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Die
Erfindung betrifft einen Messumformer nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 sowie ein Bedien- und Beobachtungsgerät für einen derartigen Messumformer.
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In
der Automatisierungstechnik werden häufig Feldgeräte zur Prozessinstrumentierung
eingesetzt, die beispielsweise zur Erfassung und/oder Beeinflussung
von Prozessvariablen dienen und durch ein Automatisierungsnetzwerk,
insbesondere einen Feldbus, zum Austausch von Daten miteinander
verbunden sind. Feldgeräte,
die eine physikalische oder chemische Größe als Prozessvariable erfassen,
werden häufig
als Messumformer bezeichnet, da sie die jeweilige Größe in einen
Messwert umformen und diesen beispielsweise an eine übergeordnete
Leitstation zur weiteren Verarbeitung ausgeben. Beispiele für derartige
Messumformer sind Messumformer für Füllstand,
Massendurchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Leitfähigkeit
usw.. Als Daten können
nicht nur Messwerte sondern eine Vielzahl von Informationen zwischen
einem Messumformer und einer übergeordneten
Einheit, beispielsweise einer Leitstation, ausgetauscht werden.
So können
zum Beispiel gerätespezifische
Informationen und/oder anwendungsspezifische Informationen in Messumformern
abgespeichert und/oder ausgelesen werden. Bei den gerätespezifischen
Informationen kann es sich um Standortinformationen, Inbetriebnahmeinformationen,
Serviceinformationen usw. handeln. Anwendungsspezifische Informationen
sind beispielsweise eine Zykluszeit bei zyklischer Datenübertragung, Zeitpunkt
des nächsten
Wartungsintervalls, Ethernetadresse usw.. Die Eingabe und Änderung
dieser Daten kann zum einen am Messumformer selbst über eine
Bedieneinheit erfolgen, zum anderen mit Hilfe einer übergeordneten
Einheit über
das Automatisierungsnetzwerk.
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Aus
der Broschüre „SITRANS
F C MASSFLO, Flow metering based on coriolis technology, Siemens
AG, 2006, Order No. E20001-A440-P710-V1-7600" sind Messumformer für Massendurchfluss
mit einem modularen Aufbau bekannt. Ein Aufnehmer dient zur Erfassung
des Massendurchflusses als physikalische oder chemische Größe und zur
Erzeugung eines Messsignals, das dem Massendurchfluss entspricht.
Eine Ansteuer- und Auswerteeinrichtung dient zur Ansteuerung des
Aufnehmers in geeigneter Weise und zur Auswertung des Messsignals.
In Abhängigkeit
des Messsignals berechnet die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung
einen Messwert für
den Massendurchfluss und gibt diesen über eine Kommunikationsschnittstelle
beispielsweise an eine übergeordnete
Leitstation zur weiteren Verarbeitung aus. Aufnehmer und Ansteuer-
und Auswerteeinheit werden häufig
auch als Sensor bzw. Transmitter bezeichnet. Beide Module können unabhängig voneinander
vertrieben und beim Anwender in der gewünschten Weise miteinander kombiniert
werden. Dabei stehen eine Vielzahl von Typen zur Verfügung. Die
freie Kombinierbarkeit wird durch einen Speicher ermöglicht,
das so genannte SENSORPROM®, in den exemplarspezifische
Kalibrierdaten, die bei Herstellung und Kalibrierung des Aufnehmers
ermittelt werden, hinterlegt werden. Derartige Kalibrierdaten sind
beispielsweise die Größe des Messrohrs,
Typbezeichnung des Sensors, Ausgangseinstellungen usw.. Darüber hinaus können beliebige
Werte oder Einstellungen, die ein Bediener eingibt bzw. vornimmt,
automatisch in diesem Speicher abgelegt werden. Der beim Hersteller mit
den Kalibrierdaten programmierte Speicher wird zusammen mit dem
Aufnehmer ausgeliefert und beim Anwender in das Gehäuse der
Ansteuer- und Auswerteeinrichtung eingesetzt. Beim Einschalten werden
die Daten durch einen Mikrocontroller des Messumformers über eine
serielle Schnittstelle ausgelesen. Die Kalibrierdaten stehen damit
für die
Auswertung zur Verfügung.
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Wenn
eine defekte Ansteuer- und Auswerteeinrichtung durch eine neue ersetzt
werden muss, ist zur Bereitstellung der zum Betrieb des Messumformers
erforderlichen Daten lediglich der Speicher aus dem defekten Gerät zu entnehmen
und in das neue einzusetzen. Nachteilig dabei ist, dass dazu die
Geräte
geöffnet
werden müssen,
wobei der Speicher oder das neue Gerät, die meist empfindliche elektronische
Bauelemente aufweisen, beschädigt
werden können.
Zudem kann es vorkommen, dass der Speicher bei der Installation
verloren geht.
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Eine
andere Möglichkeit
zur Bereitstellung der Daten nach Austausch eines defekten Geräts kann
darin gesehen werden, die Daten über
das Automatisierungsnetzwerk an eine übergeordnete Leitstation zur
dortigen Hinterlegung zu übertragen
und bei Austausch eines defekten Messumformers die Daten in den
Messumformer herunterzuladen. In nachteiliger Weise erfordert diese
Möglichkeit
eine zentrale Archivierung der Messumformerdaten und es kann vorkommen,
dass nicht mehr aktuelle Daten in einen neuen Messumformer geladen
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Messumformer und ein
Bedien- und Beobachtungsgerät
für einen
derartigen Messumformer zu schaffen, die es ermöglichen, exemplarspezifische Kalibrierdaten
des Aufnehmers und/oder anwendungsspezifische Konfigurationsdaten
des Messumformers selbst dann ohne Weiteres zugänglich zu machen, wenn der
Messumformer defekt ist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe weisen der neue Messumformer und das neue Bedien-
und Beobachtungsgerät
für einen
derartigen Messumformer die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 bzw. des Anspruchs 3 angegebenen Merkmale auf. In Anspruch 2 ist
eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung beschrieben.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass immer aktuelle exemplarspezifische
Kalibrierdaten des Aufnehmers und/oder anwendungsspezifische Konfigurationsdaten
des Messumformers zur Verfügung
stehen und mit Hilfe der autarken Funkschnittstelle in ein Ersatzgerät geladen
werden können.
Dadurch kann ein längerer
Ausfall des Messumformers, der gegebenenfalls zu einer Betriebsunterbrechung
eines Prozesses, in welchem der Messumformer zur Prozessinstrumentierung
eingesetzt wird, führen
könnte, vermieden
werden. Als autark wird eine Funkschnittstelle bezeichnet, die zur
Funktion keine weiteren Ressourcen aus ihrer Umgebung benötigt. In
diesem Anwendungsfall bedeutet dies, dass die in dem Speicher hinterlegten
Kalibrierdaten und/oder Konfigurationsdaten sogar dann lesbar und/oder
beschreibbar sind, wenn weitere elektronische Komponenten des Messumformers
defekt sind und der Messumformer beispielsweise an einer Kommunikation über das
Automatisierungsnetzwerk nicht mehr teilnehmen kann. Dazu können Speicher
und autarke Funkschnittstelle beispielsweise über eine eigene Stromversorgung, zum
Beispiel mit einer Batterie, verfügen. Alternativ dazu ist eine
Ausführung
einer autarken Funkschnittstelle vorteilhaft, bei welcher der Speicher
und die autarke Funkschnittstelle die erforderliche Betriebsenergie über dieselbe Übertragungsstrecke
erhalten, über
die auch die Daten übertragen
werden.
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Ein
Bedien- und Beobachtungsgerät,
das mit einer Funkschnittstelle zum Austausch von Daten mit dem
Messumformer über
dessen autarke Funkschnittstelle ausgestattet ist, hat den Vorteil,
dass die Kalibrier- und/oder Konfigurationsdaten mit dem Gerät aus dem
Speicher eines defekten Messumformers ausgelesen, in dem Gerät zwischengespeichert und
in den Speicher eines neuen Messumformers, der den defekten ersetzt,
eingeschrieben werden können.
Dazu müssen
in vorteilhafter Weise keinerlei Eingriffe in die Hardware der Messumformer
vorgenommen werden und es stehen immer die zuletzt verwendeten Daten
des defekten Messumformers für den
Ersatzmessumformer zur Verfügung.
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Eine
Ausbildung der autarken Funkschnittstelle als RFID (Radio Frequency
Identification)-Schnittstelle, wie sie bei RFID-Tags Verwendung findet,
hat den Vorteil, dass eine zuverlässige und bewährte Technik
eingesetzt wird, die inzwischen weit verbreitet und zu niedrigen
Kosten verfügbar
ist. RFID ist eine Methode, um Daten, insbesondere einen Identifikationscode,
auf einem Transponder berührungslos
und ohne Sichtkontakt speichern und lesen zu können.
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Zur
Sicherstellung der Konsistenz der Daten im Speicher kann eine Steuerung
vorgesehen werden, die einen gleichzeitigen Zugriff der Ansteuer- und
Auswerteeinheit und eines externen Geräts auf den Speicherinhalt verhindert.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die autarke Funkschnittstelle
immer dann deaktiviert wird, wenn die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung
auf die Daten zugreifen will. Nach erfolgtem Zugriff wird die Funkschnittstelle
erneut aktiviert. Um zu gewährleisten, dass
die Funkschnittstelle bei einem Defekt einer anderen elektronischen
Komponente des Messumformers aktiv ist, wird die Steuerung so ausgebildet, dass
die Funkschnittstelle bei einem Spannungsausfall des Messumformers
immer betreibbar ist und dass sie in vorteilhafter Weise zusätzlich dann
aktiviert wird, wenn für
eine vorgegebene Mindestdauer keine Zugriffe der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung
auf den Speicher erfolgten.
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Anhand
der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung
sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
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Die
einzige Figur zeigt einen Messumformer 1 und ein Bedien- und Beobachtungsgerät 2,
die durch eine RFID-Funkverbindung miteinander kommunizieren können, die
seitens des Messumformers 1 durch eine Funkschnittstelle 3 mit
einer Antenne 4 und auf der Seite des Bedien- und Beobachtungsgeräts 2 durch
eine Funkschnittstelle, die in der Zeichnung der Übersichtlichkeit
wegen nicht dargestellt ist, mit einer Antenne 5 realisiert
ist. Die Funkschnittstelle 3 ist als autarke Schnittstelle
ausgeführt
und ermöglicht
lesenden und schreibenden Zugriff auf einen Speicher 6.
Die Antennen 4 und 5 sind in das jeweilige Gerätegehäuse integriert.
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Der
Messumformer 1 ist modular aufgebaut und besteht aus einem
Aufnehmer 7 zur Erfassung einer physikalischen oder chemischen
Größe 8 mit einem
Sensor 9, der ein der Größe entsprechendes Messsignal 10 liefert.
Beispielsweise bei einem Massendurchflussmessgerät enthält ein Aufnehmer 7 ein Mess rohr,
durch welches ein strömendes
Medium geführt
wird und das zu mechanischen Schwingungen angeregt wird. Aus den
von der Massenströmung
abhängigen
Coriolis-Schwingungen wird durch den Aufnehmer 7 ein Messsignal 10 erzeugt,
das dem Massendurchfluss entspricht. Damit der Messumformer 1 im
Betrieb seine geforderte Genauigkeit erreicht, wird bei der Herstellung
des Aufnehmers 7 eine Kalibrierung vorgenommen und die
dabei gewonnenen Kalibrierdaten werden im Speicher 6 hinterlegt.
Sie stehen damit in der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 11 für eine Korrekturrechnung
zur Berücksichtigung
der Kalibrierdaten bei der Ermittlung eines Messwerts zur Verfügung. Ein
Mikrocontroller 12, der als Steuereinheit in der Ansteuer-
und Auswerteeinrichtung 11 vorgesehen ist, liest dazu die Daten
aus dem Speicher 6 aus. Weiterhin können in dem Speicher 6 anwendungsspezifische
Konfigurationsdaten des Messumformers 1 abgelegt werden, die
beispielsweise durch einen Bediener über eine Anzeige- und Bedieneinheit 13 bei
der Inbetriebnahme des Messumformers 1 eingegeben werden.
Ein Beispiel für
derartige Daten ist die Adresse des Messumformers 1, die
dieser an einem Feldbus 14 besitzt. Der Feldbus 14 dient
zur Kommunikation des Messumformers 1 mit weiteren Automatisierungskomponenten
in einem Automatisierungsnetzwerk, die der Übersichtlichkeit wegen in der
Zeichnung nicht dargestellt sind.
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Auf
die im Speicher 6 hinterlegten Daten kann somit zum einen
durch den Mikrocontroller 12 und zum anderen durch die
autarke Funkschnittstelle 3 zugegriffen werden. Zur Vermeidung
eines gleichzeitigen Zugriffs ist eine Steuerung 17 vorgesehen.
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Tritt
ein Defekt des Messumformers 1 auf und muss dieser durch
einen neuen ersetzt werden, wird seine Spannungsversorgung abgeschaltet.
Mit dem Bedien- und Beobachtungsgerät 2 werden die im
Speicher 6 hinterlegten Daten des Messumformers 1 über die
Funkverbindung ausgelesen und intern zwischengespeichert. Bei Bedarf
können
die Daten selbstverständlich
mit dem Bedien- und Beobachtungsgerät 2, das über eine
Anzeige einheit 15 und eine Eingabetastatur 16 verfügt, bearbeitet
werden. Nach Austausch des Messumformers 1 oder der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 11 werden
die im Bedien- und Beobachtungsgerät 2 zwischengespeicherten
Daten in den Speicher des Ersatzgeräts eingeschrieben, so dass
dieses ohne weitere Änderungen
die Funktion des bisherigen Geräts übernehmen kann.
Damit kann das Austauschgerät
vergleichsweise schnell die Funktion des ausgefallenen Geräts übernehmen
und eventuelle Anlagenstillstände
können
weitgehend vermieden werden. Eine aufwendige manuelle Eingabe von
exemplarspezifischen Kalibrierdaten des Aufnehmers oder anwendungsspezifischer
Konfigurationsdaten des Messumformers über eine Anzeige- und Bedieneinheit
des Messumformers entfällt
oder wird zumindest erheblich reduziert. Die Funkschnittstelle 3 ist
als RFID-Schnittstelle
ausgebildet und somit mit besonders geringem Aufwand realisiert,
da die erforderlichen Komponenten in großem Umfang und zu geringen
Kosten verfügbar
sind.