DE102006062605A1 - Verfahren zur Online-Bedienung eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Online-Bedienung eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik mit einem Bedienprogramm, das auf einer Rechnereinheit, die mit dem Feldgerät über eine Kommunikationsverbindung verbunden ist, abläuft,
und das Bedienprogramm für die Anzeige von feldgerätespezifischen Bedienelementen/Menüstrukturen eine Gerätebeschreibung benötigt, dadurch gekennzeichnet,
dass über die Gerätebeschreibung das Feldgerät aufgerufen wird und feldgerätespezifische Bedienelemente/Menüstrukturen vom Feldgerät an die Gerätebeschreibung übergeben werden, um diese mit Hilfe des Bedienprogramms darzustellen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Online-Bedienung eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• In der Automatisierungstechnik (Prozessautomatisierung/Fabrikautomatisierung) werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Massendurchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH- und Redoxpotential-Messgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte etc. für die Prozessautomatisierungstechnik, die als Sensoren die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeitswert erfassen.
• Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, z. B. Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt steuern oder Pumpen, die den Füllstand in einem Behälter verändern.
• Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser^® hergestellt und vertrieben.
• Häufig sind Feldgeräte über Kommunikationssysteme (Profibus^®, Foundation^®-Fieldbus, HART^® etc.) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, zum Gerätemanagement (Konfigurieren und Bedienen) und zum Anlagenmanagement (Asset-Management) mit entsprechenden Anwendungsprogrammen.
• Die Integration von Feldgeräten in solche Anwendungen erfolgt über Gerätebeschreibungen. Diese Gerätebeschreibungen werden von den Geräteherstellern bereitgestellt, damit die übergeordneten Einheiten die Bedeutung der von den Feldgeräten gelieferten Daten erkennen und interpretieren können.
• Es sind verschiedene Gerätebeschreibungen für die unterschiedlichen Feldbussysteme bekannt (HART-Gerätebeschreibungen, Fieldbus Foundation Gerätebeschreibungen, Profibus-Gerätebeschreibungen).
• In Zusammenarbeit der Fieldbus Foundation (FF), der HART Communication Foundation (HCF) und der Profibus Nutzerorganisation (PNO) wurde eine elektronische Gerätebeschreibung (Electronic Device Description EDD) geschaffen, die in der Norm IEC 61804-2 definiert ist.
• Zur Bedienung der Feldgeräte sind entsprechende Bedienprogramme (Bedientools) notwendig, die auf den übergeordneten Einheiten entweder eigenständig ablaufen (Endress + Hauser FieldCare, Pactware, AMS Fisher-Rosemount, PDM Siemens) oder aber auch in Leitsystem-Anwendungen (Siemens PCS7, ABB Symphony, Emerson Delta V) integriert sind.
• Für eine vollumfängliche Bedienung der Feldgeräte sind seit kurzem spezielle Gerätebeschreibungen, so genannte DTMs (Device Type Manager), die den FDT (Field Device Tool) Spezifikationen entsprechen, erhältlich. Die als Industriestandard geltenden FDT-Spezifikationen wurden von der PNO (Profibus Nutzer Organisation) in Zusammenarbeit mit dem ZVEI (Zentralverband Elektrotechnik- und Elektroindustrie) entwickelt. Die aktuelle FDT-Spezifikation 1.2.1 inklusive dem Addendum für die Kommunikation „Foundation Fieldbus" ist über den ZVEI bzw. die PNO bzw. die FDT-Group erhältlich.
• Viele Feldgerätehersteller liefern bereits für ihre Feldgeräte entsprechende DTMs aus. Die DTMs kapseln alle Variablen und Funktionen des jeweiligen Feldgeräts und bieten meist eine graphische Nutzeroberfläche zum Bedienen der Geräte an.
• Als Laufzeitumgebung benötigen die DTMs eine Rahmenapplikation (FDT-Frame). Die Rahmenapplikation und die entsprechenden DTMs erlauben so einen sehr komfortablen Zugriff auf Feldgeräte (z. B. Geräteparameter, Messwerte, Diagnoseinformationen, Statusinformationen, etc.) sowie den Aufruf von speziellen Funktionen, die einzelnen DTMs zur Verfügung stellen.
• Rahmenapplikationen und DTMs bilden zusammen ein komponentenbasiertes Managementsystem für Feldgeräte.
• Moderne Feldgeräte weisen eine Vielzahl von einstellbaren Parametern auf. Bei komplexen Feldgeräten kann die Parameteranzahl aufgrund der Variationenvielfalt extrem groß werden.
• Diese Vielzahl von Parametern (teilweise über 5000) mit einer einzigen Gerätebeschreibung abzudecken ist extrem schwierig und aufwendig.
• Gerätebeschreibungen müssen in der Regel einen aufwendigen Zertifizierungprozess durchlaufen, bevor sie eingesetzt werden können.
• Deshalb ist es insbesondere aus Kostengründen nicht möglich kundenspezifische Parameter in Gerätebeschreibungen zu berücksichtigen.
• Änderungen der Firmware in Feldgeräten, die Parameter betreffen, erfordern in der Regel eine Anpassung der Gerätebeschreibung. Für den Anwender ist eine häufige Aktualisierung von Gerätebeschreibungen sehr störend.
• Normalerweise können Gerätebeschreibungen erst erstellt werden, wenn die Firmware und insbesondere die Inhalte der Gerätebedienung bekannt sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Online-Bedienung eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik anzugeben, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
• Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dass das Feldgerät selbst die Bedienelemente bzw. die Menüstruktur, die das Bedienprogramm benötigt, liefert.
• Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Es zeigt:
• 1 Grundstruktur eines komponentenbasierten Managementsystems für Feldgeräte der Automatisierungstechnik
• In 1 ist die Grundstruktur eines komponentenbasierten Managementsystems für Feldgeräte der Automatisierungstechnik, das auf dem FDT-Konzept basiert, schematisch dargestellt. Eine Rahmenapplikation R, die auf einer Rechnereinheit RE abläuft, kommuniziert über definierte FDT-Schnittstellen FDT mit Gerätemanager-Instanzen DTM1, DTM2 die eine vollumfängliche Bedienung des dem jeweiligen Gerätemanager zugeordneten Feldgerätetyps ermöglichen und der Kommunikationsmanager-Instanz DTMC, der eine vollumfängliche Bedienung der Schnittstelle ermöglicht. Bei der Rahmenapplikation R kann es sich zum Beispiel um das Produkt FieldCare^® der Firma Endress + Hauser handeln. Die Rahmenapplikation R dient unter anderem zur Verwaltung und Instanziierung verschiedener Objekten, dabei ist die Rahmenapplikation verantwortlich für den Aufbau der Projektstruktur, den Aufbau der Verbindungen zwischen den Geräte- und Kommunikationsmanagern-Instanzen, das Starten und Verwalten von Anwendungen, das Speichern und Laden der Projektdaten sowie das Erzeugen und Zerstören von Projekten.
• Zur Verwaltung der Projektstruktur bietet jeder Gerätemanager und Kommunikationsmanager Information über seine Informationsschnittstelle an. Anhand dieser Informationen kann die Rahmenapplikation R Katalogdaten K aufbauen, die für die Verwaltung der Projektstruktur benötigt werden.
• Mit der Projektstruktur steuert und verwaltet die Rahmenapplikation auch die Kommunikationswege. In 1 sind zwei Kommunikationsnetzwerke (z. B. Feldbusse) dargestellt, die über Kommunikationsschnittstellen KS1, KS2 angesprochen werden. Die Gerätemanager-Instanzen kommunizieren mit den Feldgeräten nicht direkt, sondern nutzen die Kommunikations-Schnittstelle von FDT, die sowohl von der Rahmenapplikation R als auch von einer Kommunikationsmanager-Instanz angeboten werden können. In 1 kommuniziert die Gerätemanager-Instanz DTM1 über eine Kommunikations-Schnittstelle KS1 an der Rahmenapplikation R mit dem im zugeordneten Feldgerät F1, während die Gerätemanager-Instanz DTM2 mit Hilfe der Kommunikationsmanager-Instanz DTMC über eine Kommunikationsschnittstelle KS2 mit dem Feldgerät F2 kommuniziert.
• Die Rahmenapplikation R verwaltet sowohl Anwendungen, welche Teil der Rahmenapplikation sind, als auch die Gerätemanager- und Kommunikationsmanager-spezifischen Anwendungen. Interne Anwendungen der Rahmenapplikation R, wie Diagnoseverfahren und Datenerfassungen, nutzen die FDT-Schnittstellen um Daten mit den Geräte- und Kommunikationsmanager-Instanzen auszutauschen. Gerätemanager- und Kommunikationsmanager-spezifische Anwendungen verwaltet die Rahmenapplikation mittels Nutzung einer Applikations-Schnittstelle. Die Rahmenapplikation erfragt hierzu Art und Anzahl der verfügbaren Anwendungen über eine Informations-Schnittstelle.
• Die Persistenz der Projektdaten realisiert die Rahmenapplikation R mit Hilfe einer Persistenzschnittstelle, die von Geräte- und Kommunikationsmanager-Instanzen bedient werden.
• Die Rahmenapplikation R bildet zusammen mit den Gerätemanager-Instanzen DTM1, DTM2 und der Kommunikationsmanager-Instanz DTMC etc. ein objektbasiertes Konfigurationssystem KS für Feldgeräte der Automatisierungstechnik.
• Wie bereits erwähnt, stellen die Feldgerätehersteller Gerätemanager für ihre einzelnen Feldgeräte zur Verfügung. Bevor auf ein Feldgerät zugegriffen werden kann, muss der entsprechende Gerätemanager, mit allen zugehörigen Objekten instanziiert werden. Die Gerätemanager bestehen aus Haupt-Objekten und Teil-Objekten.
• Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
• Zum Bedienen und Konfigurieren eines Feldgerätes, z. B. Feldgerät F2, ruft der Anwender als Bedienprogramm die Rahmenapplikation R und als Gerätebeschreibung den DTM2 für das Feldgerät F2 auf. Für die Offline-Bedienung des Feldgerätes F2 stellt der DTM2 ein einfaches Bedienmenü zur Verfügung über das aber nicht alle Parameter des Feldgerätes F2 bedient werden können.
• Für die Online-Bedienung ist eine Kommunikationsverbindung zum Feldgerät F2 über die Kommunikationsschnittstelle KS2 notwendig.
• Über den DTM2 wird das Feldgerät F2 aufgerufen. Anschließend übergibt das Feldgerät feldgerätespezifische Bedienelemente bzw. Menüstrukturen, die mit Hilfe des DTMs DTM2 in der Rahmenapplikation R dargestellt werden.
• Die feldgerätespezifischen Menüstrukturen sind in der Regel im Feldgerät F2 vorhanden, da Feldgeräte meist eine Vor-Ort-Bedienung besitzen.
• Nur wenn der Anwender auf Parameter zugreifen möchte, die die Offline-Bedienung nicht bereitstellt, werden die entsprechenden Bedienelemente bzw. Menüstrukturen vom Feldgerät F2 abgefragt.
• In einer Weiterentwicklung der Erfindung werden über die Gerätebeschreibung Methoden aufgerufen, über die Aktionen im Feldgerät ausgelöst werden.
• Bei den Bedienelementen kann es sich z. B. um Auswahlmenüs, Parametern oder Einheiten handeln.
• Im Prinzip dient die Rechnereinheit RE kurzfristig als Termin zur Anzeige von im Feldgerät F2 gespeicherten Informationen.
• Nicht die Gerätebeschreibung, der DTM, hat die Kenntnis welche Bedienelemente bzw. welche Menüstruktur dargestellt werden muss, sondern die Gerätebeschreibung fragt das Feldgerät F2, was darzustellen ist.
• Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur DTMs als Gerätebeschreibungen, sondern im Prinzip für beliebige Gerätebeschreibungen z. B. HART-, Profibus-, Foundation Fieldbus, EDDs etc.
• Das erfindungsgemäße Verfahren bietet gegenüber den herkömmlichen Gerätebeschreibungen folgende Vorteile. Die Firmware in den Geräten kann um Parameter erweitert werden, ohne dass die Gerätebeschreibung für das Gerät geändert werden muss, da entsprechende Parameter, bedienelemente, Menüstrukturen aus dem Feldgerät ausgelesen werden und nicht von einer Gerätebeschreibung stammen. Dadurch entfallen Updates der Gerätebeschreibungen an den Rechnereinheiten (Leitsystemen, Steuereinheiten etc.). Weiterhin können kundenspezifische Parameter zu geringen Kosten implementiert werden. Ebenfalls können kundenspezifische Parameter vom Gerätehersteller schneller bereitgestellt werden.
• Die Upload- und Downloadzeiten können signifikant verringert werden, da Parameter, die nur zur Onlinebedienung benötigt werden (z. Bsp. Versionsinformationen) oder die nur selten benötigt werden, nur über das erfindungsgemäße Verfahren zugänglich sein müssen.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht notwendig, bereits zur Entwurfszeit der Gerätebeschreibungen die genauen Inhalte der Gerätebedienung zu kennen, da diese erst zur Laufzeit aktiviert werden.
• Ein wesentlicher Vorteil, den das erfindungsgemäße Verfahren bietet, ist dass bei Änderungen der Firmware kein neuen Gerätebeschreibungen erstellt werden müssen, für die aufwendige Zertifizierungsprozesse notwendig sind.
• Weiterhin ist eine intuitive Bedienung der Geräte möglich, da graphische Bedienelemente zur Laufzeit basierend auf Informationen, die vom Feldgerät abgefragt werden, aufgebaut werden können.

Claims (4)

1. Verfahren zur Online-Bedienung eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik mit einem Bedienprogramm, das auf einer Rechnereinheit, die mit dem Feldgerät über eine Kommunikationsverbindung verbunden ist, abläuft, und das Bedienprogramm für die Anzeige von feldgerätespezifischen Bedienelementen/Menüstrukturen eine Gerätebeschreibung benötigt, dadurch gekennzeichnet, dass über die Gerätebeschreibung das Feldgerät aufgerufen wird und feldgerätespezifische Bedienelemente/Menüstrukturen vom Feldgerät an die Gerätebeschreibung übergeben werden, um diese mit Hilfe des Bedienprogramms darzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerätebeschreibung Methoden aufruft über die Aktionen im Feldgerät ausgelöst werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienelemente Auswahlmenüs sind.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienelemente Parameter oder Einheiten zu Messwerten sind.