfungen.Frequently a permanent visual surveillance a process component is not absolutely necessary. Is needed the visual information usually only in critical situations or for occasional sporadic checks.
Herkömmliche Überwachungskameras haben verschiedene Nachteile. Sie sind zum einen sehr teuer und benötigen einen hohen Verkabelungsaufwand.Conventional surveillance cameras have several disadvantages. They are very expensive and expensive need a high cabling effort.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen multifunktionales Feldgerät der Automatisierungstechnik anzugeben, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist, das insbesondere auch die Übertragung von optischen Informationen an eine übergeordnete Einheit ermöglicht.task The invention is therefore a multifunctional field device of automation technology indicate that does not have the disadvantages mentioned above, the especially the transmission of optical information to a higher-level unit.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Wesentliche Idee der Erfindung ist es, bei einem Feldgerät der Automatisierungstechnik eine digitale Bilderfassungseinheit vorzusehen, die zur Auswertung optischer Umgebungsinformationen dient.Is solved This object is achieved by the features specified in claim 1. basics The idea of the invention is in a field device of automation technology to provide a digital image capture unit for evaluation optical environment information is used.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird als digitale Bilderfassungseinheit eine CCD-Miniaturkamera eingesetzt. Derartige Miniaturkameras werden in Funktelefonen bereits vielfach eingesetzt und sind als Massenprodukt relativ kostengünstig.In an advantageous development of the invention is called digital Image capture unit used a CCD miniature camera. Such miniature cameras are already widely used in cellular phones and are as Bulk product relatively inexpensive.
Um die optische Umgebungsinformationen auch am Feldgerät selbst auswerten zu können, ist im Feldgerät eine entsprechende Auswerteeinheit vorgesehen.Around the optical environment information also on the field device itself to be able to evaluate is in the field device a corresponding evaluation provided.
Diese Auswerteeinheit dient auch zur Aufbereitung der von der Bilderfassungseinheit gelieferten Daten zum Versenden über den Feldbus.These Evaluation unit also serves for the preparation of the image acquisition unit supplied data for sending via the fieldbus.
Bei den optischen Umgebungsinformationen kann es sich um applikationsspezifische Informationen, wie z. B. der Füllstand einer Flüssigkeit in einem Behälter, die Farbe der Flüssigkeit oder Schaumbildung an der Oberfläche der Flüssigkeit.at the optical environment information may be application specific Information, such as B. the level a liquid in a container, the color of the liquid or foaming on the surface the liquid.
Neben diesen applikationsspezifischen Informationen können die optischen Umgebungsinformationen auch Bedieninformationen sein, z. Bsp. Handzeichen eines Bedienpersonals, sein.Next This application-specific information can be the optical environment information also be control information, z. Eg hand signal of an operator, be.
In vorteilhafter Weise ist die Bilderfassungseinheit beweglich angeordnet.In Advantageously, the image capture unit is arranged to be movable.
Die Daten der Bilderfassungseinheit werden über einen entsprechenden Feldbus, Profibus, Foundation Fieldbus oder HART zu einer übergeordneten Einheit weitergeleitet.The Data of the image acquisition unit are transmitted via a corresponding field bus, Profibus, Foundation Fieldbus or HART to a higher-level unit forwarded.
Bei dem multifunktionalen Feldgerät kann es sich zum Beispiel um einen Druck-, Temperatur-, Durchfluss- oder Füllstandssensor handeln.at the multifunctional field device may be, for example, a pressure, temperature, flow or level sensor act.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.following The invention is explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing.
Es zeigen:It demonstrate:
In
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.About one Gateway G1, which is also referred to as a linking device or as a segment coupler, the data bus D1 is connected to a field bus segment SM1. The Fieldbus segment SM1 consists of several field devices F1, F2, F3, F4, which have a Fieldbus FB are interconnected. In the field devices F1, F2, F3, F4 may be sensors or actuators. The fieldbus FB operates according to one of the known fieldbus standards Profibus, Foundation Fieldbus or HART.
In
Das im Mikroprozessor μP ablaufende Steuerprogramm definiert die anwendungsbezogenen Funktionalitäten des Feldgerätes (Messwertberechnung, Hüllkurvenauswertung, Linearisierung der Messwerte, Diagnoseaufgaben).The in the microprocessor μP expiring control program defines the application-related functionalities of the field device (Measured value calculation, envelope evaluation, Linearization of measured values, diagnostic tasks).
Weiterhin ist der Mikroprozessor μP mit einer Anzeigebedieneinheit A/B (z. B. LCD-Anzeige mit mehreren Drucktasten) verbunden.Farther is the microprocessor μP with a display operation unit A / B (e.g., multi-LCD display Push buttons) connected.
Zur Kommunikation mit dem Feldbus-Segment SM1 ist der Mikroprozessor μP über einen Kommunikations-Controller COM mit einer Feldbusschnittstelle FBS verbunden. Ein Netzteil NT liefert die notwendige Energie für die einzelnen Elektronikkomponenten des Feldgerätes F1. Es kann vom Feldbus FB gespeist werden oder von einer anderen Energiequelle. Die Versorgungsleitungen für die Energieversorgung der einzelnen Komponenten im Feldgerät sind der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.to Communication with the fieldbus segment SM1 is the microprocessor μP via a communication controller COM connected to a fieldbus interface FBS. A power supply NT provides the necessary energy for the individual electronic components of the field device F1. It can be from the fieldbus FB are fed or from another source of energy. The supply lines for the Energy supply of the individual components in the field device are clearly arranged not shown.
Der Mikroprozessor μP ist über eine parallele Schnittstelle mit drei Signalleitungen Datenbusleitung DB, Adressbusleitung AB und einer Signalleitung SL mit einer digitalen Bilderfassungseinheit KA verbunden. Denkbar ist auch ein serieller Datenanschluss.Of the Microprocessor μP is over a parallel interface with three signal lines data bus line DB, address bus line AB and a signal line SL with a digital Image acquisition unit KA connected. It is also conceivable a serial Data port.
Bei der digitalen Bilderfassungseinheit KA handelt es sich um eine CCD-Miniaturkamera mit einem Kameraauge A von ca. 3–5 mm Durchmesser. Die Bilderfassungseinheit kann starr oder beweglich am Gehäuse des Feldgerätes F1 angeordnet sein. Eine bewegliche Anordnung der digitalen Bilderfassungseinheit ist zum Beispiel über ein Kugelgelenk möglich. Der Blickwinkel des Kameraauges A ist durch die beiden Begrenzungsstriche angedeutet.at The digital image acquisition unit KA is a CCD miniature camera with a camera eye A of about 3-5 mm diameter. The image acquisition unit can be rigid or movable on casing of the field device F1 be arranged. A movable arrangement of the digital image acquisition unit is over for example a ball joint possible. The viewing angle of the camera eye A is through the two boundary lines indicated.
Nachfolgend ist die Funktionsweise der Erfindung näher erläutert. Die von der digitalen Bilderfassungseinheit KA gelieferten Daten werden im Mikroprozessor μP ausgewertet und ggfs. über die Feldbusschnittstelle FBS über den Feldbus FB und den Datenbus D1 an die übergeordnete Einheit WS1 weitergeleitet. In der Warte kann der Anlagenfahrer ein aktuelles Bild einer Prozesskomponenten aufrufen. In dieses direkte von der Prozesskomponente stammende Bild können natürlich aktuelle Messwerte eingeblendet werden. Eine derartige digitale Bilderfassungseinheit KA bietet für den Anlagenfahrer erhebliche Vorteile.following the operation of the invention is explained in more detail. The of the digital Image acquisition unit KA supplied data are evaluated in the microprocessor uP and possibly over the fieldbus interface FBS via the fieldbus FB and the data bus D1 forwarded to the parent unit WS1. In the control room the plant operator can get an up-to-date picture of a process component call. In this direct from the process component originating Picture can Naturally current measured values are displayed. Such a digital one Image acquisition unit KA offers considerable benefits for the plant operator Advantages.
Ist das Auge A der optischen Bilderfassungseinheit KA in einem Behälter gerichtet, so kann z. B. die momentane Lage eines Rührflügels erkannt werden. Eine derartige Rührflügelerkennung kann bei Füllstandsmessgeräte nach dem Radarprinzip verwendet werden, um Störeinflüsse die durch die Bewegung des Rührflügels kommen, zu vermeiden. Über Eigenschaften eines Tankinhaltes, wie zum Beispiel Farbe, Konsistenz flüssig oder körnig kann der Anlagenfahrer zusätzlich erkennen, welches Medium sich momentan im Tankbehälter befindet und ggfs. entsprechende mediumsabhängige Einstellungen am Feldgerät oder an einer Steuerung vornehmen.If the eye A of the optical imaging unit KA directed in a container, so z. B. the current position of a stirring blade are detected. Such an impeller detection can be used in level gauges according to the radar principle to avoid interference caused by the movement of the impeller. About properties of a tank contents, such as color, consistency liquid or granular, the system operator can also recognize which medium is currently in the tank container and, if necessary, make appropriate medium-dependent settings on the field device or on a controller.
Die digitale Bilderfassungseinheit KA kann natürlich auch zur Plausibilitätskontrolle eingesetzt werden. Die Schaum- bzw. Staubbildung in einem Behälter kann optisch erfasst werden und der Verlust eines Radarfüllstandsechos ist für den Anlagefahrer dann plausibel.The Of course, digital image acquisition unit KA can also be used for plausibility checks be used. The formation of foam or dust in a container can optically detected and the loss of a radar level echo is for The investment driver then plausible.
Neben diesen applikationsspezifischen Informationen können auch noch Bedieninformationen mit der digitalen Bilderfassungseinheit eingefasst werden. Denkbar ist die Bewegung von Hand oder Fingern einer Bedienperson zur Gerätebedienung eines Feldgeräts zu verwenden. Weiterhin ermöglicht die Bilderfassungseinheit eine visuelle Personenidentifizierung, einer Bedienperson am Feldgerät. Die Identifizierung selbst kann im Feldgerät oder in der Warte durch den Anlagenfahrer erfolgen.Next This application-specific information can also control information with the digital image capture unit are bordered. It is conceivable the movement of an operator's hand or fingers for device operation a field device to use. Furthermore, the Image capture unit a visual personal identification, a Operator on the field device. The identification itself can be done in the field device or in the control room by the Plant operators take place.
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