DE102007054662A1

DE102007054662A1 - Feldgerät

Info

Publication number: DE102007054662A1
Application number: DE102007054662A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr.-Ing. Huck
Original assignee: ABB AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2009-05-28
Also published as: US20090138104A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät (20) eines verteilten Automatisierungssystems zur Steuerung (50) und Überwachung technischer Prozesse (70). Zur Einbindung des Feldgeräts (20) in ein Anlagenverwaltungssystem (60) ist dem Feldgerät (20) ein Wireless Adapter (10) zugeordnet. Der Wireless Adapter (10) ist mit einem Identifikationsmerkmal ausgestattet, das aus dem Identifikationsmerkmal des zugehörigen Feldgeräts (20) und einem generischen Zusatz besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät eines verteilten Automatisierungssystems zur Steuerung und Überwachung technischer Prozesse.
In komplexen und/oder räumlich ausgedehnten verfahrenstechnischen Anlagen sind eine Vielzahl derartiger Feldgeräte zur Steuerung des technischen Prozesses in der verfahrenstechnischen Anlage installiert. Dazu gehören Meßwertaufnehmer für physikalische Größen wie Druck, Temperatur, Durchflußmenge, Konzentration und dergleichen sowie Stellglieder, sogenannte Aktuatoren, zur Betätigung von Ventilen, Klappen, Fördermittel und dergleichen.
Derartige Feldgeräte sind Bestandteil von Regelkreisen und stehen über Kommunikationsnetzwerke in kommunikativer Verbindung mit einer zentralen Steuer- und Regeleinrichtung. Die Feldgeräte sind vor-ort- und fernbedienbar zum Zwecke der Konfiguration, Parametrierung und/oder Diagnose.
Die Kommunikationsnetzwerke werden in der Automatisierungstechnik zum Austausch von messtechnischen Daten genutzt. Bekannt sind drahtgebundene und drahtlose Netzwerke. Drahtgebundene Netzwerke erfordern einen hohen Installations- und Verdrahtungsaufwand. Drahtlose Netzwerke sind dagegen mit wesentlich geringerem Installationsaufwand einfach in Betrieb zu nehmen.
Bedingt durch die Netzwerkstruktur, sind alle Feldgeräte mit dem Feldbusnetzwerk galvanisch verbunden. Eine nur einen Teilnehmer betreffende Störung wirkt sich somit auf das gesamte Netzwerk aus. Die Datenübertragung aller anderen Teilnehmer ist somit ebenfalls nicht mehr möglich, zumindest aber erheblich gestört. Im Extremfall kann die Störung zu erheblichen, irreparablen Schäden führen. Zu den typischen Störungen in verfahrenstechnischen Anlagen zählen insbesondere Kurzschlüsse, Leitungsunterbrechungen, EMV Störungen und Blitzschlag.
Darüber hinaus sind auch bewusste Eingriffe des Betreibers einer automatisierungstechnischen Komponente als Störungen anzusehen. Diese Eingriffe sind beispielsweise zu Wartungszwecken erforderlich und stellen dabei stets ein Risiko für den in der Prozessindustrie geforderten kontinuierlichen Betrieb einer Anlage dar. In besonderem Maße zählen hierzu Erweiterungen des Funktionsumfangs einer automatisierungstechnischen Anlage, wie sie beispielsweise für die Integration von Anlagenverwaltungssystemen erforderlich sind.
Derartige Anlagenverwaltungssysteme dienen zur Sammlung und Aufbereitung von Informationen über den Zustand der peripheren Geräte. Die zentrale Steuerung einer automatisierungstechnischen Anlage ist primär für die Verarbeitung von Prozesswerten ausgelegt und darüber hinaus nicht geeignet, derartige Informationen von analog über eine 0/4...20-mA-Schnittstelle angeschlossenen peripheren Geräten zu beschaffen und bereitzustellen. Dies trifft in gleicher Weise für Prozesssteuerungen mit analoger Informationsübertragung und überlagerter HART-Kommunikation, bei denen die Ein/Ausgabe-Baugruppen zum Anschluss der peripheren Geräte nicht zur HART-Kommunikation ertüchtigt sind, sowie Feldbussystem ohne azyklische Dienste zu. Bei diesen Prozesssteuerungen stehen die zur Anlagenverwaltung benötigten Informationen in der zentralen Steuerung nicht zur Verfügung und sind somit einem überlagerten Anlagenverwaltungssystem nicht zugänglich.
Aus der DE 10 2007 003 196 A1 ist bekannt, dass zu Bereitstellung der Anlagenverwaltungsinformationen HART-fähiger Geräte sogenannte Wireless Adapter eingesetzt werden. Diese werden seriell in den 4...20 mA Kreis eingeschleift, um die gewünschte HART-Information vom Feldgerät abzugreifen. Mit Hilfe des Wireless Adapters lassen sich die so abgegriffenen HART-informationen nun über ein Funknetzwerk zu einem Gateway senden. In dieser Konstellation können die Anlagenverwaltungsinformationen über Funk einem zentralen Anlagenverwaltungssystem zugeführt werden. Die analogen Daten stehen weiterhin über die 4...20 mA Schnittstelle bereit und können auf konventionellem, drahtgebundenem Übertragungswege der zentralen Steuerung zugeführt werden.
Der Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Wireless Adapter sind in den Spezifikationen der HART-Foundation beschrieben.
Ein nachträglicher Einbau der hier beschriebenen Wireless Adapter ist für den Anwender mit hohen Aufwendungen verbunden, da der Adapter als logisch eigenständige Geräteeinheit mit eigener Adresse dargestellt werden muss.
Bei Ausrüstung aller Feldgeräte mit jeweils einem Wireless Adapter ist das zentrale Engineering mit einer Verdopplung der Geräteanzahl durch Hinzufügen neuer Geräte, nämlich der Adpater, belastet.
Die Änderung der Anlagentopologie infolge eines neuen Geräts mit neuer Adresse erfordert oft ein Abschalten der Anlage, da viele Prozessleitsysteme eine solche Rekonfiguration im laufenden Betrieb nicht erlauben.
Darüber hinaus erfordert die Änderung der Anlagentopologie eine komplette Überarbeitung der Dokumentation des zentralen Engineerings, da die eigenständigen Geräte entsprechend dargestellt werden müssen.
Dazu kommen weitere Aufwendungen durch die Inbetriebnahme und den Service einer logisch unabhängigen Geräteeinheit im Feld sowie der Dokumentation eines logisch unabhängigen Feldgerätes in der Feldgerätedokumentation.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Feldgerät anzugeben, dem ein Wireless Adapter ohne Änderung der Anlagentopologie zuordenbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Darüber hinaus sind im Patentanspruch 2 die Schritte zur Inbetriebnahme des Wireless Adapters angegeben.
Die Erfindung geht von einem Feldgerät aus, das in einem drahtgebundenen Kommunikationsnetz durch ein eindeutiges Identifikationsmerkmal von anderen Einrichtungen desselben Kommunikationsnetzes zweifelsfrei unterscheidbar ist.
Der Kern der Erfindung besteht darin, den Wireless Adapter mit einem Identifikationsmerkmal auszustatten, das aus dem Identifikationsmerkmal des zugehörigen Feldgeräts und einem generischen Zusatz besteht. Dadurch gelingt es, den Wireless Adapter administrativ von seinem Feldgerät zu unterscheiden, wobei der Wireless Adapter das ihm zugeordnete Feldgerät im drahtgebundenen Kommunikationsnetz unter derselben Adresse transparent repräsentiert.
Unter Bezugnahme auf die einzige Figur ist ausgehend von einem Feldgerät 20 eines verteilten Automatisierungssystems zur Steuerung und Überwachung technischer Prozesse 70 zur Einbindung dieses Feldgeräts 20 in ein Anlagenverwaltungssystem 60 diesem Feldgerät 20 ein Wireless Adapter 10 zugeordnet.
Das Feldgerät 10 ist über ein drahtgebundenes Kommunikationsnetz 30 Punkt-zu-Punkt mit einer zentralen Steuerungeinrichtung 50 zur Steuerung und Überwachung eines technischen Prozesses 70 verbunden. Dabei ist das Feldgerät 10 in dem drahtgebundenen Kommunikationsnetz 30 durch ein eindeutiges Identifikationsmerkmal von anderen Einrichtungen desselben Kommunikationsnetzes 30 zweifelsfrei unterscheidbar.
Der Adaper 10 weist eine erste Schnittstelle 11 zur drahtlosen Kommunikation über ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk 40 und eine zweite Schnittstelle 12 zur drahtgebundenen Punkt-zu-Punkt Kommunikation zwischen dem Adapter 10 und dem analogen Feldgerät 20 auf.
Über das drahtlose Kommunikationsnetzwerk 40 ist der Wireless Adapter 10 mit einem Anlagenverwaltungssystem 60 verbunden, in dem Informationen über den Zustand der peripheren Geräte, insbesondere das Feldgerät 20 gesammelt werden.
Der Wireless Adapter 10 ist über seine zweite Schnittstelle 12 mit dem drahtgebundenen Kommunikationsnetz 30 zwischen dem Feldgerät 20 und der zentralen Steuerung 50 verbunden.
Darüber hinaus weist der Wireless Adapter 10 einen ersten lokalen Speicher 13 zum Spiegeln/Puffern der zeitkritischer Gerätedaten aus der Punkt-zu-Punkt Kommunikation über die zweite Schnittstelle 12 und einen zweiten lokalen Speicher 14 für die zum Aufbau des drahtlosen Netzwerk 40 benötigten Daten auf. Weiterhin ist der Wireless Adapter 10 mit Verarbeitungseinrichtung 15 ausgestattet, die zur parallelen Kommunikation über die erste und die zweite Schnittstelle 11 und 12 sowie zur vollständigen Repräsentanz des ihm unterlagerten, analogen Feldgerätes 20 im drahtlosen Netzwerk 40. Dabei werden zeitkritische Daten unmittelbar aus dem Puffer bereit gestellt und nicht zeitkritische Daten über einen transparenten Modus aus dem unterlagerten Feldgerät 20 über die zweite Schnittstelle 12 abgerufen. Schließlich ist vorgesehen, dass der Wireless Adapter 10 eine generische Gerätebeschreibung seiner Funktionsmerkmale aufweist.
Der Wireless Adapter 10 ist im drahtlosen Netzwerk 40 durch ein eindeutiges Identifikationsmerkmal gekennzeichnet, das sich aus Teilen der Adresse des unterlagerten Feldgerätes 20 und einer spezifischen Erweiterungen für die drahtlose Kommunikation zusammensetzt.
Während der Initialisierung des Wireless Adapters 10 wird zunächst die Adresse des unterlagerten Feldgerätes 20 ermittelt. Dazu wird eine Punkt-zu-Punkt Kommunikation mit dem Feldgerät 20 aufgebaut und die Adresse des unterlagerten Feldgerätes 20 ausgelesen. Die Adresse des unterlagerten Feldgerätes 20 wird um die spezifische Erweiterungen für die drahtlose Kommunikation ergänzt und als generisches Identifikationsmerkmal des Wireless Adapters 10 abgespeichert.
Im weiteren wird der zweite lokale Speicher 14 mit für die drahtlose Kommunikation benötigten Daten befüllt und in den ersten lokalen Speicher 13 die zeitkritischen Daten aus der Punkt-zu-Punkt Kommunikation abgelegt.
Anschließend wird die drahtlose Kommunikation mit dem Anlagenverwaltungssystem 60 aufgebaut. Über das drahtlose Kommunikationsnetzwerk 40 werden die Daten aus dem zweiten lokalen Speicher übertragen.
Im drahtgebundenen Kommunikationsnetz 30 repräsentiert der Wireless Adapter 10 das unterlagerte Feldgerät 10 gegenüber der Steuerung 50, wobei die zeitkritischen Gerätedaten aus der Punkt-zu-Punkt Kommunikation unmittelbar aus dem Puffer bereit gestellt werden.
Zur vollständigen Repräsentanz des ihm unterlagerten, analogen Feldgerätes 20 im drahtlosen Netzwerk 40, werden zeitkritische Daten unmittelbar aus dem Puffer bereitgestellt und nicht zeitkritische Daten über einen transparenten Modus aus dem unterlagerten Feldgerät 20 über die zweite Schnittstelle 12 abgerufen.

10: Wireless Adapter
11: Erste Schnittstelle
12: Zweite Schnittstelle
13, 14: Speicher
15: Verarbeitungseinrichtung
20: Feldgerät
30: Drahtgebundenes Kommunikationsnetzwerk
40: Drahtloses Kommunikationsnetzwerk
50: Steuerung
60: Anlagenverwaltungssystem
70: Prozess

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102007003196 A1 [0008]

Claims

Feldgerät (20) mit einem Wireless Adapter (10) zur drahtlosen Kommunikation, wobei der Adapter (10) durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet ist – eine erste Schnittstelle (11) zur drahtlosen Kommunikation über ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk (40), – für die erste Schnittstelle (11) eine generischen Adresse die sich aus Teilen der Adresse des unterlagerten Feldgerätes (20) und einer spezifischen Erweiterungen für die drahtlose Kommunikation zusammensetzt, – eine zweite Schnittstelle (12) zur drahtgebundenen Punkt-zu-Punkt Kommunikation zwischen dem Adapter (10) und dem analogen Feldgerät (20), – einen ersten lokaler Speicher (13) zum Spiegeln/Puffern der zeitkritischer Gerätedaten aus der Punkt-zu-Punkt Kommunikation über die zweite Schnittstelle (12), – einen zweiten lokaler Speicher (14) für die zum Aufbau des drahtlosen Netzwerk (40) benötigten Daten, – eine Verarbeitungseinrichtung (15) zur parallelen Kommunikation über die erste und die zweite Schnittstelle (11, 12), – eine Verarbeitungseinrichtung (15) zur vollständige Repräsentanz des ihm unterlagerten, analogen Feldgerätes (20) im drahtlosen Netzwerk (40), wobei zeitkritische Daten unmittelbar aus dem Puffer bereit gestellt werden und nicht zeitkritische Daten über einen transparenten Modus aus dem unterlagerten Feldgerät (20) über die zweite Schnittstelle (12) abgerufen werden und – eine generische Gerätebeschreibung der Funktionsmerkmale des Adapters (10).
Verfahren zur Inbetriebnahme eines Feldgeräts (20) mit einem Wireless Adapter (10) gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – selbständiger Aufbau der Punkt-zu-Punkt Kommunikation mit dem Feldgerät (20), – Auslesen der Adresse des unterlagerten Feldgerätes (20) und Speichern der zusammengesetzten, generischen Adresse, – Befüllen des zweiten lokalen Speichers (14) mit für die drahtlose Kommunikation benötigten Daten, – Befüllen des ersten lokalen Speichers (13) mit zeitkritischen Daten aus der Punkt-zu-Punkt Kommunikation und – Aufbau der drahtlosen Kommunikation.