DE102007054925B4

DE102007054925B4 - Verfahren zur Überwachung eines Netzwerkes der Prozessautomatisierungstechnik

Info

Publication number: DE102007054925B4
Application number: DE102007054925.5A
Authority: DE
Inventors: Dr. Thoren Werner; Jörg Reinkensmeier; Dr. Kaiser Ulrich
Original assignee: Endress and Hauser Process Solutions AG
Current assignee: Endress and Hauser Process Solutions AG
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2027-11-16
Also published as: DE102007054925A1; US20100204959A1; US9077620B2; WO2008125526A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung eines Netzwerkes der Prozessautomatisierungstechnik das mehrere Feldgeräte (F1, F2, F3, F4), die über einen Feldbus (FB) mit einer übergeordneten Einheit (RE) verbunden sind, aufweist, wobei in der übergeordneten Einheit (RE) eine Anlagenüberwachungsanwendung abläuft, in die Feldgeräte über Gerätebeschreibungen integriert werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a. Erstellung einer Netzwerkbeschreibung, die einer Gerätebeschreibung für Feldgeräte entspricht, für eine Netzwerkanwendung, die das Netzwerk (KN, FN, TN) analysiert und Zustandsinformationen des Netzwerkes (KN, FN, TN) generiert
b. Integration einer Netzwerkanwendung in die Anlagenüberwachungsanwendung über die Netzwerkbeschreibung
c. Kommunikation der Anlagenüberwachungsanwendung mit der Netzwerkanwendung, die in einer Komponente des Netzwerkes (KN, FN, TN) abläuft
d. Ausgabe von Zustandsinformationen des Netzwerkes (KN, FN, TN) über die Anlagenüberwachungsanwendung

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Netzwerkes der Prozessautomatisierungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Massedurchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte etc., die als Sensoren die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck bzw. Temperatur erfassen.
Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, die zum Beispiel als Ventile den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt oder als Pumpen den Füllstand in einem Behälter beeinflussen. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firmengruppe Endress+Hauser hergestellt und vertrieben.
In der Regel sind Feldgeräte in modernen automatisierungstechnischen Anlagen über Kommunikationssysteme, HART, Profibus, Foundation Fieldbus etc. mit übergeordneten Einheiten (z.B. Leitsysteme bzw. Steuereinheiten) verbunden. Diese übergeordneten Einheiten können zur Anlagensteuerung, Prozessvisualisierung, Anlagenüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte dienen. Zur Bedienung von Feldgeräten sind entsprechende Bedienprogramme notwendig. Diese Bedienprogramme, die meist auch als Anlagenüberwachungsanwendungen (Asset-Management-Systeme) fungieren, können eigenständig in einer übergeordneten Einheit ablaufen (FieldCare, Endress+Hauser; Pactware; AMS, Emerson; Simatic PDM, Siemens) oder aber auch in Leitsystemanwendungen (Simatic S7, Siemens; ABB Symphony, DeltaV, Emerson) integriert sein. In der Regel erfolgt die Integration von Feldgeräten in übergeordneter Einheit mit Hilfe von so genannten Gerätebeschreibungen. Derartige Gerätebeschreibungen existieren für die Kommunikationssysteme HART, Profibus, Foundation Fieldbus.
Seit kurzem sind Feldgeräte bekannt, die nicht mehr drahtgebunden, sondern drahtlos, mit übergeordneten Einheiten kommunizieren. Meist erfolgt die Kommunikation mit den übergeordneten Einheiten nicht ausschließlich drahtlos. In der Regel kommunizieren die Feldgeräte drahtlos mit einem Gateway, das an eine schnelles kabelgebundenes Datennetz (z.B. Ethernet) angeschlossen ist.
Bei den Funknetzwerken kann es sich zum Beispiel um selbst organisierende Netzwerke handeln, die als MESH-Netzwerke ausgelegt sind. Bei derartigen Netzwerken ist der Kommunikationsweg zwischen Sender und Empfänger relativ flexibel. Ist z. B. die Funkverbindung zwischen zwei Teilnehmern des Netzwerkes kurzfristig gestört, so werden die Daten über andere Teilnehmer des Funknetzwerkes weitergeleitet.
Für die Anlagensicherheit ist die Qualität der Datenübertragung in den Netzwerken eine wichtige Größe. Deshalb sind Netzwerkanalysatoren , die die für die Kommunikation im Netzwerk relevanten Parameter wie Hoppings, Retries bzw. die Verbindungsqualität überwachen, bereits bekannt. Bei diesen Netzwerkanalysatoren handelt es sich um separate Einheiten, wobei die gewonnenen Informationen nur an diesen angezeigt bzw. in diesen gespeichert werden können.
Eine einfache und sichere Anlagenüberwachung ist mit dem bekannten Netzwerkanalysatoren nicht möglich.
Die DE 102 01 021 A1 beschreibt ein Verfahren, in welchem Identifikationen von Feldgeräten und instandhaltungsrelevante Informationen sowohl in einer herstellerseitigen, als auch einer kundenseitigen Datenbank gespeichert werden, wobei die instandhaltungsrelevanten Informationen anschließend von beiden Datenbanken kombiniert ausgelesen werden.
Die DE 101 47 706 A1 offenbart ein Verfahren zum Bedienen eines Feldgerätes mittels einer graphischen Bedienoberfläche und einer Gerätebeschreibungsdatei für das Feldgerät, wobei die Gerätebeschreibungsdatei zwei Komponenten, eine Datenkomponente und eine Darstellungskomponente umfasst, die dynamisch zur Laufzeit zusammen als graphische Bedienoberfläche in einem Browser geladen werden.
Die WO 2003 / 056 423 A1 umfasst ein automatisiertes Verfahren zum Erzeugen von Programmodulen zur Steuerung von Feldgeräten aus einer maschinenlesbaren parametrisierten Beschreibung der Feldgeräte, die auf einer Steuerungseinheit zur Steuerung der Feldgeräte verwendet wird.
Die EP 0 879 444 B1 umfasst ein Verfahren, in welchem ein herkömmliches Feldgerät zur Kommunikation in ein System intelligenter Feldgeräte eingebunden wird.
Aufgabe dieser Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Überwachung eines Netzwerkes der Prozessautomatisierungstechnik anzugeben, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist, das insbesondere mit herkömmlichen Anlagenüberwachungsanwendungen durchgeführt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dem Netzwerk eine Netzwerkbeschreibung zuzuordnen, die einer herkömmlichen Gerätebeschreibung für Feldgeräte entspricht. Zur Überwachung des Netzwerkes ist eine Netzwerkanwendung vorgesehen, die in einer Komponente des Netzwerkes abläuft und die das Netzwerk im Hinblick auf die Qualität der Datenübertragung entsprechend analysiert. Über die Netzwerkbeschreibung kann die Netzwerkanwendung in einfacher Weise in eine Anlagenüberwachungsanwendung, die in einer übergeordneten Einheit abläuft, integriert werden. Damit kann die Anlagenüberwachungsanwendung mit der Netzwerkanwendung kommunizieren, d. h. Daten abrufen bzw. Daten schreiben.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Netzwerkbeschreibung eine ausführbare Gerätebeschreibung, die z.B. einem DTM (Device Type Manager) gemäß den FDT-Spezifikationen entspricht.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Netzwerkbeschreibung eine interpreterbasierte Gerätebeschreibung.
Weiterhin wird beansprucht, dass die Netzwerkanwendung die Robustheit des Netzwerkes bzw. das Zeitverhalten des Netzwerkes analysiert.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Netzwerkanwendung in einem Gateway, in einem Netzwerkknoten oder in einer separaten Rechnereinheit ablaufen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung lässt sich die Netzwerkanwendung in einfacher Weise mit Hilfe der Netzwerkbeschreibung von einer übergeordneten Einheit aus bedienen d. h. insbesondere parametrieren bzw. konfigurieren.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, ein Netzwerk mit mehreren Feldgeräten und deren Kommunikationsverbindungen als eine Einheit zu betrachten und für diese Einheit eine Netzwerkbeschreibung (Gerätebeschreibung) zu erstellen, die die Funktionalität des Netzwerkes, insbesondere von einer die Qualität des Netzwerks überwachenden Netzwerkanalyseanwendung, beschreibt.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:

1 herkömmliche Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik in schematischer Darstellung
2 Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik mit einem Funknetzwerk
3 Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik mit einem TCP/IP-basierten Netzwerk
4 Feldgerät in schematischer Darstellung

In 1 ist ein Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik für eine automatisierungstechnische Anlage mit einem kabelgebundenen Netzwerk KN dargestellt. Vier Feldgeräte F1, F2, F3 und F4 kommunizieren über einen Feldbus FB mit einer Steuereinheit SE. Die Steuereinheit SE ist für die Prozesssteuerung zuständig. Mit dem Feldbus FB ist außerdem über ein Gateway G eine Rechnereinheit RE als übergeordnete Einheit verbunden, die z.B. Anlagenüberwachung insbesondere zur Visualisierung der automatisierungstechnische Anlage dient. Die Steuereinheit SE ermittelt aufgrund von aktuellen Messwerten der Sensoren entsprechende Steuersignale für die als Aktoren arbeitenden Feldgeräte. Bei dem Feldbus FB kann es sich zum Beispiel um einen Profibus PA handeln.
In 2 ist ein Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik mit einem Funknetzwerk FN dargestellt. Das Funknetzwerk FN umfasst mehrere Feldgeräte F1-F4 sowie ein Gateway G1. Das Gateway G1 ist über einen herkömmlichen Feldbus FB mit einer Steuereinheit SE und einer Rechnereinheit RE verbunden. Diese Steuereinheit SE bzw. die Rechnereinheit RE entspricht der Steuereinheit SE bzw. Rechnereinheit RE aus 1.
Bei dem Funknetzwerk FN kann es sich um ein Netzwerk in MESH-Technologie handeln. Dabei sind die Datenübertragungswege zwischen den Feldgeräten F1-F4 und dem Gateway G1 nicht fest vorgegeben. Das Feldgerät F1 kann zum Beispiel direkt mit dem Gateway G1 kommunizieren oder aber im Extremfall über die Feldgeräte F2, F3 und F4. Je nach dem ob bei der Datenübertragung „Umwege“ in Kauf genommen werden müssen, kann sich die Datenübertragung dabei entsprechend verzögern.
In 3 ist ein Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik mit einem TCP/IPbasierten Netzwerk TN dargestellt. Auch hier sind vier Feldgeräte F1-F4 mit einem Gateway G2 über das Netzwerk TN verbunden. In 3 ist das Gateway G2 ebenfalls wie in 2 mit der Steuereinheit SE und der Rechnereinheit RE über den Feldbus FB verbunden. Bei dem TCP/IP-basierten Netzwerk TN handelt es sich um ein nicht deterministisches Netzwerk, weil bei der Datenübertragung Kollisionen auftreten können bzw. Umwege notwendig werden, oder Mehrfachversuche (Retries) bei der Datenübertragung notwendig werden.
In 4 ist ein Feldgerät, zum Beispiel das Feldgerät F1, schematisch dargestellt. Es weist einen Messaufnehmer MA auf, der zur Erfassung einer Prozessvariablen dient. Das vom Messaufnehmer MA gelieferte analoge Messsignal wird in einem Analog-Digital-Wandler A/D digitalisiert und an einen Mikrocontroller µC weitergeleitet. Im Mikrocontroller µC wird das Messsignal verarbeitet und in einen Messwert umgewandelt. Über eine entsprechend ausgebildete Kommunikationseinheit KE, die ebenfalls mit dem Mikrocontroller µC verbunden ist, kann das Feldgerät F1 entweder über den Feldbus FB oder über eines der beiden Netzwerke FN bzw. TN kommunizieren. Für die Kommunikation über den Feldbus FB wird eine Feldbusschnittstelle benötigt. Für die Kommunikation über ein Funknetzwerk eine entsprechende Funkschnittstelle bzw. über ein TCP/IP-basiertes Netzwerk z.B. eine Ethernet-Schnittstelle.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. In der Rechnereinheit RE als übergeordneten Einheit läuft eine herkömmliche Anlagenüberwachungsanwendung ab. Die Anlagenüberwachungsanwendung dient dazu, die automatisierungstechnische Anlage insbesondere die Funktionen der Feldgeräte F1-F4 zu überwachen. Treten Fehlfunktionen bei Feldgeräten F1-F4 auf, so werden diese dem Anwender über die Anlagenüberwachungsanwendung an der Rechnereinheit RE dargestellt. Die Feldgeräte F1-F4 werden in üblicher Weise über Gerätebeschreibungen in die Anlagenüberwachungsanwendung integriert. Erfindungsgemäß wird in einem ersten Verfahrensschritt eine Netzwerkbeschreibung, die einer Gerätebeschreibung für Feldgeräte entspricht, für das Netzwerk KN, FN bzw. TN insbesondere für eine Netzwerkanwendung die das Netzwerk KN, FN bzw. TN analysiert und die Zustandsinformationen für das Netzwerk KN, FN, TN generiert, erstellt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird die Netzwerkanwendung mit Hilfe der Netzwerkbeschreibung in die Anlagenüberwachungsanwendung integriert. Mit Hilfe der Netzwerkbeschreibung wird der Anlagenüberwachungsanwendung die gesamte Funktionalität des Netzwerkes KN, FN bzw. TN bekannt gemacht. Über die Netzwerkbeschreibung ist eine einfache Kommunikation der Anlagenüberwachungsanwendung mit der in einer Komponente des Netzwerkes KN, FN bzw. TN z. B. dem Gateway G, G1 bzw. G2 ablaufenden Netzwerkanwendung möglich. Diese Netzwerkanwendung dient im Wesentlichen dazu, das Netzwerk KN, FN bzw. TN auf seine einwandfreie Funktion hin zu analysieren. Entsprechende Zustandsinformationen des Netzwerkes werden von der Netzwerkanwendung an die Anlagenüberwachungsanwendung übertragen und an der Rechnereinheit RE dargestellt.
Bei der Netzwerkbeschreibung kann es sich zum Beispiel um eine ausführbare Gerätebeschreibung entsprechend den FDT-Spezifikationen handeln. Solche Gerätebeschreibungen werden auch als DTM (Device Type Manager) bezeichnet.
Alternativ kann die Netzwerkbeschreibung eine interpreterbasierte Gerätebeschreibung wie zum Beispiel eine Device Description (DD) bzw. eine Elektronic Device Description (EDD) sein. Mit Hilfe der Netzwerkanwendung kann zum Beispiel die Robustheit des Netzwerkes KN, FN bzw. TN analysiert werden.
Weiterhin ist es möglich, mit der Netzwerkanwendung auch das Zeitverhalten der Datenübertragung im Netzwerk KN, FN bzw. TN zu analysieren.
Die Netzwerkanwendung kann auch in einer mit dem Feldbus FB verbundenen separaten Rechnereinheit ablaufen. Die Netzwerkanwendung kann außerdem auch in einem weiteren Netzwerkknoten der Netzwerke KN, FN bzw. TN vorgesehen sein.
Über die Netzwerkbeschreibung kann die Netzwerkanwendung von der Rechnereinheit RE mit Hilfe der Anlagenüberwachungsanwendung leicht parametriert und konfiguriert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es erstmalig nicht nur einzelne Feldgeräte als „Assets“ in einer übergeordneten Einheit zu überwachen und zu verwalten, sondern ein ganzes Netzwerk von mehreren Feldgeräten.
Als Anlagenüberwachungsanwendung kann ein herkömmliches Asset-Management-System verwendet werden, das eigenständig abläuft oder in ein Leitsystem integriert ist.

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Netzwerkes der Prozessautomatisierungstechnik das mehrere Feldgeräte (F1, F2, F3, F4), die über einen Feldbus (FB) mit einer übergeordneten Einheit (RE) verbunden sind, aufweist, wobei in der übergeordneten Einheit (RE) eine Anlagenüberwachungsanwendung abläuft, in die Feldgeräte über Gerätebeschreibungen integriert werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a. Erstellung einer Netzwerkbeschreibung, die einer Gerätebeschreibung für Feldgeräte entspricht, für eine Netzwerkanwendung, die das Netzwerk (KN, FN, TN) analysiert und Zustandsinformationen des Netzwerkes (KN, FN, TN) generiert b. Integration einer Netzwerkanwendung in die Anlagenüberwachungsanwendung über die Netzwerkbeschreibung c. Kommunikation der Anlagenüberwachungsanwendung mit der Netzwerkanwendung, die in einer Komponente des Netzwerkes (KN, FN, TN) abläuft d. Ausgabe von Zustandsinformationen des Netzwerkes (KN, FN, TN) über die Anlagenüberwachungsanwendung
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerätebeschreibung eine ausführbare Gerätebeschreibung (DTM device type manager) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerätebeschreibung eine interpreterbasierte Gerätebeschreibung (device description DD, electronic device description EDD) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerkanwendung die Robustheit des Netzwerks (KN, FN, TN) analysiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerkanwendung das Zeitverhalten des Netzwerks (KN, FN, TN) analysiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerkanwendung in einem Gateway (G, G1, G2), in einem Netzwerkknoten oder in einer separaten Rechnereinheit abläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerkanwendung über die Netzwerkbeschreibung von der übergeordneten Einheit (RE) parametriert und konfiguriert wird.