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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auslesen von Parametern eines
Feldgerätes
der Prozessautomatisierungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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In
der Prozessautomatisierungstechnik 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 Prozessvariablen Füllstand,
Durchfluss, Druck bzw. Temperatur erfassen.
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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 ändern können.
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Als
Feldgeräte
werden im Prinzip alle Geräte
bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante
Informationen liefern oder verarbeiten.
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Eine
Vielzahl solcher Feldgeräte
wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
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In
der Regel sind Feldgeräte
in modernen Industrieanlagen über
Bussysteme (Profibus, Foundation Fieldbus, etc.) mit übergeordneten
Einheiten (Leitsystemen oder Steuereinheiten) verbunden. Diese übergeordneten
Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung,
Prozessüberwachung
sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte.
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In
der Regel handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um
speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS). Diese Steuereinheiten
fungieren bei dem Bussystem Profibus PA oder DP als Master Klasse
1. Sie sind für
den zyklischen Datenverkehr auf dem Bussystem zuständig. Über den
zyklischen Datenverkehr mit den entsprechenden zyklischen Diensten
werden nur Messwerte von Feldgeräten
zu Steuereinheiten übertragen.
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Zum
Schreiben und Auslesen von Feldgeräte-Parametern sowie zur Diagnose
der Feldgeräte
werden meist zusätzlich
Bedieneinheiten eingesetzt, die mit den Feldgeräten über azyklische Dienste im azyklischen Datenverkehr
kommunizieren und als Master Klasse 2 fungieren.
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Seit
kurzem wurden die Profibus Spezifikation angepasst, so dass auch
Master der Klasse 1 über
azyklische Dienste verfügen
können.
Dies bedeutet, dass Steuereinheiten, die den neuen Spezifikationen
entsprechen, nun auch ein Auslesen von Parametern aus Feldgeräten erlauben.
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Heute
sind in den bestehenden Anwendungen vor allem Steuereinheiten der älteren Generation
anzutreffen, die nur über
zyklische Dienste verfügen.
Auch in zukünftigen
Anwendungen dürften
aus Bewährtheitsgründen häufig noch
Steuereinheiten der älteren
Generation eingesetzt werden.
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Um
die neu spezifizierten azyklischen Dienste nutzen zu können, müssten die
im Einsatz befindlichen älteren
Steuereinheiten gegen neue Steuereinheiten ausgetauscht werden.
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Hierfür ist eine
Stilllegung der Anlage und somit eine Unterbrechung des Steuerungsprozesses
notwendig. Solche Maßnahmen
sind mit erheblichen Kosten für
den Anwender verbunden. Ferner kann die Integration einer neue Steuereinheit
in eine bestehende Anwendung nur mit Hilfe von entsprechend qualifiziertem Fachpersonal
durchgeführt
werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Auslesen von Parametern
eines Feldgerätes der
Prozessautomatisierungstechnik anzugeben, das mit einer Steuereinheit,
die nur über
zyklischen Dienste verfügt,
durchführbar
ist und das einfach und kostengünstig
ist.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch folgende im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
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Verfahren
zum Auslesen von Parametern eines Feldgerätes der Prozessautomatisierungstechnik,
das über
ein Bussystem mit einer Steuereinheit verbunden ist und das im zyklischen
Datenverkehr Telegramme mit der Steuereinheit austauscht, wobei
der zyklische Datenverkehr dazu dient, Prozessdaten im Feldgerät ohne Adressenangabe
zu lesen bzw. zu schreiben, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- A. Umschalten des Feldgerätes in einen Auslesemodus durch
ein Telegramm des zyklischen Datenverkehrs
- B. Übertragung
des Adresswerts eines gewünschten
Parameters in einem Telegramm des zyklischen Datenverkehrs zum Feldgerät
- C. Übertragen
des dem Adresswert zugeordneten Parameterwerts als Messwert in einem
Telegramm des zyklischen Datenverkehrs an die Steuereinheit
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Die
wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, alle drei Verfahrenschritte
A, B, C über
zyklische Telegramme auszuführen
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nachfolgend
ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Profibus-Netzwerk
in schematischer Darstellung
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2 Profibus – Zustandsmaschine
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In 1 ist
ein kleines Profibus Netzwerk mit drei Feldgeräten F1, F2, F3, einer Steuereinheit
SPS und einer weiteren übergeordneten
Einheit WS1 dargestellt.
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Als
Anwendung ist eine Überfüllsicherung
bei einem Flüssigkeitstank
denkbar. Das Feldgerät
F1 misst den Füllstand
in einem Behälter.
Das Feldgerät
F2 regelt als Ventil den Abfluss aus dem Behälter. Darüber hinaus ist noch als Grenzstandschalter
das Feldgerät
F3 vorgesehen, welches den maximalen Füllstand im Behälter detektiert.
Ein Steuerprogramm in der Steuereinheit SPS, die z. B. eine SPS-Einheit
(speicherprogrammierbare Steuerung) bzw. eine PLC-Einheit (Programable
Logic Controller) sein kann, regelt den Füllstand in einem Behälter. Die
Steuereinheit SPS ist als Profibus-Master. Die Feldgeräte F1, F2,
F3 sind als Profibus-Slaves. Die Kommunikation zwischen der Steuereinheit
SPS und den Feldgeräten
F1, F2, F3 erfolgt entsprechend den bekannten Profibus-Standards.
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In 2 ist
eine Profibus-Zustandsmaschine für
das Feldgerät
F1 schematisch dargestellt. Nach dem Einschalten der Spannungsversorgung
(Zustand Power On) geht das System in den Zustand „Warten
auf Parametrierung" (Wait
Param) über.
Nach erfolgreicher Parametrierung geht das System in den Zustand „Warten auf
Konfigurierung" (Wait
Cfg) über.
Nach erfolgreicher Konfigurierung wird der Zustand Datenaustausch
(Data Exch) erreicht. Haben alle Feldgeräte F1, F2, F3 diesen Zustand
erreicht, so können
sie mit der Steuereinheit SPS zyklisch Daten austauschen.
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Nachfolgend
werden zunächst
die Profibus Dienste erläutert
bevor das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben
wird.
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Der
zyklische Datenaustausch zwischen der Steuereinheit SPS (Master
Klasse 1) und den Feldgeräten
F1, F2, F3 (Slaves) erfolgt über
so genannte Funktions-Blöcke,
die in den Feldgeräten
implementiert sind, dabei werden in den Telegrammen keine Adressen
spezifiziert.
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Bei
den Funktionsblöcken
handelt es sich beispielsweise um einen ,Analog Input Block" (AI-Block), der eine
von einem Feldgerät
gemessenen Messgröße z. B.
den Volumenfluss, Messwert, Massedurchfluss, Dichte bzw. Temperatur
für den
Master bereitstellt. Der AI-Block erhält den entsprechenden Messwert
von einem weiteren im Feldgerät
vorgesehenen Block, nämlich
einem Transducer-Block. In einem Channel-Parameter ist festgelegt, welcher der
möglichen
Messwerte der AI-Block vom Transducer-Block erhält. Der Channel-Parameter wird
bei der Konfiguration des Systems festgelegt.
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Ein
Master Klasse 1 kann auch mit Hilfe des zyklischen Datenverkehrs
Daten in ein Feldgerät
schreiben. Diese ,Output' Daten
werden z. B. in den Funktionsblöcken
,Analog Output (AO-Block)' oder
Digital Output (DO-Block)' im
Feldgerät
verarbeitet. Mit Hilfe eines DO-Blocks können z. B. definierte Aktionen
im Gerät ausgelöst werden.
Neuere Feldgeräte
insbesondere der Firma Endress + Hauser Flowtec AG verfügen stets über AI-,
AO- und DO-Blöcke.
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Mit
den azyklischen Diensten des Master Klasse 1 und 2 können sämtliche
Parameter des Feldgeräts angesprochen
werden. Hierfür
werden die Parameter auf bestimmte Adressen abgebildet. Diese Adressen
bestehen bei Profibus aus einer Kombination der Angabe Slot-Index.
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Die
wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, die Blöcke AI,
AO und DO zu nutzen, um einen azyklischen Lesezugriff nachzubilden.
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Mit
bestimmten Kontrollsequenzen können
mit dem DO-Block Dienste ausgelöst
werden. Im AO-Block werden die notwendigen Informationen, wie die
Adresse des gewünschten
Parameters, codiert.
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Über den
AI-Block wird der gewünschte
Parameterwert dann zur Steuereinheit übertragen.
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Nachstehend
ist das erfindungsgemäße Verfahren
anhand einer Request und einer Response, die zwischen Master und
Slave ausgetauscht werden, näher
erläutert.
Die Request enthält
jeweils einen AO und einen DO-Bereich. Die Response einen AI-Bereich.
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Im
DO-Block-Abschnitt des Request-Telegramms wird eine Kontrollsequenz
an das Feldgerät
gesendet, die das Feldgerät
in einen Auslesemodus schaltet.
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Der
Adresswert AW (Slot/Index) und der Channel Wert des gewünschten
Parameters wird AO-Block-Abschnitt desselben Telegramms übertragen.
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Nach
dem Lesen des Telegramms wird im Feldgerät der Channel-Parameter des
AI-Blocks auf den Adresswert
AW gesetzt und der gewünschte
Parameter wird an den AI-Block übergegeben.
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Anschließend wird
der im AI-Block stehende Parameterwert in einem Telegramm des zyklischen
Datenverkehrs quasi als Messwert an die Steuereinheit übertragen.
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Im
Prinzip reicht es für
das erfindungsgemäße Verfahren
aus, wenn im Feldgerät
ein AO-, ein DO- und ein AI-Block vorgesehen sind. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann aber auch mit anderen Funktionsblöcken realisiert werden. Es
eignet sich besonders gut für
ein Bussystem, das nach dem Profibus-Standard arbeitet.
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Das
Verfahren zeigt, wie ein azyklischer Lesezugriff durch eine Steuereinheit
SPS, die als Master Klasse 1 fungiert, nur mit Hilfe der zyklischen
Datenverkehrs realisiert werden kann.
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Dadurch
ist es möglich
auch mit Steuereinheiten (Master Klasse 1) der älteren Generation, eine Vielzahl
von Parameterwerten aus Feldgeräten
auslesen.
