DE102006051980A1

DE102006051980A1 - Feldkommunikationssystem

Info

Publication number: DE102006051980A1
Application number: DE102006051980A
Authority: DE
Inventors: Mitsugu Musashino Matsuyama
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2026-11-04
Also published as: JP2007128436A; DE102006051980B4; JP4873220B2

Abstract

Ein entfernter Knoten ist separat zu einem Knoten vorgesehen, der direkt mit einer Feldsteuereinrichtung verbunden ist. Eine Kommunikationsleitung verbindet die Feldsteuereinrichtung mit dem entfernten Knoten. Ein PROFIBUS(eingetragene Marke)-Kommunikationskabel verbindet den entfernten Knoten mit einem Feldgerät. Ein Messabschnitt misst die Kommunikationszeit, die für eine Kommunikation über den entfernten Knoten erforderlich ist. Ein Bestimmungsabschnitt bestimmt, dass die Kommunikation über den entfernten Knoten anormal ist, wenn die durch den Messabschnitt gemessene Kommunikationszeit einen Schwellwert überschritten hat. Ein Einrichtungsabschnitt setzt den Schwellwert in Übereinstimmung mit einer Anweisung durch den Benutzer.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht ausländische Priorität auf der Basis der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-322433 vom 7. November 2005, deren Inhalt hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Feldkommunikationssystem, das eine Kommunikation in Obereinstimmung mit einem vorbestimmten Feldbusstandard wie zum Beispiel PROFIBUS (eingetragene Marke) durchführt.

Es ist ein Werkssteuersystem bekannt, in dem Feldgeräte integral über Feldsteuereinrichtungen gesteuert werden, die über ein Werk verteilt sind. PROFIBUS (eingetragene Marke) ist als ein Feldbusstandard für ein derartiges Werkssteuersystem bekannt.

In einem Werkssteuersystem, das einem derartigen Feldbusstandard entspricht, ist ein PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul auf einer Prozess-Ein-/Ausgangseinrichtung montiert, die wiederum mit einer Feldsteuereinrichtung verbunden ist. Auf diese Weise werden PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationen mit Feldgeräten einschließlich von Messinstrumenten und Bedienterminals mit einer Kommunikationsschnittstelle durchgeführt, um Felddaten von Feldgeräten zu senden und zu empfangen. Die Prozess-Ein-/Ausgabeeinrichtung dient als direkter Verbindungsknoten, der direkt über einen Bus für Feldsteuereinrichtungen oder eine Schnittstelle für Feldsteuereinrichtungen mit einer Feldsteuereinrichtung verbunden ist. Das PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul ist über ein PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationskabel mit einem Feldgerät verbunden, um Felddaten zu sammeln und Felddaten für das Feldgerät einzurichten.

Die Feldsteuereinrichtung steuert Felddaten auf der Basis von über das PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul gesammelten Daten und führt ggf. eine Dateneinrichtung für ein Feldgerät über das PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul durch.

JP-A-2005-122952 beschreibt eine verteilte Steuereinrichtung, in der ein Feldbus in Übereinstimmung mit dem PROFIBUS (eingetragene Marke)-Standard ausgelegt ist.

Wenn ein PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul in einer Prozess-Ein-/Ausgabeeinrichtung montiert ist, müssen eine PROFIBUS (eingetragene Marke)-Feldsteuereinrichtung und ein PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul in nächster Nähe zueinander angeordnet werden. Wenn also PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationen mit über einen weiten Bereich verteilten Feldgeräten durchgeführt werden, sind die Feldsteuereinrichtungen jeweils in nächster Nähe zu den verteilten Feldgeräten angeordnet, wobei ein PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul auf einem direkten Verbindungsknoten montiert ist, der mit jeder Feldsteuereinrichtung verbunden ist. Dadurch wird die Anzahl der kostspieligen Feldsteuereinrichtungen erhöht, wodurch wiederum die Gesamtkosten für das Werk erhöht werden.

Die vorliegende Erfindung nimmt auf die oben geschilderten Umstände Bezug und gibt ein Feldkommunikationssystem an, das ein System mit niedrigen Kosten implementieren kann, wenn Feldgeräte über ein Werk verteilt sind.

In einigen Implementierungen umfasst ein Feldkommunikationssystem der Erfindung zum Durchführen einer Kommunikation in Obereinstimmung mit einem vorbestimmten Feldbusstandard:
eine Feldsteuereinrichtung,
einen Prozessknoten, der direkt mit der Feldsteuereinrichtung verbunden ist,
einen entfernten Knoten, der separat zu dem Prozessknoten vorgesehen ist,
ein Feldgerät,
eine Kommunikationsleitung, die den Prozessknoten mit dem entfernten Knoten verbindet, und
ein Kommunikationskabel des vorbestimmten Feldbusstandards, das den entfernten Knoten mit dem Feldgerät verbindet.

Bei diesem Feldkommunikationssystem ist ein Feldgerät über einen entfernten Knoten mit einer Feldsteuereinrichtung verbunden. Also auch wenn Feldgeräte über ein Werk verteilt sind, kann eine Feldsteuereinrichtung gemeinsam durch eine Installation eines entfernten Knotens genutzt werden.

In dem Feldkommunikationssystem der Erfindung nutzt die Kommunikationsleitung ein ETHERNET (eingetragene Marke).

Das Feldkommunikationssystem der Erfindung umfasst weiterhin:
einen Messabschnitt, der die für eine Kommunikation über den entfernten Knoten erforderlichen Zeit misst,
einen Bestimmungsabschnitt, der bestimmt, dass die Kommunikation über den entfernten Knoten anormal ist, wenn die gemessene Kommunikationszeit einen Schwellwert überschreitet, und
einen Einrichtungsabschnitt, der den Schwellwert setzt.

Der Benutzer kann einen beliebigen Schwellwert in Abhängigkeit von der Konfiguration des Feldkommunikationssystems und dem Zustand des Systems wählen.

In dem Feldkommunikationssystem der Erfindung misst der Messabschnitt die Kommunikationszeit, die für die Kommunikation zwischen der Feldsteuereinrichtung und dem Feldgerät erforderlich ist.

In dem Feldkommunikationssystem der Erfindung ist der vorbestimmte Feldbusstandard der PROFIBUS (eingetragene Marke)-Standard.

Bei dem Feldkommunikationssystem der Erfindung ist ein Feldgerät über einen entfernten Knoten mit einer Feldsteuereinrichtung verbunden. Das heißt, auch wenn die Feldeinrichtungen über ein Werk verteilt sind, kann eine Feldsteuereinrichtung durch eine Installation eines entfernten Knotens gemeinsam genutzt werden.

1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Feldkommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.

2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Feldkommunikationssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.

3 zeigt eine Operationsprozedur zum Feststellen eines Kommunikationsfehlers.

4 zeigt eine beispielhafte Konfiguration eines Feldkommunikationssystems, das ein Großraumnetzwerk nutzt.

Wie in 1 gezeigt, ist ein entfernter Knoten 101 separat zu einem Knoten vorgesehen, der direkt mit einer Feldsteuereinrichtung 102 verbunden ist. Eine Kommunikationsleitung 103 verbindet die Feldsteuereinrichtung 102 mit dem entfernten Knoten 101. Ein PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationskabel 104 verbindet den entfernten Knoten 102 mit einem Feldgerät 105.
Ein Messabschnitt 107 misst die Kommunikationszeit, die für eine Kommunikation über den entfernten Knoten 102 erforderlich ist. Ein Bestimmungsabschnitt 108 bestimmt, dass die Kommunikation über den entfernten Knoten 101 anormal ist, wenn die durch dem Messabschnitt 107 gemessene Kommunikationszeit einen Schwellwert überschritten hat. Ein Einrichtungsabschnitt 109 setzt den Schwellwert in Übereinstimmung mit den Anweisungen eines Benutzers.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform des Feldkommunikationssystems der Erfindung mit Bezug auf 2 bis 4 beschrieben.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Werksteuersystems zeigt, bei dem das Feldkommunikationssystem der vorliegenden Ausführungsform angewendet ist.
Wie in 2 gezeigt, umfasst das Werksteuersystem: Feldsteuereinrichtungen 2 zum Steuern von Feldgeräten 1, die in einem Werk angeordnet sind, ein Überwachungsterminal 3 zum Überwachen eines Prozesses in dem Werk über eine Kommunikation mit den Feldeinrichtungen 1 über die Feldsteuereinrichtungen 2 und ein Feldverwaltungsterminal 4 zum Verwalten eines Felds.
Wie in 2 gezeigt, ist eine Prozess-Ein-/Ausgabeeinrichtung 22 über einen Bus 21 für die Feldsteuereinrichtung 2 mit der Feldsteuereinrichtung 2 verbunden. Die Prozess-Ein-/Ausgabeeinrichtung 22 umfasst eine Schnittstellenkarte (I/F) 21a für die Kommunikation mit der Feldsteuereinrichtung 2 und ein Feldnetzwerk-Ein-/Ausgabemodul (FIO) 21b für die Kommunikation mit einem entfernten Knoten.
Der in dem Werk verteilt angeordnete entfernte Knoten 23 ist als separater Knoten zu der Prozess-Ein-/Ausgabeeinrichtung 22 konfiguriert und über ein ETHERNET (eingetragene Marke)-Kabel 24 mit dem FIO-Modul 21b der Prozess-Ein-/Ausgabeeinrichtung 22 verbunden. Wie in 2 gezeigt, sind mit dem entfernten Knoten 23 ein I/F-Modul 23a, mit dem das ETHERNET (eingetragene Marke)-Kabel 24 verbunden ist, und ein PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul 23b verbunden. Das PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul 23b ist über ein PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationskabel 26 mit dem Feldgerät 1 verbunden.
Wenn in dem derart konfigurierten Werkssteuersystem für das Feldgerät 1 gesetzte Daten durch die Feldsteuereinrichtung 2 erhalten werden oder wenn Daten für das Feldgerät 1 durch die Feldsteuereinrichtung 2 gesetzt werden, sind Kommunikationen zwischen der Feldsteuereinrichtung 2 und der I/F-Karte 21a, zwischen dem FIO-Modul 21b und dem I/F-Modul 23a und zwischen dem PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmoduls 23b und dem Feldgerät 1 erforderlich.
Daraus resultiert, dass die Datenübertragung mehr Zeit erfordert als in dem Fall, dass kein entfernter Knoten 23 verwendet wird. Insbesondere erfordern das Senden und Empfangen von Daten zwischen dem FIO-Modul 21b und dem I/F-Modul 23a mehr Zeit. In dieser Ausführungsform wird ein FIFO (First-In First Out)-I/F-Modul als I/F-Modul 23a verwendet, um die Downloadzeit eines Anwendungsprogramms zu minimieren, das eine lange Zeit für das Senden und Empfangen eines großen Volumens von Daten benötigt.
Wenn Daten für die Feldsteuereinrichtung 2 zum Überwachen/Steuern des Feldgeräts 1 gesammelt werden, wird ein Datenlesen des Fortschrittstyps und kein Datenlesen des Wartetyps verwendet. Bei dem Datenlesen des Fortschrittstyps kann, nachdem die Feldsteuereinrichtung 2 die Datenübertragung angewiesen hat, eine andere Verarbeitung durchgeführt werden, ohne dass auf das Empfangen von Daten von dem Feldgerät 1 gewartet wird. Auf diese Weise kann eine Beeinträchtigung von anderen Steuerungen vermieden werden, während auf den Datenempfang gewartet wird.
Um in dieser Ausführungsform einen Kommunikationsfehler in den PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationen festzustellen, werden die folgenden Schritte durchgeführt.
3 zeigt die Operationsprozedur.

(1) Die Feldsteuereinrichtung 2 aktualisiert einen Zählerschreibwert in der Feldsteuereinrichtung 2 in fixen Zyklen.
(2) Die Feldsteuereinrichtung 2 schreibt den Zählerschreibwert in einen vorbestimmten Bereich in dem PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul 23b.
(3) Das PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmoduls 23b vergleicht den Zählerschreibwert in dem PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul 23b mit einem aktuellen Zählerlesewert in dem PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul 23b.
(4) Das PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul 23b kopiert den Zählerschreibwert in dem PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmoduls 23b als Zählerlesewert in das PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul 23b.
(5) Die Feldsteuereinrichtung 2 liest den Zählerlesewert in dem PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul 23 in fixen Zyklen und vergleicht den Zählerlesewert mit seinem Zählerschreibwert.

Die Feldsteuereinrichtung 2 und das PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmoduls 23b vergleichen jeweils ihren eigenen Zählerschreibwert mit dem eigenen Zählerlesewert in vorbestimmten Zyklen (Schritte (3) und (5)) und bestimmen, dass ein Kommunikationsfehler aufgetreten ist, wenn beide Werte für eine bestimmte Zeitperiode nicht miteinander übereinstimmen.
Auf diese Weise wird bestimmt, dass ein Kommunikationsfehler aufgetreten wird, wenn die für die Zähler-Schreib-/Leseoperation erforderliche Kommunikationszeit eine vorbestimmte Periode überschreitet. In dieser Ausführungsform hängt die Kommunikationszeit von der Werkskonfiguration oder den Kommunikationsbedingungen ab.
Der Benutzer kann also in dieser Ausführungsform einen beliebigen Schwellwert für eine Anzahl von Wiederholungen setzen, die als Kommunikationsfehler betrachtet wird. Zum Beispiel kann der Benutzer einen beliebigen Schwellwert für die Bestimmung eines Kommunikationsfehlers unter Verwendung eines Feldverwaltungsanschlusses 4 setzen. Der Schwellwert kann auf der Basis der tatsächlichen Kommunikationszeit unter normalen Bedingungen gesetzt werden.
Wie weiter oben beschrieben, können gemäß dieser Ausführungsform ein Steuern und Sammeln von Informationen von Feldgeräten durchgeführt werden, die über einen großen Raum in einem Werk verteilt sind, indem ein PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul mit einem kostengünstigen und sehr zuverlässigen entfernten Knoten verbunden wird, der ein gewöhnliches ETHERNET (eingetragene Marke)-Kabel verwendet. Das Setzen von Elementen wie etwa den Übertragungsspezifikationen und den Kommunikationsdefinitionen sowie der Schnittstellen erfolgt ähnlich wie unter Verwendung des direkten Verbindungsknotens aus dem Stand der Technik. Es ist also eine Systemimplementierung möglich, in der ein entfernter Knoten verwendet wird, wobei dem Benutzer überhaupt nicht auffällt, dass ein entfernter Knoten verwendet wird.
Gemäß dieser Ausführungsform können Feldgeräte für PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationen an entfernten Orten verteilt und angeordnet werden, indem entfernte Knoten verwendet werden, die über ETHERNET (eingetragene Marke)-Kabel verbunden sind. Dadurch wird der Vorteil einer Kostenreduktion im Vergleich zu dem Fall realisiert, dass Feldsteuereinrichtungen wie im Stand der Technik verteilt und angeordnet werden müssen. In einem System, in dem bereits ein entfernter Knoten installiert wurde, muss zur Installation einer neuen/erweiterten PROFIBUS (eingetragene Marke)-Einrichtung lediglich ein zusätzlicher entfernter Knoten eingeführt werden. Dadurch wird eine kostengünstige Erstellung oder Erweiterung eines Werks unterstützt.
Wie weiter oben beschrieben kann ein entfernter Knoten unter Verwendung eines gewöhnlichen ETHERNET (eingetragene Marke)-Kabels verbunden werden. Kommunikationen über einen entfernten Knoten und über eine Kommunikationsleitung können das TCP/IP-Protokoll verwenden. In diesem Fall kann ein gewöhnlicher Router oder ein Gateway von einem Netzwerkgerätehersteller einfach mit dem entfernten Knoten verbunden werden. Einige Router oder Gateways sind kompatibel mit einem WAN oder mit drahtlosen Kommunikationen. Es kann also wie in 4 gezeigt der Kommunikationsbereich erweitert werden oder eine drahtlose Kommunikation unter Verwendung dieser Geräte durchgeführt werden, um den Funktionsumfang des entfernten Knotens zu erweitern. In dem Beispiel von 4 ist die Prozess-Ein-/Ausgabeeinrichtung 22 über einen Router 61 mit einem WAN 62 verbunden. Der entfernte Knoten 23 ist über einen Router 63 und einen Hub 64 mit dem WAN 62 verbunden. Indem ein PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsmodul an einem entfernten Knoten montiert wird, der über ein WAN verbunden ist, können also PROFIBUS (eingetragene Marke)-Kommunikationsgeräte über einen weiteren Raum verteilt und angeordnet werden.
Der Erfindungsumfang ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die Erfindung kann auf ein Feldkommunikationssystem angewendet werden, das Kommunikationen in Übereinstimmung mit PROFIBUS (eingetragene Marke) als Feldbusstandard durchführt.
Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. In dem durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definierten Erfindungsumfang der vorliegenden Erfindung sind verschiedene Modifikationen und Variationen enthalten.

Claims

Feldkommunikationssystem zum Durchführen einer Kommunikation in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Feldbusstandard: eine Feldsteuereinrichtung (2), einen Prozessknoten (22), der direkt mit der Feldsteuereinrichtung (2) verbunden ist, einen entfernten Knoten (23), der separat zu dem Prozessknoten (22) vorgesehen ist, ein Feldgerät (1), eine Kommunikationsleitung (24), die den Prozessknoten (22) mit dem entfernten Knoten (23) verbindet, und ein Kommunikationskabel (26) des vorbestimmten Feldbusstandards, das den entfernten Knoten (23) mit dem Feldgerät (1) verbindet.
Feldkommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsleitung (24) ein ETHERNET (eingetragene Marke) verwendet.
Feldkommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin gekennzeichnet durch: einen Messabschnitt (107), der die Kommunikationszeit misst, die für eine Kommunikation über den entfernten Knoten (23) erforderlich ist, einen Bestimmungsabschnitt (108), der bestimmt, dass die Kommunikation über den entfernten Knoten (23) anormal ist, wenn die gemessene Kommunikationszeit einen Schwellwert überschreitet, und einen Einrichtungsabschnitt (109), der den Schwellwert setzt.
Feldkommunikationssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messabschnitt (107) die Kommunikationszeit misst, die für die Kommunikation zwischen der Feldsteuereinrichtung (2) und dem Feldgerät (1) erforderlich ist.
Feldkommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der vorbestimmte Feldbusstandard der PROFIBUS (eingetragene Marke)-Standard ist.