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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Feldgerät 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.
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 einem Feldbus angeschlossen sind und zur
Kommunikation mit den übergeordneten
Einheiten 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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In 2 ist
der typische Aufbau eines modular aufgebauten Sensors 2 (hier:
eines Durchflussmessgerätes),
der als 2-Leiter-Gerät
ausgebildet ist, schematisch in einer Explosionsdarstellung dargestellt.
Solche 2-Leiter-Geräte
sind busgespeist, was be deutet, dass sowohl die Kommunikation als
auch die Stromversorgung über
eine gemeinsame 2-Leiter-Verbindung erfolgt. Die Geräteelektronik
des Sensors besteht im Wesentlichen aus zwei Elektronikmodulen,
einem Mainboard (bzw. einem Hauptmodul) M1, das als Verstärkerplatine
ausgebildet ist, und einer I/O- und Netzteil-Platine M2. Die I/O- und Netzteilplatine
M2 ist software- und hardwaremäßig derart ausgebildet,
dass durch sie eine Kommunikation mit einem Feldbus realisierbar
ist. Die I/O- und Netzteilplatine ist folglich als Feldbus-Platine,
d. h. zur Anbindung des Sensors 2 an einen entsprechenden
Feldbus, ausgebildet. Als weiteres Hardware-Modul ist eine Anzeige- und Bedieneinheit 4 vorgesehen,
die über
eine Kabelverbindung 6 an dem Mainboard M1 anschließbar ist.
Die Elektronikmodule M1 und M2 sowie die Anzeige- und Bedieneinheit 4 sind
in einem Gehäuse 8 mit
einem aufschraubbaren Gehäusedeckel 10 angeordnet.
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In 3 ist
der in 2 dargestellte Sensor 2 mit einem schematischen
Blockschaltbild der Elektronik des Mainboards M1 und der I/O- und
Netzteilplatine M2 dargestellt. Das Mainboard M1 weist eine Signalverarbeitungseinheit 12,
einen Mikroprozessor 14 und einen Datenspeicher 16,
der beispielsweise als EEPROM ausgebildet ist, auf. Daneben können auch
weitere Speicher, wie beispielsweise ein RAM, etc. vorgesehen sein.
Die Signalverarbeitungseinheit 12 ist mit einem Messwertaufnehmer 18 (hier:
zur Erfassung eines Durchflusses in einem Rohrleitungsabschnitt)
verbunden und dient zur Vorverarbeitung eines Messsignals, das von
dem Messwertaufnehmer 18 geliefert wird. Beispielsweise
werden von der Signalverarbeitungseinheit 12 die von dem
Messwertaufnehmer 18 gelieferten analogen Signale in digitale
Signale umgewandelt. Die weitere Signalverarbeitung findet dann
im Mikroprozessor 14 statt. In dem Datenspeicher 16 sind
insbesondere die Parameter des Sensors 2 gespeichert, die
für das
Mainboard M1 relevant sind. Zur Kommunikation miteinander sind das
Mainboard M1 und die I/O- und Netzteilplatine M2 über eine
ISS-Schnittstelle
(Internal Serial Interface) 20 miteinander verbunden.
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Die
I/O- und Netzteilplatine M2 weist einen Mikroprozessor 22,
eine Feldbus-Schnittstelle 24 und einen
Datenspeicher 26, der beispielsweise als EEPROM ausgebildet
ist, auf. Daneben können
auch weitere Speicher, wie beispielsweise ein RAM, etc. vorgesehen
sein. Diese, im Folgenden als Feldbus-Modul 28 bezeichneten
Komponenten, dienen zur Anbindung des Sensors 2 an einen
Feldbus F. Je nachdem, an welche Art von Feldbus (z. B. Profibus®, Foundation®-Fieldbus,
HART®,
etc) der Sensor 2 angeschlossen werden soll, muss die Software
des Feldbus-Moduls 28 (und gegebenenfalls auch ein Teil
der Hardware-Komponenten des Feldbus-Moduls 28, wie beispielsweise
die Feldbus-Schnittstelle 24) entsprechend ausgebildet
sein. Wie in 3 dargestellt ist, wird der
Sensor 2 über
die Feldbus-Schnittstelle 24 an
den Feldbus F angeschlossen. Durch die Feldbus-Schnittstelle 24 wird
das Senden und Empfangen von digitalen Signalen (entsprechend der
jeweils eingesetzten Art von Feldbus) über den Feldbus F durchgeführt. Diese
Funktionalität
ist dabei insbesondere auf den Schichten 1 (und gegebenenfalls 2)
des OSI-Referenzmodells
(Open Systems Interconnection Referenzmodell) angesiedelt. Oftmals
weist die Feldbus-Schnittstelle 24 einen ASIC (engl.: application
specific integrated circuit; deutsch: anwendungsspezifische integrierte
Schaltung) zur Durchführung
dieser Sende- und Empfangsfunktionalität auf. Über den Mikroprozessor 22 der
I/O- und Netzteilplatine M2 werden die einzelnen Komponenten der
I/O- und Netzteilplatine M2 koordiniert, insbesondere wird die Feldbus-Schnittstelle 24 von
dem Mikroprozessor 22 angesteuert. Ferner werden Nachrichten,
die von dem Mainboard M1 an die I/O- und Netzteilplatine M2 zur
Weiterleitung an den Feldbus F gesendet werden, in dem Mikroprozessor 22 entsprechend
dem jeweils verwendeten Bus-Protokoll (z. B. Profibus® Profile
Specification, Version 3.0 für
Profibus®;
Foundation® Specification,
Function Block Application Process, Revision FS 1.7 für Foundation® Fieldbus)
dargestellt und über
die Feldbus-Schnittstelle 24 auf den Feldbus F gegeben.
Umgekehrt werden Nachrichten, die gemäß dem jeweils verwendeten Feldbus-Protokoll
dargestellt sind und über
den Feldbus F empfangen werden, in dem Mikroprozessor 22 entschlüsselt und,
falls sie das Mainboard M1 betreffen, in einer von dem jeweils verwendeten
Feldbus-Protokoll unabhängigen
Darstellung an das Mainboard M1 weitergeleitet. In dem Datenspeicher 26 sind
insbesondere die Parameter des Sensors 2 gespeichert, die
für die
I/O- und Netzteilplatine M2 relevant sind.
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Ferner
weist die I/O- und Netzteilplatine M2 ein Netzteil 30 auf, über das
der Sensor 2 mit elektrischer Leistung versorgt wird. Das
Netzteil 30 erhält dabei
elektrische Leistung über
die 2-Leiter-Verbindung, über
die der Sensor 2 an den Feldbus F angeschlossen ist. Wie
in 3 schematisch durch die Linie 32 dargestellt
ist, werden durch das Netzteil 30 auch das Mainboard M1
und die Anzeige- und Bedieneinheit 4 mit elektrischer Leistung
versorgt.
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Zur
Bedienung von Feldgeräten,
insbesondere zur Parametrierung und Konfigurierung (im Folgenden
allgemein als „Parametrierung" bezeichnet) von
Feldgeräten
und/oder zum Auslesen von Parameterwerten aus einem Feldgerät, ist in
einer übergeordneten
Einheit in der Regel ein Bedienprogramm (Bedientool) vorgesehen
(z. B. FieldCare® von Endress + Hauser).
Bei der Parametrierung werden insbesondere Parameter dieses Feldgerätes eingestellt bzw.
abgeändert.
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 implementiert
ist und das beispielsweise an dem Feldbus des zu parametrierenden
Feldgerätes angeschlossen
ist, bedient werden.
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Um
einen Zugriff (z. B. einen Lese- oder Schreibzugriff) auf einzelne
Parameter eines Feldgerätes
zu ermöglichen,
sind zumindest den Parametern, auf die über den Feldbus zugegriffen
werden kann, jeweils feldbusspezifische Parameteradressen zugeordnet.
Je nach der eingesetzten Art von Feldbus wird hierbei ein entsprechendes
feldbusspezifisches Parameteradressierungssystem verwendet. Beispielsweise
werden in dem Bussystem Profibus® einzelne
Parameter durch Angabe von Slot und Index dieses Parameters adressiert.
Die Zuordnung von Slot und Index zu einzelnen Parametern ist beispielsweise
in der „Device
Description" (DD)
(Gerätebeschreibung)
und/oder in dem „Device
Type Manager" (DTM)
angegeben, so dass sie für
eine übergeordnete
Einheit oder ein Bediengerät
verfügbar
ist. Dieses feldbusspezifische Parameteradressierungssystem unterscheidet
sich von dem geräteinternen
Parameteradressierungssystem. Geräteintern werden die Parameter,
je nach Zugehörigkeit
zu einzelnen Funktionsblöcken
(z. B. Funktionsblöcke „Analog
Input" (AI) und/oder „Analog
Output" (AO) bei
Profibus® und Foundation® Fieldbus),
Komponenten (z. B. Stromversorgung, Anzeige, etc.), zu einem Physical
Block, einem Transducer Block, etc. in Blöcke („BlockId") gruppiert. Innerhalb der Blöcke werden
die Parameter gerä teintern
durch Parameteridentifikationen („ParameterId") unterschieden.
Das geräteinterne Parameteradressierungssystem,
insbesondere die Zuordnung der „BlockId" und der „ParameterId” zu einzelnen
Parametern, wird dabei durch den Hersteller eines Feldgerätes bestimmt.
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Um
eine Zuordnung der geräteinternen
Parameteradressen zu den jeweiligen feldbusspezifischen Parameteradressen
zu ermöglichen,
werden bisher sogenannte Mapping-Tabellen verwendet, in denen jeder
feldbusspezifischen Parameteradresse die entsprechende zugehörige geräteinterne
Parameteradresse zugeordnet ist. Diese Zuordnung ist schematisch
in 4 dargestellt, wobei vorwiegend lediglich die
für die
Zuordnung der Parameteradressen relevanten Komponenten dargestellt
sind. Der Aufbau des in 4 dargestellten Sensors 33 kann dabei
dem Aufbau des in den 2 und 3 dargestellten
Sensors 2 entsprechen. In dem vorliegenden Beispielfall
wird über
den Feldbus F, der gemäß dem Bussystem
Profibus® ausgebildet
ist, ein Telegramm (von einer nicht dargestellten übergeordneten Einheit
oder einem Bediengerät)
empfangen, in dem ein Lese- oder Schreibbefehl eines Parameters
des Sensors 33 enthalten ist. Zur Adressierung des Parameters
ist in dem Telegramm dessen feldbusspezifische Parameteradresse,
also dessen Slot und Index, angegeben. Um innerhalb des Sensors 33 einen
Zugriff auf den betreffenden Parameter zu ermöglichen, muss dessen geräteinterne
Parameteradresse bestimmt werden. Hierzu ist in einem Speicher 35 der Netzteil-
und I/O-Platine M2, der als RAM-Speicher ausgebildet ist, eine Mapping-Tabelle 34 vorgesehen.
Der Mikroprozessor 22 der Netzteil- und I/O-Platine M2
greift auf die Mapping-Tabelle 34 in dem Speicher 26 zu
und liest zu dem Slot und Index der in dem Telegramm enthaltenen
feldbusspezifischen Parameteradresse die zugehörige geräteinterne Parameteradresse,
also die BlockId und ParameterId, aus. Im vorliegenden Fall ist
die geräteinterne
Parameteradresse für
einen Parameter, der für
das Mainboard M1 relevant ist und in dem Datenspeicher 16 des
Mainboards M1 gespeichert ist. Demgemäß gibt der Mikroprozessor 22 den
erhaltenen Lese- oder Schreibbefehl zusammen mit der geräteinternen
Parameteradresse (BlockId, ParameterId) an den Mikroprozessor 14 des
Mainboards M1 weiter. Der Mikroprozessor 14 kann dann anhand
der geräteinternen
Parameteradresse auf den betreffenden Parameter (z. B. P1, P2 oder
P3 in 4), der in dem Datenspeicher 16 des Mainboards
M1 gespeichert ist, zugreifen und die weiteren, für die Ausführung des Lese-
oder Schreibbefehls erforderlichen Schritte durchführen. Betrifft
die geräteinterne
Parameteradresse hingegen einen Parameter, der für die I/O- und Netzteilplatine
M2 relevant ist und in dem (in 4 nicht
dargestellten EEPROM-)Datenspeicher 26 der I/O- und Netzteilplatine
M2 gespeichert ist, so wird die geräteinterne Parameteradresse
und der Lese- oder Schreibbefehl nicht an das Mainboard M1 weitergegeben.
Vielmehr wird dann durch den Mikroprozessor 22 der I/O-
und Netzteilplatine M2 auf den betreffenden Parameter, der in dem
Datenspeicher 26 der I/O- und Netzteilplatine gespeichert
ist, zugegriffen und die für
den Lese- oder Schreibbefehl erforderlichen Schritte durchgeführt.
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Solch
eine Mapping-Tabelle ist umfangreich und umfasst zum Teil 2000 oder
mehr Einträge,
so dass Kosten und Aufwand für
deren Erstellung relativ hoch sind. in der Regel sind in dem Mainboard
und in der I/O- und Netzteilplatine (bzw. gegebenenfalls in der
I/O-Platine) unterschiedliche Softwaremodule mit jeweils unterschiedlichen
Software-Identifikationsnummern vorgesehen. Wird bei einem Software-Update
des Mainboards ein neuer Parameter (mit einer entsprechenden geräteinternen
Parameteradresse) hinzugefügt,
so musste bisher auch ein entsprechendes Software-Update der Software
der I/O- und Netzteilplatine durchgeführt werden, so dass die geräteinterne
Parameteradresse und die zugehörige
feldbusspezifische Parameteradresse des neuen Parameters in dieser
Software und insbesondere in der Mapping-Tabelle erfasst waren. Je nach hinzugefügtem Parameter
kann dies eine erneute Zertifizierung der Software der I/O- und
Netzteilplatine bei einer akkreditierten Zertifizierungsstelle (z.
B. einer Profibus®-Zertifizierungsstelle)
bedeuten. Damit sind erhebliche Kosten und Aufwand für die Anpassung
der Software der I/O- und Netzteilplatine verbunden, obwohl sich
die eigentliche Software der I/O- und Netzteilplatine nicht geändert hat.
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Demgemäß besteht
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Feldgerät bereitzustellen,
bei dem eine einfachere Zuordnung der geräteinternen Parameteradressen
zu den feldbusspezifischen Parameteradressen möglich ist und Kosten und Aufwand
bei Hinzunahme weiterer Parameter reduziert werden können.
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Die
Aufgabe wird durch ein Feldgerät
gemäß Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Feldgerät
der Prozessautomatisierungstechnik bereitgestellt, das eine Mehrzahl
von Parametern aufweist, denen jeweils geräteinterne Parameteradressen
zugeordnet sind. Das Feldgerät
ist an einen Feldbus mit einem feldbusspezifischen Parameteradressierungssystem
anschließbar.
Dabei sind die geräteinternen
Parameteradressen der Mehrzahl von Parametern durch Anwenden einer
generischen mathematischen Funktion auf zugehörige feldbusspezifische Parameteradressen,
die gemäß dem feldbusspezifischen
Parameteradressierungssystem gebildet sind, bestimmbar.
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Parameter
sind in einem Feldgerät
in der Regel für
den Betrieb, die Inbetriebnahme, die Instandhaltung und die Diagnose
des Feldgerätes
vorgesehen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die
Parameter eines Feldgerätes,
auf die ein Zugriff über
den Feldbus möglich
ist. Solche Parameter sind insbesondere Sensor- oder Aktor-Parameter,
wie beispielsweise Messbereiche, Grenzwerte, Einheiten, etc.. Wie
im einleitenden Teil der Beschreibung erläutert wird, sind in den unterschiedlichen
Arten von Bussystemen (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®,
etc.) in der Regel verschiedene Parameteradressierungssysteme vorgesehen.
Die Zuordnung der einzelnen feldbusspezifischen Parameteradressen
zu den jeweiligen Parametern erfolgt dabei in der Regel in einer „Device
Description" (DD)
(Gerätebeschreibung)
und/oder in einem Gerätetreiber
für das Feldgerät, wie beispielsweise
in einem „Device
Type Manager" (DTM),
so dass die betreffenden feldbusspezifischen Parameteradressen der
einzelnen Parameter für
eine übergeordnete
Einheit und/oder ein Bediengerät
verfügbar
sind. Die geräteinternen
Parameteradressen hingegen werden herstellerspezifisch vergeben.
Innerhalb des Feldgerätes
ist ein Zugriff auf einen Parameter nur durch Angabe dessen geräteinterner
Parameteradresse möglich.
Die geräteinterne
Parameteradresse kann dabei unabhängig von dem jeweiligen Feldbussystem,
an den das Feldgerät
anschließbar
oder angeschlossen ist, gewählt
werden.
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Die
Bereitstellung einer mathematischen Funktion hat den Vorteil, dass
diese einfach in einem entsprechenden Algorithmus in einer Software
des Feldgerätes
implementiert werden kann. Die mathematische Funktion bzw. ein entsprechender
Algorithmus kann dabei eine oder mehrere Variablen aufweisen, wobei
eine feldbusspezifische Parameteradresse (mit einer entsprechenden
Anzahl an „Koordinaten", wie bei spielsweise
einem „Slot" und einem „Index" bei Profibus) als
Variable(n) in die mathematische Funktion bzw. in den Algorithmus
einsetzbar ist. Durch Anwenden der mathematischen Funktion auf die
feldbusspezifische Parameteradresse wird dann die geräteinterne
Parameteradresse erhalten. Dabei können auch die geräteinternen
Parameteradressen und demgemäß auch der
Ausgabewert der mathematischen Funktion (bzw. des Algorithmus) mehr
als nur eine „Koordinate" (wie beispielsweise
eine „BlockId" und eine „ParameterId") aufweisen. „Generisch" bedeutet dabei,
dass ein und dieselbe mathematische Funktion zur Bestimmung der
(verschiedenen) geräteinternen
Parameteradressen der Mehrzahl von Parametern (aus den entsprechenden
feldbusspezifischen Parameteradressen) verwendet werden kann.
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In
der Regel ist jedem Parameter nur eine Parameteradresse zugeordnet.
Vorzugsweise liefert die mathematische Funktion für zwei unterschiedliche
feldbusspezifische Parameteradressen auch zwei unterschiedliche
geräteinterne
Parameteradressen.
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Aufgrund
der vorliegenden Erfindung ist nicht mehr erforderlich, dass umfangreiche
Mapping-Tabellen in dem Feldgerät
gespeichert und Updates derselben bei Hinzunahme weiterer Parameter durchgeführt werden
müssen.
Die vorliegende Erfindung ist dabei allgemein auf Feldgeräte, insbesondere
auf Sensoren und Aktoren, anwendbar. Dabei kann es sich um Feldgeräte mit einer
drahtgebundenen oder drahtlosen (wireless) Schnittstelle zu dem betreffenden
Feldbus handeln.
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Vorzugsweise
sind die geräteinternen
Parameteradressen, die feldbusspezifischen Parameteradressen und
die generische mathematische Funktion derart gewählt, dass die Anzahl der Parameter
des Feldgerätes
erhöhbar
ist und weiterhin durch Anwendung der generischen mathematischen
Funktion eine Zuordnung der geräteinternen
Parameteradressen zu den zugehörigen
feldbusspezifischen Parameteradressen der erhöhten Anzahl von Parametern
des Feldgerätes
möglich
ist. Durch die erfindungsgemäße Zuordnung
der geräteinternen
Parameteradressen zu den feldbusspezifischen Parameteradressen durch
eine generische mathematische Funktion ist dies auf besonders einfache
Weise möglich.
Dadurch ist nicht jedesmal dann, wenn für das Feldgerät (z. B. im
Rahmen eines Software-Updates) ein neuer Parameter hinzugenommen
wird, ein entsprechendes Update der Mapping-Tabelle und der zugehörigen Software
erforderlich. Vielmehr ist bei Empfang eines Telegramms, in dem
die feldbusspezifische Parameteradresse des neuen Parameters enthalten
ist, die zugehörige
geräteinterne
Parameteradresse einfach durch Anwenden der generischen mathematischen Funktion
auf die feldbusspezifische Parameteradresse erhältlich. Dadurch können Kosten
und Aufwand gespart werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung sind in dem geräteinternen Parameteradressierungssystem
die Mehrzahl von Parametern geräteinternen Gruppen,
insbesondere Blöcken,
zugeordnet und die einer geräteinternen
Gruppe zugeordneten Parameter werden jeweils durch geräteinterne
Indizes, vorzugsweise durch entsprechende Parameteridentifikationen,
unterschieden. Ferner sind gemäß einer vorteilhaften
Weiterbildung in dem feldbusspezifischen Parameteradressierungssystem
die Mehrzahl von Parametern feldbusspezifischen Gruppen, insbesondere
Slots, zugeordnet und die einem Slot zugeordneten Parameter werden
jeweils durch feldbusspezifische Indizes unterschieden. Folglich
werden sowohl die geräteinternen
als auch die feldbusspezifischen Parameter jeweils durch zwei „Koordinaten" (Gruppe und Index)
angegeben. Durch die Angabe der Gruppe und des Index wird die Parameteradresse
eines Parameters eindeutig bestimmt. Bei diesen beiden Koordinaten
sind je nach Art des Feldbusses bezüglich des feldbusspezifischen
Parameteradressierungssystems und je nach Hersteller bezüglich des
geräteinternen
Parameteradressierungssystems unterschiedliche Bezeichnungen üblich. Bei
dem für die
vorliegende Erfindung bevorzugten Bussystem Profibus® ist
beispielsweise in dem feldbusspezifischen Parameteradressierungssystem „Slot" als Bezeichnung
der Gruppe und „Index" als Bezeichnung des
Index vorgesehen. In dem geräteinternen
Parameteradressierungssystem ist „BlockId" als Bezeichnung für die Gruppe und „ParameterId" als Bezeichnung
für den
Index verbreitet.
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Vorzugsweise
sind sowohl bei dem geräteinternen
als auch bei dem feldbusspezifischen Parameteradressierungssystem
die einzelnen Gruppen und Indizes aufsteigend (oder wahlweise auch
absteigend) nummeriert. In diesem Fall kann die mathematische Funktion
einfach eine lineare Funktion sein. Die Nummerierung muss dabei
nicht zwangsweise bei „1" beginnen und kann
auch größere oder
kleinere Schritte als ganze Zahlen aufweisen. In dem feldbusspezifischen
Parameteradressierungssystem werden vorzugsweise verschiedene Feldgeräte durch
ihre Geräteadresse
unterschieden, so dass zwei verschiedene, an einem Feldbus angeschlossenen
Feldgerä te
identische Gruppen und Indizes als feldbusspezifische Parameteradressen
aufweisen können.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung wird durch die generische mathematische
Funktion jeweils einer feldbusspezifischen Gruppe einer feldbusspezifischen
Parameteradresse eine zugehörige geräteinterne
Gruppe zugeordnet. Ferner wird durch die generische mathematische
Funktion jeweils einem feldbusspezifischen Index der feldbusspezifischen
Parameteradresse ein zugehöriger
geräteinterner
Index zugeordnet. Dadurch gelingt eine übersichtliche Zuordnung zwischen
den feldbusspezifischen und den geräteinternen Parameteradressen. Ferner
können
die Anzahl der Parameter innerhalb einer Gruppe und/oder die Anzahl
der Gruppen insgesamt auf einfache Weise erhöht werden. Eine besonders einfache
Darstellung gelingt dann, wenn die jeweilige Zuordnung der Gruppen
und die jeweilige Zuordnung der Indizes durch zwei voneinander unabhängige Teilfunktionen
erfolgt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist die generische mathematische Funktion
reversibel. Dies bedeutet, dass durch Anwenden der Umkehrfunktion
der generischen mathematischen Funktion auf eine geräteinterne
Parameteradresse die zugehörige
feldbusspezifische Parameteradresse bestimmbar ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist das Feldgerät derart ausgebildet, dass
die generische mathematische Funktion automatisiert auf eine feldbusspezifische
Parameteradresse anwendbar und daraus die zugehörige geräteinterne Parameteradresse
bestimmbar ist. Unter „automatisiert" wird dabei verstanden,
dass die Anwendung der mathematischen Funktion automatisch, ohne
menschliches Eingreifen, erfolgt. Die Anwendung der mathematischen
Funktion kann beispielsweise durch eine entsprechende Steuerung
gesteuert werden. Vorzugsweise wird die mathematische Funktion immer
dann angewendet, wenn über
den Feldbus ein Telegramm erhalten wird, das eine feldbusspezifische
Parameteradresse enthält.
Vorzugsweise wird die Anwendung der mathematischen Funktion durch
eine entsprechend ausgebildete Software durchgeführt. Diese Funktionalität ist dabei
vorzugsweise auf Schicht 7 des OSI-Referenzmodells und/oder
oberhalb dieser Schicht 7 angesiedelt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung weist das Feldgerät eine I/O-Platine zur Anbindung des
Feldgerätes
an einen Feldbus, vorzugsweise eine Profibus®-Platine
zur Anbindung des Feldgerätes
an einen Profibus®-Feldbus, auf, wobei in
der I/O-Platine
die generische mathematische Funktion automatisiert auf eine feldbusspezifische
Parameteradresse anwendbar ist. Demgemäß ist die I/O-Platine gemäß der Weiterbildung
als Feldbus-Platine ausgebildet, d. h. sie dient zur Anbindung des
Feldgerätes
an einen Feldbus. Je nachdem, an welche Art von Feldbus (Profibus®,
Foundation® Fieldbus,
HART®, etc.)
das Feldgerät
angeschlossen werden soll, muss eine entsprechend ausgebildete I/O-Platine
bzw. Feldbus-Platine in dem Feldgerät vorgesehen sein. Dabei sind
Feldgeräte
in der Regel derart ausgebildet, dass deren Feldbus-Platine mit
einer anderen Feldbus-Platine (beispielsweise für ein anderes Bussystem) austauschbar
ist. Vorzugsweise wird die Anwendung der mathematischen Funktion
durch eine entsprechend ausgebildete Software, die in der I/O-Platine, insbesondere
in einem Mikroprozessor, einer CPU oder einer anderweitigen Prozessoreinheit
der I/O-Platine, implementiert ist, durchgeführt. Die I/O-Platine weist
dabei vorzugsweise eine oder mehrere der Funktionalitäten, die
im einleitenden Teil in Bezug auf die I/O- und Netzteilplatine erläutert wurden,
auf.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung weist das Feldgerät eine I/O-Platine zur Anbindung des
Feldgerätes
an einen Feldbus und ein Mainboard auf, wobei die I/O-Platine und das Mainboard über eine
Kommunikationsschnittstelle miteinander kommunizieren. Dadurch wird
ein modularer Aufbau des Feldgerätes
erzielt. Die Kommunikationsschnittstelle ist vorzugsweise als ISS-Schnittstelle
(Internal Serial Interface) ausgebildet. Daneben können auch
noch weitere Hardware-Komponenten, wie beispielsweise eine Anzeige-
und/oder Bedieneinheit, eine separate Netzteilplatine, etc. vorgesehen
sein. Wie im einleitenden Teil beschrieben wurde, kann die I/O-Platine auch ein
integriertes Netzteil aufweisen, so dass sie als I/O- und Netzteilplatine
ausgebildet ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung weist die Mehrzahl von Parametern Parameter
auf, die für
die I/O-Platine relevant sind, und Parameter, die für das Mainboard
relevant sind. Vorzugsweise ist der I/O-Platine ein Speicher, in
dem die für
die I/O-Platine
relevanten Parameter gespeichert sind, zugeordnet und/oder dem Mainboard
ist ein Speicher, in dem die für
das Mainboard relevanten Parameter gespeichert sind, zugeordnet.
Vorzugsweise sind beide Speicher vorgesehen. Wie in dem einleitenden
Teil der Beschreibung erläutert
wird, ist durch die modulare Speicherung der Parameter eine Kommunikation
zwischen der I/O-Platine und dem Mainboard dann nicht erforderlich,
falls ein auszuführender
Dienst lediglich einen Parameter betrifft, der in dem Speicher der
I/O-Platine gespeichert ist. Dadurch kann die Geschwindigkeit bei
der Ausführung des
betreffenden Dienstes erhöht
werden. Ferner können
Software-Updates des Mainboards und der I/O-Platine weitgehend unabhängig voneinander ausgeführt werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ferner ein Verfahren
zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Feldgerätes bereitgestellt. Gemäß dem Verfahren
wird nach Erhalt eines Telegramms mit mindestens einer feldbusspezifischen Parameteradresse über einen
Feldbus, an dem das Feldgerät
angeschlossen ist, nachfolgender Schritt in dem Feldgerät automatisiert
ausgeführt:
Anwenden der generischen mathematischen Funktion auf die mindestens
eine erhaltene feldbusspezifische Parameteradresse und Ermitteln
der zugehörigen
geräteinternen
Parameteradresse. In dem Bussystem Profibus® werden
in der Regel azyklische Dienste zum Lesen und Schreiben von Parametern
verwendet, die vorliegende Erfindung ist jedoch auch bei zyklischen
Diensten anwendbar. Durch das Verfahren gemäß der Weiterbildung kann die
zugehörige
geräteinterne
Parameteradresse auf einfache und schnelle Weise erhalten werden.
Die oberhalb in Bezug auf das erfindungsgemäße Feldgerät erläuterten Weiterbildungen sind
dabei in entsprechender Weise auch bei dem Verfahren realisierbar,
wobei jeweils die oberhalb erläuterten
Vorteile erzielt werden können.
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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:
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1:
eine schematische Darstellung eines einfachen Feldbus-Netzwerkes;
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2:
eine schematische Explosionsdarstellung eines modular aufgebauten
Feldgerätes;
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3:
das in 2 dargestellte Feldgerät mit einem schematischen Blockschaltbild
der Elektronik des Mainboards und der I/O- und Netzteilplatine;
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4:
eine schematische Darstellung der Zuordnung von geräteinternen
Parameteradressen zu feldbusspezifischen Parameteradressen in einem Feldgerät gemäß dem Stand
der Technik unter Verwendung einer Mapping-Tabelle;
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5:
eine schematische Darstellung der Zuordnung von geräteinternen
Parameteradressen zu feldbusspezifischen Parameteradressen in einem Feldgerät gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6:
eine Darstellung des Aufbaus eines DS_Read Telegramms; und
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7:
eine Darstellung des Aufbaus eines DS_Write Telegramms.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines einfachen Feldbus-Netzwerkes,
bei dem vier Feldgeräte
FG0, FG1, FG2 und FG3 und eine Steuereinheit SPS an einem Feldbus
F angeschlossen sind. Der Feldbus F arbeitet nach einem der bekannten
Feldbus-Standards von Profibus® (DP, PA oder FMS). Die
Steuereinheit SPS ist ein Profibus-Master, während die Feldgeräte FG0,
FG1, FG2 und FG3 Profibus-Slaves sind. Die Kommunikation zwischen der
Steuereinheit SPS und den Feldgeräten FG0, FG1, FG2 und FG3 erfolgt
nach dem entsprechenden Profibus® Standard.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf 5 ein erfindungsgemäßes Feldgerät 36,
das als Sensor ausgebildet ist, beschrieben. Ferner wird eine Zuordnung
der geräteinternen
Parameteradressen zu den jeweiligen feldbusspezifischen Parameteradressen
in dem Feldgerät 36 unter
Anwendung einer generischen mathematischen Funktion beschrieben. Bei
dem in 5 dargestellten Feldgerät 36 sind vorwiegend
lediglich die für
die Zuordnung der Parameteradressen relevanten Komponenten dargestellt. Der
Aufbau des in 5 dargestellten Feldgerätes 36 kann
dabei dem Aufbau des in den 2 und 3 dargestellten
Sensors 2 entsprechen. Für gleiche Bauteile werden die
gleichen Bezugszeichen wie in den 2 und 3 verwendet.
Bezüglich
des Aufbaus und der Funktionalität
dieser Bauteile wird insbesondere auf den einleitenden Teil der
Beschreibung verwiesen.
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Nachfolgend
wird ein Beispiel erläutert,
in dem über
den Feldbus F, der gemäß dem Bussystem Profibus® ausgebildet
ist, ein Telegramm (von einer nicht dargestellten übergeordneten
Einheit oder einem Bediengerät)
empfangen wird. Das Telegramm betrifft einen Lese- oder Schreibbefehl
eines Parameters des Feldgerätes 36.
Der Aufbau eines Telegramms, durch welches in dem Bussystem Profibus® in
einem azyklischen Dienst „DS_Read" ein Lesebefehl eines
Parameters durch einen Master (Klasse 2) eingeleitet wird, ist beispielhaft
in 6 dargestellt. Der Aufbau eines Telegramms, durch
welches in dem Bussystem Profibus® in
einem azyklischen Dienst „DS_Write" ein Schreibbefehl
eines Parameters durch einen Master (Klasse 2) eingeleitet wird,
ist beispielhaft in 7 dargestellt. Um den zu lesenden oder
zu schreibenden Parameter zu identifizieren, ist dessen feldbusspezifische
Parameteradresse, d. h. dessen „Slot" und „Index", in dem Telegramm angegeben (s. „Slot_Number" und „Index" in den 6 und 7).
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Um
innerhalb des Feldgerätes 36 einen
Zugriff auf den betreffenden Parameter zu ermöglichen, muss dessen geräteinterne
Parameteradresse angegeben werden. Hierzu ist auf dem Mikroprozessor 22 der
I/O- und Netzteilplatine M2 eine Software implementiert, durch die
eine generische mathematische Funktion F(S, I) auf die feldbusspezifische
Parameteradresse angewendet wird. Als Variablen „S" und „I" der generischen mathematischen Funktion
F(S, I) werden dabei der Slot beziehungsweise der Index der in dem
Telegramm enthaltenen feldbusspezifischen Parameteradresse eingesetzt.
Als Ergebnis wird die geräteinterne
Parameteradresse, insbesondere die Koordinaten BlockId und ParameterId
erhalten. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die generische
mathematische Funktion F(S, I) zwei Teilfunktionen F1(S)
und F2(I) auf, wobei folgende Gleichungen
gelten: BlockId = F1(S)
= S + a; (1) ParameterId = F2(I) =
I + b; (2)
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In
dem vorliegenden Beispielfall werden die Koordinatenwerte für BlockId
und ParameterId jeweils durch Addition eines konstanten Offsets
zu dem jeweiligen Slot-Wert (S) beziehungsweise Index-Wert (I) erhalten.
Oftmals sind in dem feldbusspezifischen Parameteradressierungssystem
die ersten Indizes für
die verschiedenen Slots belegt, so dass vorzugsweise der Offset „b" in der Gleichung
(2) negativ gewählt
wird. Ferner kann der Offset „b" im Unterschied zu
Gleichung (2) auch zusätzlich
von dem Slot-Wert „S" abhängig sein.
Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Anzahl der belegten
Parameter in den verschiedenen Slots unterschiedlich ist. Der Offset „a" kann auch „0" sein, so dass die
BlockId jeweils dem Slot-Wert entspricht.
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Betrifft
die geräteinterne
Parameteradresse einen Parameter, der für das Mainboard M1 relevant ist
und in dem Datenspeicher 16 des Mainboards M1 gespeichert
ist, so gibt der Mikroprozessor 22 der I/O- und Netzteilplatine
M2 den erhaltenen Lese- oder Schreibbefehl zusammen mit der geräteinternen
Parameteradresse (BlockId, ParameterId) an den Mikroprozessor 14 des
Mainboards M1 weiter. Der Mikroprozessor 14 kann dann anhand
der geräteinternen
Parameteradresse auf den betreffenden Parameter (z. B. P1, P2 oder
P3 in 5), der in dem Datenspeicher 16 des Mainboards
M1 gespeichert ist, zugreifen und die weiteren, für die Ausführung des
Lese- oder Schreibbefehls
erforderlichen Schritte durchführen.
Betrifft die geräteinterne
Parameteradresse hingegen einen Parameter, der für die I/O- und Netzteilplatine
M2 relevant ist und in dem Datenspeicher 26 der I/O- und
Netzteilplatine M2 gespeichert ist, so wird die geräteinterne
Parameteradresse und der Lese- oder Schreibbefehl nicht an das Mainboard
M1 weitergegeben. Vielmehr wird dann durch den Mikroprozessor 22 der
I/O- und Netzteilplatine M2 auf den betreffenden Parameter (z. B.
P100 oder P101 in 5), der in dem Datenspeicher 26 der
I/O- und Netzteilplatine M2 gespeichert ist, zugegriffen und die
für den
Lese- oder Schreibbefehl erforderlichen Schritte durchgeführt.
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Im
Folgenden wird ein Beispielfall erläutert, in dem ein Software-Update
der Software in dem Mikroprozessor 14 des Mainboards M1
durchgeführt wird.
Im Rahmen dieses Software-Updates wird ein weiterer Parameter „Pneu", der für das Mainboard M1
relevant ist und der dementsprechend in dem Datenspeicher 16 des
Mainboards M1 gespeichert wird, hinzugenommen. Für das Feldgerät 36 wird
aufgrund des Software-Updates eine geänderte „Device Description" (DD) und in der
Regel auch ein geänderter „Device
Type Manager" (DTM)
erstellt. 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. 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).
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Dementsprechend
kann über
die „Device Description" (DD) und/oder den „Device
Type Manager" (DTM)
mittels eines Bedienprogramms die zugehörige feldbusspezifische Parameteradresse
ermittelt werden. Die geräteinterne
Parameteradresse des neu hinzugenommenen Parameters „Pneu" wird dadurch bestimmt,
dass die generische mathematische Funktion, die auch durch die Software
des Mikroprozessors 22 der I/O- und Netzteilplatine M2
angewendet wird, auf die feldbusspezifische Parameteradresse dieses
neuen Parameters „Pneu" angewendet wird.
Der neue Parameter „Pneu" wird in dem Datenspeicher 16 des
Mainboards M1 unter der so ermittelten geräteinternen Parameteradresse
gespeichert. Ein Software-Update der Software, die auf dem Mikroprozessor 22 der
I/O- und Netzteilplatine M2 implementiert ist, ist hierbei nicht
erforderlich. Vielmehr wird durch die in der bisherigen Software
vorgesehene Anwendung der generischen mathematischen Funktion auf
eine erhaltene feldbusspezifische Parameteradresse auch bei dem
neuen Parameter „Pneu" eine korrekte Bestimmung
der geräteinternen Parameteradresse
aus der zugehörigen
feldbusspezifischen Parameteradresse erzielt.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Insbesondere sind in den 2 und 3 nur die
Komponenten des Sensors 2 dargestellt, die für die Beschreibung
des Standes der Technik und der vorliegenden Erfindung relevant
sind. Daneben können
auch noch weitere Komponenten vorgesehen sein. Insbesondere dann,
wenn das betreffende Feldgerät
als 4-Leiter-Gerät
ausgebildet ist, was bedeutet, dass neben der 2-Leiter-Verbindung
für die Kommunikation
eine weitere 2-Leiter-Verbindung für die Versorgung des Feldgerätes mit
elektrischer Leistung vorgesehen ist, kann beispielsweise eine separate
Netzteil-Platine in dem Feldgerät
vorgesehen sein.
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Auch
bei der Zuordnung der geräteinternen Parameteradressen
zu den feldbusspezifischen Parameteradressen mittels der generischen
mathematischen Funktion sind verschiedene Varianten möglich. Im
Unterschied zu den Gleichungen (1) und (2) können beispielsweise mehrere
Blöcke,
d. h. mehrere BlockId, einem Slot gemeinsam zugeordnet sein, und umgekehrt.
Auch ist nicht erforderlich, dass die Steigung in den beiden Teilfunktionen
der Gleichungen (1) und (2) jeweils „1" ist und es sich jeweils um lineare
Funktionen handelt. Ferner kann die generische mathematische Funktion
auch nicht in zwei unabhängige
Teilfunktionen aufteilbar sein.
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Ferner
ist nicht erforderlich, dass in einem Feldgerät sämtliche geräteinterne Parameteradressen
durch eine generische mathematische Funktion aus den zugehörigen feldbusspezifischen
Parameteradressen bestimmbar sind. Vielmehr kann für einen
Teil der Parameter auch eine zweite generische mathematische Funktion
oder auch die in Bezug auf den Stand der Technik erläuterte Mapping-Tabelle eingesetzt
werden.