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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Parametrier-Gerätes, insbesondere einer übergeordneten Einheit oder eines Bediengerätes, 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. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, etc., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Neben den oberhalb genannten Sensoren und Aktoren werden als Feldgeräte allgemein auch solche Einheiten bezeichnet, die direkt an den Feldbus angeschlossen sind und zur Kommunikation mit einer übergeordneten Einheit dienen (z.B. Remote I/Os, Gateways, Linking Devices, etc.). Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress+Hauser hergestellt und vertrieben.
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In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Bussysteme (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Leitsysteme bzw. Steuereinheiten, wie beispielsweise SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder PLC (Programmable Logic Controller). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte.
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Zur Bedienung von Feldgeräten, insbesondere zur Parametrierung und Konfigurierung (im Folgenden allgemein als „Parametrierung“ bezeichnet) von Feldgeräten, ist in einer übergeordneten Einheit in der Regel ein Bedienprogramm (Bedientool) vorgesehen. Parameter eines Feldgerätes sind beispielsweise ein Messbereich, Grenzwerte, Einheiten, etc.. Über ein solches Bedienprogramm können Parameter des Feldgerätes eingestellt bzw. abgeändert werden. Diese Art von Zugriff auf Parameter des Feldgerätes wird im Folgenden als „Schreiben“ von Parametern bezeichnet. Ferner können über solch ein Bedienprogramm Parameter des Feldgerätes gelesen werden. Diese Art von Zugriff wird im Folgenden als „Lesen“ von Parametern bezeichnet. Die übergeordnete Einheit kann dabei direkt an dem Feldbus, an dem die betreffenden Feldgeräte angeschlossen sind, oder an einem übergeordneten Kommunikationsnetzwerk angeschlossen sein. Daneben kann ein Feldgerät auch durch ein Bediengerät, wie beispielsweise durch einen tragbaren Personal-Computer (Laptop), ein tragbares Handbediengerät (Handheld), einen PDA (engl.: Personal Digital Assistant; deutsch: Persönlicher Digitaler Assistent), etc., auf dem ein Bedienprogramm (Bedientool) vorgesehen ist, parametriert werden. Solch ein Bediengerät kann über den Feldbus, an dem das zu parametrierende Feldgerät angeschlossen ist, oder über eine entsprechende, an dem Feldgerät vorgesehene Service-Schnittstelle mit dem Feldgerät kommunizieren.
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DE 10 2005 040 434 A1 offenbart beispielsweise ein Verfahren und System, mit welchen die Struktur einer Automatisierungsanlage auf einem Rechner abgebildet werden kann, der vorab nicht anlagenspezifisch installiert werden kann. Anschließend kann die Anlage parametriert und konfiguriert werden.
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DE 102 51 503 A1 offenbart ein Verfahren zur Offline-Parametrierung eines Feldgerätes der Prozessautomatisierungstechnik mit Hilfe eines auf einem Bediengerät ablaufenden Bedienprogramms.
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WO 2005/015329 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozeßgröße, um eine sichere Parametrierung zu gewährleisten.
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DE 102 42 004 A1 offenbart eine Automatisierungseinrichtung für eine Werkzeugmaschine, eine Produktionsmaschine oder einen Handhabungsautomaten, welche zumindest zwei Komponenten aufweist, wobei zwischen den Komponenten ein Datentelegramm verschickbar ist.
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US 2003/0191738 A1 offenbart ein System zur Steuerung von steuerbaren Geräten und insbesondere eine Sprache zur Steuerung von Projektionsgeräten.
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Ein Gerät, durch welches eine digitale Kommunikation mit einem Feldgerät initiierbar ist und Parametrier-Informationen an das Feldgerät sendbar sind, wie beispielsweise eine übergeordnete Einheit oder ein Bediengerät, wird im Folgenden als „Parametrier-Gerät“ bezeichnet. In der Regel läuft auf solch einem Parametrier-Gerät ein entsprechendes Bedienprogramm.
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Durch eine Benutzeraktion an dem Parametrier-Gerät kann eine Vielzahl von Parametrier-Anfragen, insbesondere von Lese- und/oder Schreib-Anfragen, von Parametern eines Feldgerätes, das über eine digitale Kommunikationsverbindung mit dem Parametrier-Gerät verbunden ist, ausgelöst werden. Bisher erfolgte das Lesen und/oder Schreiben von Parametern des Feldgerätes parameterorientiert, d.h. einzeln durch ein separates Telegramm (mit einem zugehörigen Antworttelegramm) für jeden zu lesenden oder zu schreibenden Parameter. Hierbei wurde bisher zum Schreiben eines Parameters von dem Parametrier-Gerät ein Parametrier-Telegramm mit einer Schreib-Anfrage für diesen Parameter an das Feldgerät gesendet. Auf dieses Parametrier-Telegramm hin wurde von dem Feldgerät ein Parametrier-Antworttelegramm mit einer entsprechenden Antwort an das Parametrier-Gerät gesendet. Beispielsweise wird in dem Parametrier-Antworttelegramm bestätigt, dass der Schreibvorgang des betreffenden Parameters in dem Feldgerät korrekt ausgeführt wurde. In entsprechender Weise wurde bisher zum Lesen eines Parameters von dem Parametrier-Gerät ein Parametrier-Telegramm mit einer Lese-Anfrage für diesen Parameter an das Feldgerät gesendet. Auf dieses Parametrier-Telegramm hin wurde von dem Feldgerät wiederum ein Parametrier-Antworttelegramm mit einer entsprechenden Antwort an das Parametrier-Gerät gesendet. Beispielsweise ist in dem Parametrier-Antworttelegramm, sofern der Lesevorgang korrekt ausgeführt wurde, der angeforderte Parameter enthalten. Zum Lesen bzw. zum Schreiben mehrerer Parameter ein und desselben Feldgerätes musste folglich durch das Parametrier-Gerät eine der Anzahl der zu lesenden bzw. zu schreibenden Parameter entsprechende Anzahl an Parametrier-Telegrammen gesendet werden.
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Insbesondere bei Protokollen mit niedriger Baudrate, wie beispielsweise bei dem HART@-Protokoll, kann folglich das Lesen und/oder Schreiben mehrerer Parameter eines Feldgerätes einen langen Zeitraum in Anspruch nehmen. Ferner führt dieses parameterorientierte Lesen und/oder Schreiben von Parametern zu einem erhöhten Datenverkehr auf dem Feldbus oder einer anderweitigen digitalen Kommunikationsverbindung zwischen dem Parametrier-Gerät und dem Feldgerät. Darüber hinaus sind bei einer Vielzahl von standardisierten Kommunikationsprotokollen, insbesondere bei dem HART@-Protokoll, die Parametrier-Telegramme (und auch die Parametrier-Antworttelegramme) derart aufgebaut, dass die Steuerinformationen (z.B. in dem HART®-Protokoll als „Frame“ (Rahmen) bezeichnet) bezüglich des Datenumfangs einen erheblichen Anteil des Telegramms bilden. Dadurch ist bezüglich des Datenumfangs der in einem Telegramm übertragene Nutzdatenanteil vergleichsweise klein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die durch ein Telegramm bereitgestellte maximale Nutzdatenkapazität nicht voll ausgenutzt wird.
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Beispielsweise weist ein Telegramm gemäß dem HART®-Protokoll 14 Steuerzeichen, die den „Frame“ des Telegramms bilden, und bis zu 25 Nutzdatenzeichen auf. Jedes zu übertragende Zeichen (Steuerzeichen, Nutzdatenzeichen) mit einem Datenumfang von acht Bits erfordert einen Datenumfang (bzw. eine Datenlänge) von 11 Bits, wobei die zusätzlichen drei Bits gemäß dem HART@-Protokoll Kontrollinformationen, insbesondere ein Start-Bit, ein Stop-Bit und ein ungerades-Paritäts-Bit, bilden. Ein solches, vollständig mit Nutzdaten gefülltes Telegramm weist demnach einen Datenumfang von 429 Bits auf. Für die Übertragung eines Zeichens (d.h. hier: 11 Bits) werden bei einer Übertragungsrate von 1.200 Bits/s (Bits pro Sekunde) 9,17 ms benötigt. Für die Übertragung eines vollständig mit Nutzdaten gefüllten Parametrier-Telegramms und eines vollständig mit Nutzdaten gefüllten Parametrier-Antworttelegramms wird folglich bei dem HART@-Protokolljeweils ein Zeitraum von 357,51 ms benötigt. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Telegrammen ist in dem HART@-Protokoll eine Zeitdauer von 75 ms vorgesehen. Dadurch ergibt sich eine gesamte Zykluszeit von 790,03 ms. Demnach ergibt sich bei insgesamt 50 übertragenen Nutzdatenzeichen eine effektive Übertragungsgeschwindigkeit von 63,29 Nutzdatenzeichen pro Sekunde.
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Solch eine hohe effektive Übertragungsgeschwindigkeit von Nutzdaten wird bei dem oberhalb beschriebenen parameterorientierten Lesen und/oder Schreiben von Parametern in der Regel nicht erreicht. Wird beispielsweise ein Parametrier-Telegramm gemäß dem HART@-Protokoll mit einer Lese-Anfrage von dem Parametrier-Gerät an das Feldgerät gesendet, so sind in dem Parametrier-Telegramm als Nutzdaten lediglich 2 Bytes (d.h. 2 Nutzdatenzeichen) Adressierung des betreffenden Parameters enthalten. In dem zugehörigen Parametrier-Antworttelegramm mit einer entsprechenden Antwort sind als Nutzdaten wiederum die 2 Bytes Adressierung des betreffenden Parameters und der Parameter selbst enthalten. Der Parameter selbst wird beispielsweise durch eine Gleitkommazahl (Float) gebildet, die in der Regel gemäß dem IEEE-754-Standard dargestellt wird und einen Datenumfang von 4 Bytes aufweist. Folglich enthält das Parametrier-Antworttelegramm 6 Nutzdatenzeichen. Insgesamt werden in dem Zyklus also 8 Nutzdatenzeichen übertragen. Unter Bezugnahme auf die oberhalb gemachten Angaben zum Aufbau eines Telegramms (HART®-Protokoll) und der Übertragungsrate ergibt sich für das vorliegende Beispiel eine gesamte Zykluszeit von 405,01 ms und eine effektive Übertragungsgeschwindigkeit von 19,75 Nutzdatenzeichen pro Sekunde.
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Um die effektive Übertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen, bestand bisher bei HART@ bereits die Möglichkeit, durch entsprechende herstellerspezifische Kommandos mehrere Parameter eines Feldgerätes für eine Lese-Anfrage oder eine Schreib-Anfrage in sogenannten „Records“ zusammenzufassen. Die in einem „Record“ zusammengefassten Parameter können dann, entsprechend dem jeweiligen herstellerspezifischen Kommando, in einer Lese-Anfrage gemeinsam gelesen oder in einer Schreib-Anfrage gemeinsam geschrieben werden. Die Definition des herstellerspezifischen Kommandos und die Festlegung, welche der Parameter des Feldgerätes in einem „Record“ zusammengefasst werden sollen, erfolgt jedoch zum Zeitpunkt der Herstellung des Feldgerätes. Diese Definition und Festlegung ist folglich statisch, so dass keine dynamische Anpassung der in einem „Record“ zusammengefassten Parameter in Abhängigkeit von aktuell in dem Parametrier-Gerät auftretenden Lese- und/oder Schreib-Anfragen erfolgen kann.
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Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Betreiben eines Parametrier-Gerätes bereitzustellen, durch welches das Übersenden von Parametrier-Informationen von dem Parametrier-Gerät an das Feldgerät, insbesondere das Lesen und/oder Schreiben von Parametern des Feldgerätes, flexibel und mit einer hohen effektiven Übertragungsrate ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Parametrier-Gerätes, insbesondere einer übergeordneten Einheit oder eines Bediengerätes, durch das über eine digitale Kommunikationsverbindung Parametrier-Informationen in Parametrier-Telegrammen an ein Feldgerät sendbar sind, wobei eine Parametrier-Information jeweils einen Parameter des Feldgerätes betrifft, bereitgestellt. Das Verfahren weist nachfolgende Schritte auf: Sammeln einer Mehrzahl von Parametrier-Informationen, die an das Feldgerät zu senden sind, in dem Parametrier-Gerät; Übersenden einer Mehrzahl der gesammelten Parametrier-Informationen gemeinsam in einem Sammel-Parametrier-Telegramm an das Feldgerät; und Senden eines Sammel-Parametrier-Antworttelegramms von dem Feldgerät an das Parametrier-Gerät, wobei in dem Sammel-Parametrier-Antworttelegramm Parametrier-Antwortinformationen enthalten sind, die sich jeweils auf die in dem Sammel-Parametrier-Telegramm enthaltenen Parametrier-Informationen beziehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind das Parametrier-Gerät und das Feldgerät über eine digitale Kommunikationsverbindung verbunden. Die digitale Kommunikation über diese Verbindung kann sowohl gemäß einem Bus-Protokoll, wie beispielsweise einem standardisierten Bus-Protokoll, als auch gemäß einem herstellerspezifischen Protokoll, wie es in der Regel für eine digitale Kommunikation über eine Service-Schnittstelle des Feldgerätes vorgesehen ist, erfolgen. Ferner kann die digitale Kommunikationsverbindung sowohl drahtlos (wireless) als auch drahtgebunden sein. Unter einer „Mehrzahl“ wird eine Anzahl von mindestens zwei verstanden. Die Mehrzahl an gesammelten Parametrier-Informationen kann unterschiedlich, insbesondere größer, oder gleich der Mehrzahl der in dem Sammel-Parametrier-Telegramm übersandten Parametrier-Informationen sein.
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Eine Parametrier-Information betrifft jeweils nur einen Parameter des Feldgerätes. Dabei kann eine Parametrier-Information jeweils mehrere Daten zu diesem einen Parameter, wie beispielsweise eine Parameteradresse, einen Parameterwert und/oder eine Parameterlänge des betreffenden Parameters aufweisen. Folglich kann sich der Datenumfang verschiedener Parametrier-Informationen unterscheiden, falls diese eine unterschiedliche Anzahl an Daten aufweisen und/oder die betreffenden Daten jeweils einen unterschiedlichen Datenumfang aufweisen. Parametrier-Informationen bilden hierbei Nutzdatenzeichen in den betreffenden Sammel-Parametrier-Telegrammen (und auch in den herkömmlichen Parametrier-Telegrammen mit jeweils nur einer Parametrier-Information).
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Im Unterschied zu den herkömmlichen Parametrier-Telegrammen wird gemäß der vorliegenden Erfindung mehr als nur eine Parametrier-Information in einem Sammel-Parametrier-Telegramm übermittelt. Beispielsweise können bei dem HART@-Protokoll in ein Sammel-Parametrier-Telegramm bei dem oberhalb erläuterten Telegramm-Aufbau neben den 14 Steuerzeichen bis zu 25 Nutzdatenzeichen in Form von Parametrier-Informationen untergebracht werden, so dass der Nutzdatenanteil erhöht ist. Dadurch kann der Datenverkehr auf einer Busverbindung oder einer anderweitigen digitalen Kommunikationsverbindung zwischen dem Parametrier-Gerät und dem Feldgerät reduziert und eine effektive Übertragungsgeschwindigkeit erhöht werden. Ferner werden im Unterschied zu der oberhalb beschriebenen statischen Zusammenfassung von im Voraus festgelegten Parametern in „Records“ gemäß der vorliegenden Erfindung die einzelnen Parametrier-Informationen dynamisch, das heißt in Abhängigkeit von in dem Parametrier-Gerät aktuell auftretenden Parametrier-Anfragen, zusammengefasst.
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Jede in dem Sammel-Parametrier-Antworttelegramm enthaltene Parametrier-Antwortinformation bezieht sich folglich auf eine entsprechende, in dem Sammel-Parametrier-Telegramm enthaltene Parametrier-Information, sie betreffen also jeweils denselben Parameter des Feldgerätes. Wiederum kann eine Parametrier-Antwortinformation jeweils mehrere Daten zu diesem einen Parameter, wie beispielsweise eine Parameteradresse, einen Parameterwert und/oder eine Parameterlänge des betreffenden Parameters aufweisen. Folglich kann sich der Datenumfang verschiedener Parametrier-Antwortinformationen unterscheiden, falls diese eine unterschiedliche Anzahl an Daten aufweisen und/oder die betreffenden Daten jeweils einen unterschiedlichen Datenumfang aufweisen. Die Parametrier-Antwortinformationen bilden Nutzdatenzeichen in den betreffenden Sammel-Parametrier-Antworttelegrammen. Durch die Weiterbildung wird für das Sammel-Parametrier-Antworttelegramm in gleicher Weise, wie dies oberhalb in Bezug auf das Sammel-Parametrier-Telegramm erläutert wurde, der Nutzdatenanteil und damit die effektive Übertragungsgeschwindigkeit erhöht. Ferner gelingt eine dynamische Zusammenfassung von Parametrier-Antwortinformationen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Anzahl der in dem Sammel-Parametrier-Telegramm gemeinsam an das Feldgerät gesendeten Parametrier-Informationen kleiner oder vorzugsweise gleich einer ersten maximalen Anzahl. Die erste maximale Anzahl ist dabei derart festgelegt, dass durch einen Datenumfang der ersten maximalen Anzahl von Parametrier-Informationen eine Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Telegramms möglichst weitgehend ausgenutzt wird. Als „Nutzdatenkapazität“ wird dabei der Datenumfang eines Telegramms bezeichnet, der für die in dem Telegramm zu übertragenden Daten bzw. Nutzdaten, im vorliegenden Fall für die zu übertragenden Parametrier-Informationen oder Parametrier-Antwortinformationen, zur Verfügung steht. Bei dem im einleitenden Teil erläuterten Telegramm-Beispiel gemäß dem HART@-Protokoll umfasst die Nutzdatenkapazität maximal 25 Zeichen (von jeweils einem Byte). Unter einer „möglichst weitgehenden Ausnutzung der Nutzdatenkapazität“ wird dabei verstanden, dass der Datenumfang der ersten maximalen Anzahl von Parametrier-Informationen kleiner oder gleich der Nutzdatenkapazität ist, wobei die Nutzdatenkapazität derart ausgenutzt wird, dass (zumindest in der Reihenfolge der in dem Parametrier-Gerät auftretenden Parametrier-Anfragen) keine weitere Parametrier-Information mehr vollständig in dem betreffenden Telegramm unterbringbar ist. Der Datenumfang der einzelnen Parametrier-Informationen kann, wie oberhalb erläutert wird, variieren, so dass auch die erste maximale Anzahl in Abhängigkeit von den zu übersendenden Parametrier-Informationen variieren kann. Es kann vorgesehen sein, dass die Parametrier-Informationen in der Reihenfolge, in der zeitlich in dem Parametrier-Gerät entsprechende Parametrier-Anfragen auftreten, berücksichtigt und zum „Auffüllen“ des verfügbaren Nutzdatenteils des Sammel-Parametrier-Telegramms herangezogen werden. Durch diese Weiterbildung erfolgt eine möglichst weitgehende Ausnutzung der verfügbaren Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Telegramms, so dass die effektive Übertragungsgeschwindigkeit erhöht wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Anzahl der in dem Sammel-Parametrier-Telegramm gemeinsam an das Feldgerät gesendeten Parametrier-Informationen kleiner oder vorzugsweise gleich einer zweiten maximalen Anzahl. Die zweite maximale Anzahl ist dabei derart festgelegt, dass durch einen Datenumfang der zweiten maximalen Anzahl von zugehörigen Parametrier-Antwortinformationen eine Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Antworttelegramms möglichst weitgehend ausgenutzt wird. Wie oberhalb erläutert wird, sind die in dem Sammel-Parametrier-Antworttelegramm enthaltenen Parametrier-Antwortinformationen „zugehörig“ zu den in dem Sammel-Parametrier-Telegramm enthaltenen Parametrier-Informationen und beziehen sich jeweils auf die selben Parameter. Eine „Nutzdatenkapazität“ und eine „möglichst weitgehende Ausnutzung der Nutzdatenkapazität“ sind dabei in entsprechender Weise , wie dies oberhalb in Bezug auf das Sammel-Parametrier-Telegramm und die darin enthaltenen Parametrier-Informationen erläutert wurde, zu verstehen. Auch die oberhalb erläuterten Alternativen, insbesondere die Reihenfolge der Berücksichtigung der einzelnen Parametrier-Antwortinformationen, sind für das Sammel-Parametrier-Antworttelegramm entsprechend anwendbar.
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Für die Bestimmung der zweiten maximalen Anzahl ist folglich der Datenumfang der Parametrier-Antwortinformationen des Sammel-Parametrier-Antworttelegramms, das in Antwort auf das Sammel-Parametrier-Telegramm gesendet wird, maßgeblich. Ist beispielsweise der Datenumfang der zugehörigen Parametrier-Antwortinformationen größer als der Datenumfang der in dem Sammel-Parametrier-Telegramm enthaltenen Parametrier-Informationen und/oder ist die Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Antworttelegramms kleiner als die Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Telegramms, so kann durch die vorliegende Weiterbildung gewährleistet werden, dass die Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Antworttelegramms nicht überschritten wird. Dies ist insbesondere bei solchen Feldgeräten vorteilhaft, die in dem Fall, in dem die Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Antworttelegramms durch die zu übersendenden Parametrier-Antwortinformationen überschritten wird, nicht in der Lage sind, die zu übersendenden Parametrier-Antwortinformationen in zwei separaten Sammel-Parametrier-Antworttelegrammen zu übersenden. Um auch in diesem Fall eine möglichst weitgehende „kombinierte“ Ausnutzung der Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Telegramms und des Sammel-Parametrier-Antworttelegramms zu erreichen, ist bevorzugt, dass der kleinere Wert der ersten und der zweiten maximalen Anzahl für die in dem Sammel-Parametrier-Telegramm zu übersendende Anzahl an Parametrier-Informationen gewählt wird. Durch Auswahl des kleineren Wertes wird ferner gewährleistet, dass sowohl die Parametrier-Informationen als auch die Parametrier-Antwortinformationen jeweils nur in einem Sammel-Parametrier-Telegramm bzw. einem Sammel-Parametrier-Antworttelegramm übersandt werden können, wobei gleichzeitig die Nutzdatenkapazität von zumindest einem der beiden Telegramme möglichst weitgehend ausgenutzt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird nachfolgender Schritt vor dem Schritt des Übersendens des Sammel-Parametrier-Telegramms durchgeführt: Auswählen einer Mehrzahl von Parametrier-Informationen aus den gesammelten Parametrier-Informationen basierend auf deren Datenumfang und/oder basierend auf dem Datenumfang der zugehörigen Parametrier-Antwortinformationen derart, dass eine Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Telegramms und/oder des Sammel-Parametrier-Antworttelegramms möglichst weitgehend ausgenützt wird, um die ausgewählte Mehrzahl von Parametrier-Informationen anschließend gemeinsam in dem Sammel-Parametrier-Telegramm zu übersenden. Durch solch eine Auswahl kann eine weitergehende Ausnutzung der verfügbaren Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Telegramms und/oder des Sammel-Parametrier-Antworttelegramms erzielt werden. Insbesondere dann, wenn beispielsweise die verbleibende Nutzdatenkapazität in dem betreffenden Telegramm nur noch klein ist, kann eine Parametrier-Information bzw. eine Parametrier-Antwortinformation ausgewählt werden, deren Datenumfang kleiner oder gleich der verbleibenden Nutzdatenkapazität ist. Bei der oberhalb erläuterten bevorzugten Weiterbildung, in der für die Anzahl der in dem Sammel-Parametrier-Telegramm zu übersendenden Parametrier-Informationen der kleinere Wert der ersten und der zweiten maximalen Anzahl maßgeblich ist, ist bevorzugt, dass die Auswahl gemäß der vorliegenden Weiterbildung basierend auf dem Datenumfang der gesammelten Parametrier-Informationen getroffen wird, falls die erste maximale Anzahl kleiner ist, und dass die Auswahl basierend auf dem Datenumfang der jeweils zugehörigen Parametrier-Antwortinformationen getroffen wird, falls die zweite maximale Anzahl kleiner ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Schritt des Sammelns einer Mehrzahl von Parametrier-Informationen so lange durchgeführt, bis eine Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Telegramms und/oder des Sammel-Parametrier-Antworttelegramms möglichst weitgehend ausgenützt wird. Dadurch wird ermöglichst, dass auch zeitlich versetzt in dem Parametrier-Gerät auftretende Parametrier-Anfragen in einem gemeinsamen Sammel-Parametrier-Telegramm versendet werden können. Insbesondere ist hierbei eine Kombination mit den oberhalb angegebenen Weiterbildungen vorteilhaft, so dass beispielsweise gesammelt wird, bis die erste und/oder die zweite maximale Anzahl erreicht wird, oder in dem Fall, in dem eine Auswahl aus den gesammelten Parametrier-Informationen getroffen wird, bis ein vorbestimmter Füllgrad des Nutzdatenteils des betreffenden Telegramms erreicht ist. Vorzugsweise wird nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer der Schritt des Übersendens des Sammel-Parametrier-Telegramms durchgeführt, sofern mindestens eine Parametrier-Information gesammelt wurde. Dadurch wird gewährleistet, dass das Übersenden des Sammel-Parametrier-Telegramms nicht übermäßig verzögert wird. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die vorbestimmte Zeitdauer durch einen Benutzer, beispielsweise durch Ändern eines entsprechenden Parameters des Feldgerätes, einstellbar ist. Ferner ist bevorzugt, dass die vorbestimmte Zeitdauer zu laufen beginnt, sobald die erste Parametrier-Anfrage für das betreffende Sammel-Parametrier-Telegramm in dem Parametrier-Gerät auftritt oder sobald die erste Parametrier-Information in das betreffende Sammel-Parametrier-Telegramm eingefügt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Sammel-Parametrier-Telegramm eine Lese-Anfrage mindestens eines Parameters des Feldgerätes und/oder eine Schreib-Anfrage mindestens eines Parameters des Feldgerätes auf. Vorzugsweise werden jedoch Lese-Anfragen und Schreib-Anfragen nicht in einem gemeinsamen Telegramm übersendet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Sammel-Parametrier-Telegramm und/oder das Sammel-Parametrier-Antworttelegramm gemäß einem standardisierten Feldbus-Protokoll, insbesondere gemäß dem HART®-Protokoll (vgl. „HART® Field Communication Protocol Specifications, Revision 7.0“; erhältlich über die HART® Communication Foundation), aufgebaut. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere bei Verwendung des HART®-Protokolls vorteilhaft, da dieses eine vergleichsweise niedrige Baudrate aufweist und damit die erfindungsgemäße Steigerung der effektiven Übertragungsgeschwindigkeit besonders vorteilhaft ist. Die Erfindung kann jedoch auch bei einem anderen standardisierten Bussystem, wie beispielsweise bei Profibus® (vgl. Profibus Profile Specification, Version 3.0) oder Foundation® Fieldbus (vgl. Foundation® Specification, Function Block Application Process, Revision FS 1.7) angewendet werden. Vorzugsweise ist auch die digitale Kommunikationsverbindung zwischen dem Feldgerät und dem Parametrier-Gerät gemäß dem entsprechenden standardisierten Bussystem aufgebaut. Alternativ zu solch einer digitalen Kommunikationsverbindung über einen Feldbus kann das Parametrier-Gerät auch an einer Service-Schnittstelle des Feldgerätes angeschlossen oder mit dieser verbunden sein und die digitale Kommunikation darüber kann gemäß einem herstellerspezifischen Protokoll erfolgen.
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Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Von den Figuren zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines einfachen Feldbus-Netzwerkes;
- 2A: eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Sammel-Parametrier-Telegramms mit einer Lese-Anfrage;
- 2B: eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Sammel-Parametrier-Antworttelegramms zu dem Sammel-Parametrier-Telegramm der 2A;
- 3A: eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Sammel-Parametrier-Telegramms mit einer Schreib-Anfrage;
- 3B: eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Sammel-Parametrier-Antworttelegramms zu dem Sammel-Parametrier-Telegramm der 3A; und
- 4: ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1 ist eine beispielhafte, schematische Darstellung eines einfachen Feldbus-Netzwerkes, bei dem vier Feldgeräte FG0, FG1, FG2 und FG3, ein Bediengerät B und eine Steuereinheit SPS an einem Feldbus F angeschlossen sind. Der Feldbus F arbeitet nach dem HART®-Standard. Die Steuereinheit SPS ist ein (primärer) Master, während die Feldgeräte FG0, FG1, FG2 und FG3 Slaves sind. Die Kommunikation zwischen der Steuereinheit SPS und den Feldgeräten FG0, FG1, FG2 und FG3 erfolgt gemäß dem HART@-Protokoll. Auch das Bediengerät B kommuniziert mit einem zu parametrierenden Feldgerät über den Feldbus F gemäß dem HART@-Protokoll.
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2A zeigt ein Sammel-Parametrier-Telegramm mit einer Lese-Anfrage, wobei das Telegramm gemäß dem HART®-Protokoll aufgebaut ist. Das Telegramm weist, wie bereits im einleitenden Teil erläutert wurde, 14 Steuerzeichen, die den „Frame“ des Telegramms bilden, und bis zu 25 Nutzdatenzeichen (Nutzdatenteil des Telegramms) auf. Die Steuerzeichen (bzw. der „Frame“) weisen unter anderem eine Präambel (engl.: Preamble), ein entsprechendes Kommando (hier: Lese-Anfrage einer Mehrzahl von Parametern) und ein Prüfbyte (engl.: Check Byte) am Ende des Telegramms auf. Bei dem Kommando handelt es sich vorliegend um ein herstellerspezifisches Kommando, durch welches angegeben wird, dass das Sammel-Parametrier-Telegramm eine Lese-Anfrage einer Mehrzahl von Parametern des betreffenden Feldgerätes betrifft. Dieses herstellerspezifische Kommando ist in dem betreffenden Feldgerät implementiert und in einer „Device Description“ (DD) (Gerätebeschreibung) des Feldgerätes beschrieben. Die „Device Description“ (DD) dient dazu, die Funktionalität eines Feldgerätes zu beschreiben. Sie enthält insbesondere Informationen über die in dem Feldgerät enthaltenen Variablen, deren Grenzwerte und den Zugang zu diesen Variablen. Ferner kann das herstellerspezifische Kommando in einem Gerätetreiber des Feldgerätes, insbesondere in einem „Device Type Manager“ (DTM), implementiert sein. Ein „Device Type Manager“ ist eine gerätespezifische Software, die alle Daten und Funktionen des betreffenden Feldgerätes kapselt und gleichzeitig grafische Bedienelemente bereitstellt. Insbesondere stellen „Device Type Manager“ Funktionen zum Zugang zu Variablen des Feldgerätes und Diagnosefunktionen bereit. Zur Ausführung benötigt der „Device Type Manager“ eine FDT-Frame Anwendung (FDT: Field Device Tool). Demnach kann das Parametrier-Gerät, durch welches das Sammel-Parametrier-Telegramm abgesendet wird, durch Zugriff auf die „Device Description“ und/oder den Gerätetreiber, insbesondere den „Device Type Manager“, des Feldgerätes die relevanten Informationen bezüglich dem herstellerspezifischen Kommando und dessen Implementierung auf dem betreffenden Feldgerät erhalten. Bezüglich der Details der weiteren Steuerzeichen, die in den 2A, 2B, 3A und 3B allgemein als „FRAME“ bezeichnet sind, wird auf das HART®-Protokoll verwiesen.
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In dem Nutzdatenteil des Sammel-Parametrier-Telegramms sind die Adressen Index1, Index2, Index3 und Index4 von vier zu lesenden Parametern des betreffenden Feldgerätes angegeben. Der Nutzdatenteil der Telegramme ist in den 2A, 2B, 3A und 3B jeweils durch Fettdruck der betreffenden Datenblöcke hervorgehoben. Jede der Adressen Index1, Index2, Index3 und Index4 weist jeweils einen Datenumfang von 2 Bytes auf. Demnach sind in dem Sammel-Parametrier-Telegramm der 2A lediglich 8 Nutzdatenzeichen enthalten, obwohl das Telegramm maximal bis zu 25 Nutzdatenzeichen (25 Bytes Nutzdaten) umfassen kann.
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In dem Parametrier-Gerät, durch welches das Sammel-Parametrier-Telegramm versendet wird, wird jedoch auch der Datenumfang der in dem Sammel-Parametrier-Antworttelegramm enthaltenen zugehörigen Sammel-Parametrier-Antwortinformationen berücksichtigt. Von der „Device Description“ und/oder dem Gerätetreiber (z.B. dem „Device Type Manager“) des Feldgerätes erhält das Parametrier-Gerät die Information, dass die Adressen Index1, Index2, ... Index4 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils Parameterwerte betreffen, die als Gleitkommazahl dargestellt sind. Demgemäß haben die einzelnen zu lesenden Parameterwerte jeweils einen Datenumfang von 4 Byte. In dem Sammel-Parametrier-Antworttelegramm, das von dem Feldgerät nach Erhalt des Sammel-Parametrier-Telegramms gesendet wird, werden in dessen Nutzdatenteil die Adressen Index1, Index2, ... Index 4 mit den jeweils zugehörigen Parameterwerten Float1, Float2, ... Float 4 angegeben, wie in 2B dargestellt ist. Die Parametrier-Antwortinformationen Index1, Float1, Index2, Float2, ... Index4, Float4 weisen folglich einen Datenumfang von 24 Byte bzw. 24 Nutzdatenzeichen auf. Das Sammel-Parametrier-Antworttelegramm gemäß dem HART®-Protokoll weist wiederum 14 Steuerzeichen, die den „Frame“ des Telegramms bilden, und bis zu 25 Nutzdatenzeichen auf. In Bezug auf den „Frame“ dieses Sammel-Parametrier-Antworttelegramms wird auf die Erläuterungen zu 2A verwiesen. Wiederum ist in dem „Frame“ ein herstellerspezifisches Kommando enthalten, durch welches angegeben wird, dass das Sammel-Parametrier-Antworttelegramm ein Antworttelegramm auf ein entsprechendes Sammel-Parametrier-Telegramm mit einer Lese-Anfrage ist und mehrere Parameter betrifft.
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Der voraussichtliche Datenumfang der Parametrier-Antwortinformationen in dem Sammel-Parametrier-Antworttelegramm wird durch das Parametrier-Gerät bereits beim Erstellen des Sammel-Parametrier-Telegramms berücksichtigt. Im vorliegenden Fall ist, da der Datenumfang der Parametrier-Informationen kleiner als der Datenumfang der zugehörigen Parametrier-Antwortinformationen ist und die Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Telegramms und des Sammel-Parametrier-Antworttelegramms jeweils gleich groß ist, der Datenumfang der zu übersendenden Parametrier-Antwortinformationen der begrenzende Faktor. Demnach wird die Anzahl der in dem Sammel-Parametrier-Telegramm gemeinsam gesendeten Parametrier-Informationen derart gewählt, dass bei dieser Anzahl die Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Antworttelegramms möglichst weitgehend ausgenutzt wird. Dies ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel bei dem Auslesen von vier Parameterwerten der Fall, da beim Auslesen von fünf Parameterwerten der Datenumfang der Parametrier-Antwortinformationen bereits 30 Nutzdatenzeichen umfassen würde und somit der Nutzdatenteil des Sammel-Parametrier-Antworttelegramms überschritten wäre.
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Unter Bezugnahme auf die 3A und 3B werden im Folgenden ein Sammel-Parametrier-Telegramm (s. 3A) mit einer Schreib-Anfrage und ein entsprechendes Sammel-Parametrier-Antworttelegramm (s. 3B) beschrieben. Beide Telegramme sind wiederum gemäß dem HART®-Protokoll aufgebaut und weisen jeweils 14 Steuerzeichen, die den „Frame“ des Telegramms bilden, und bis zu 25 Nutzdatenzeichen auf. In Bezug auf den Aufbau des „Frame“ wird wiederum auf die Erläuterung zu 2A verwiesen. In dem „Frame“ des in 3A dargestellten Sammel-Parametrier-Telegramms ist wiederum ein herstellerspezifisches Kommando enthalten, welches angibt, dass das Sammel-Parametrier-Telegramm eine Schreib-Anfrage einer Mehrzahl von Parametern des betreffenden Feldgerätes betrifft. In entsprechender Wese ist in dem „Frame“ des in 3B dargestellten Sammel-Parametrier-Antworttelegramms ein herstellerspezifisches Kommando enthalten, welches angibt, dass das Sammel-Parametrier-Antworttelegramm ein Antworttelegramm auf das Sammel-Parametrier-Telegramm mit einer Schreib-Anfrage ist und mehrere Parameter betrifft. Im Folgenden wird vorwiegend auf die Unterschiede gegenüber den in den 2A und 2B dargestellten Telegrammen eingegangen.
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In dem Sammel-Parametrier-Telegramm mit einer Schreib-Anfrage werden zu den jeweiligen Adressen Index1, Index2, ... Index4 der zu schreibenden Parameter jeweils die zugehörigen Parameterwerte Float1, Float2, ... Float4, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wiederum durch Gleitkommazahlen mit einem Datenumfang von jeweils 4 Byte dargestellt werden, angegeben. Auch in dem Sammel-Parametrier-Antworttelegramm, das von dem Feldgerät nach Erhalt des Sammel-Parametrier-Telegramms an das Parametrier-Gerät gesendet wird, sind in dessen Nutzdatenteil in gleicher Weise die jeweiligen Adressen Index1, Index2, ... Index4 und die jeweils zugehörigen Parameterwerte Float1, Float2, ... Float4 angegeben. Demnach wird für das Schreiben eines Parameters sowohl in dem Sammel-Parametrier-Telegramm als auch in dem Sammel-Parametrier-Antworttelegramm jeweils ein Datenumfang von sechs Nutzdatenzeichen benötigt. Der Datenumfang der Parametrier-Informationen und der zugehörigen Parametrier-Antwortinformationen ist in diesem Ausführungsbeispiel folglich gleich groß und beträgt jeweils sechs Byte (bzw. Nutzdatenzeichen). Demnach wird die Anzahl der in dem Sammel-Parametrier-Telegramm gemeinsam gesendeten Parametrier-Informationen derart gewählt, dass bei dieser Anzahl die Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Telegramms (und damit gleichzeitig auch die gleich große Nutzdatenkapazität des Sammel-Parametrier-Antworttelegramms) möglichst weitgehend ausgenutzt wird. Dies ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel bei dem Schreiben von vier Parameterwerten der Fall, wie es in den 3A und 3B dargestellt ist. Bei den im einleitenden Teil angegebenen Kenngrößen ergibt sich für das vorliegende Ausführungsbeispiel eine gesamte Zykluszeit von 771,69 ms. Demnach ergibt sich bei insgesamt 48 übertragenen Nutzdatenzeichen eine effektive Übertragungsgeschwindigkeit von 62,20 Nutzdatenzeichen pro Sekunde.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der 4 ein Verfahren zum Betreiben eines Parametrier-Gerätes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Auf dem Parametrier-Gerät läuft ein Bedienprogramm, das von einem Benutzer, wie beispielsweise einem Anlagenbetreiber, bedient wird. Durch eine Aktion des Benutzers in dem Bedienprogramm können eine oder mehrere Parametrier-Anfragen, wie beispielsweise für das Lesen und/oder Schreiben eines Parameters eines Feldgerätes, ausgelöst werden. Im Ausgangszustand befindet sich das Parametrier-Gerät in einem Wartezustand, in dem es auf eine Parametrier-Anfrage wartet (S1). Hierzu prüft das Parametrier-Gerät in regelmäßigen Zeitabständen, ob eine Parametrier-Anfrage in dem Parametrier-Gerät ausgelöst wurde (S2). Falls dies nicht der Fall ist, wird der Wartezustand fortgesetzt (NEIN bei S2). Tritt in dem Parametrier-Gerät eine Parametrier-Anfrage für ein Feldgerät auf (JA bei S2), so wird eine entsprechende Parametrier-Information in ein Sammel-Parametrier-Telegramm, das an dieses Feldgerät gesendet werden soll, eingefügt (S3).
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Anschließend wird geprüft, ob das Sammel-Parametrier-Telegramm größer oder gleich einer maximal für dieses Telegramm vorgesehenen Länge ist und ob das zugehörige zukünftige Sammel-Parametrier-Antworttelegramm größer oder gleich einer maximal für dieses Antworttelegramm vorgesehenen Länge ist (S4). Insbesondere wird dabei jeweils geprüft, ob ein Datenumfang der in dem Sammel-Parametrier-Telegramm enthaltenen Parametrier-Informationen größer oder gleich wie eine Nutzdatenkapazität dieses Telegramms ist und ob ein Datenumfang der in dem zukünftigen Sammel-Parametrier-Antworttelegramm enthaltenen Parametrier-Antwortinformationen größer oder gleich wie eine Nutzdatenkapazität dieses Antworttelegramms ist. Hierzu wird ergänzend auf die Erläuterungen im einleitenden Teil und in Bezug auf die 2A, 2B, 3A und 3B verwiesen. Führt diese Prüfung bei dem Sammel-Parametrier-Telegramm und/oder bei dem Sammel-Parametrier-Antworttelegramm zu einem positiven Ergebnis (JA bei S4), so wird als nächstes in entsprechender Weise geprüft, ob das Sammel-Parametrier-Telegramm größer als eine maximal für dieses Telegramm vorgesehene Länge ist und ob das zugehörige zukünftige Sammel-Parametrier-Antworttelegramm größer als eine maximal für dieses Antworttelegramm vorgesehene Länge ist (S5). Ist dies weder bei dem Sammel-Parametrier-Telegramm noch bei dem Sammel-Parametrier-Antworttelegramm der Fall (NEIN bei S5), so wird das Sammel-Parametrier-Telegramm abgesendet (S7). Führt die Prüfung bei S5 jedoch bei dem Sammel-Parametrier-Telegramm und/oder bei dem Sammel-Parametrier-Antworttelegramm zu einem positiven Ergebnis (JA bei S5), so wird die zuletzt in das Sammel-Parametrier-Telegramm eingefügte Parametrier-Information wieder entfernt (S6). Anschließend wird das Sammel-Parametrier-Telegramm abgesendet (S7). Die entfernte Parametrier-Information wird für ein nächstes Sammel-Parametrier-Telegramm vorbereitet (S6).
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Führt die Prüfung bei dem Schritt S4 weder für das Sammel-Parametrier-Telegramm noch für das zugehörige zukünftige Sammel-Parametrier-Antworttelegramm zu einem positiven Ergebnis (NEIN bei S4), so wird als nächstes geprüft, ob eine vorbestimmte Zeit bereits abgelaufen ist. Diese vorbestimmte Zeit beginnt/begann dabei zu dem Zeitpunkt zu laufen, in dem eine erste Parametrier-Information in das Sammel-Parametrier-Telegramm, welches an das betreffende Feldgerät zu senden ist, eingefügt wird/wurde. Ist die vorbestimmte Zeit bereits abgelaufen (JA bei S8), so wird als nächster Schritt das Sammel-Parametrier-Telegramm abgesendet (S7). Ist die vorbestimmte Zeit noch nicht abgelaufen (NEIN bei S8), so wartet das Parametrier-Gerät wieder, ob weitere Parametrier-Anfragen in dem Parametrier-Gerät auftreten (S1). Die Funktionalität, dass bei Ablauf der vorbestimmten Zeit das Sammel-Parametrier-Telegramm abgesendet wird, unabhängig davon, ob es bereits vollständig gefüllt ist, wird auch als „Timeout“ bezeichnet.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise kann der unter Bezugnahme auf 4 erläuterte Vorgang des Sammelns einer Mehrzahl von Parametrier-Informationen, die an ein betreffendes Feldgerät zu senden sind, in dem Parametrier-Gerät auch auf andere Weise durchgeführt werden. Insbesondere sind bisherige Bedienprogramme teilweise bereits derart angepasst, dass in dem Parametrier-Gerät auftretende Parametrier-Anfragen in Warteschlangen („Queues“) zwischengespeichert werden. Dadurch wird eine Trennung des Bedienkontextes, der die Bedienung durch einen Benutzer über das Bedienprogramm betrifft, und des Kommunikationskontextes, der die von dem Bedienprogramm initiierten Kommunikationen (beispielsweise mit einem Feldgerät) betrifft, erreicht. Diese zwischengespeicherten Parametrier-Anfragen wurden bisher einzeln, d.h. parameterorientiert, wie dies oberhalb unter Bezugnahme auf den Stand der Technik erläutert wird, abgearbeitet. Für den Schritt des Sammelns einer Mehrzahl von Parametrier-Informationen gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf diese bereits vorhandene Funktionalität zumindest teilweise zurückgegriffen werden.
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Vorzugsweise wird dabei die DTM (Device Type Manager) und FDT (Field Device Tool) Technologie genutzt, so dass eine besonders effektive Nutzung der bereits vorhandenen Funktionalität ermöglicht wird.
