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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Integration von
Geräteobjekten
bzw. Gerätemanagern
in ein objektbasiertes Managementsystem bzw. Konfigurationssystem
für Feldgeräte in der
Automatisierungstechnik.
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In
der Prozess- ebenso wie in der Fabrikautomatisierungstechnik werden
vielfach Feldgeräte eingesetzt,
die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen dienen.
Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen
Messgeräte,
wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck-
und Temperaturmessgeräte,
pH-Messgeräte,
Leitfähigkeitsmessgeräte, usw.,
welche die entsprechenden Prozessgrößen Füllstand, Durchfluss, Druck,
Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit
erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktoren verwendet,
wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die z. B. der Durchfluss
einer Flüssigkeit
in einer Rohrleitung oder der Füllstand
eines Mediums in einem Behälter
geändert
wird. Als Feldgeräte
werden im Prinzip alle Geräte
bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen
liefern oder verarbeiten. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird
von der Firmengruppe Endress + Hauser angeboten und vertrieben.
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In
modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Bussysteme,
wie beispielsweise über
Profibus®,
Foundation Fieldbus® oder HART® mit
zumindest einer übergeordneten
Einheit verbunden. Normalerweise handelt es sich bei der übergeordneten
Einheit um ein Leitsystem oder eine Steuereinheit, wie beispielsweise
eine SPS, eine speicherprogrammierbare Steuerung, oder ein PLC,
ein Programmable Logic Controller. Die übergeordnete Einheit dient
zur Prozesssteuerung, zur Prozessvisualisierung, zur Prozessüberwachung
sowie zur Inbetriebnahme und Bedienung der Feldgeräte. Programme,
die auf übergeordneten
Einheiten eigenständig ablaufen,
sind beispielsweise das Bedientool FieldCare der Firmengruppe Endress
+ Hauser, das Bedientool Pactware, das Bedientool AMS von Fisher-Rosemount oder das
Bedientool PDM von Siemens. Bedientools, die in Leitsystem-Anwendungen integriert
sind, sind das PCS7 von Siemens, das Symphony von ABB und das Delta
V von Emerson.
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Die
Integration von Feldgeräten
in objektbasierte Konfigurations- oder Managementsysteme erfolgt über Gerätebeschreibungen,
die dafür
sorgen, dass die übergeordneten
Einheiten die von den Feldgeräten
gelieferten Daten erkennen und interpretieren können. Bereit gestellt werden
die Gerätebeschreibungen
für jeden
Feldgerätetyp
bzw. für
jeden Feldgerätetyp
in unterschiedlichen Anwendungen von dem jeweiligen Gerätehersteller.
Damit die Feldgeräte
in unterschiedlichen Feldbussysteme integriert werden können, ist
weiterhin zu beachten, dass unterschiedliche Gerätebeschreibungen für die unterschiedlichen
Feldbussysteme erstellt werden müssen.
So gibt es z. B. HART-, Fieldbus Foundation- und Profibus-Gerätebeschreibungen.
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Um
eine einheitliche Beschreibung für
die Feldgeräte
zu schaffen, haben die Fieldbus Foundation (FF), die HART Communication
Foundation (HCF) und die Profibus Nutzerorganisation (PNO) eine
einheitliche elektronische Gerätebeschreibung (Electronic
Device Description EDD) erstellt; diese ist in der Norm IEC 61804-2
definiert.
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Für eine vollumfängliche
Bedienung der Feldgeräte
sind seit kurzem spezielle Gerätebeschreibungen,
so genannte DTMs – Device
Type Manager oder Gerätemanager – erhältlich,
die den FDT – Field
Device Tool – Spezifikationen
entsprechen. Die als Industriestandard geltende FDT-Spezifikation wurde
von der PNO – Profibus
Nutzer Organisation – in
Zusammenarbeit mit dem ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik-
und Elektroindustrie – entwickelt.
Die jeweils aktuelle FDT-Spezifikation ist über den ZVEI bzw. die PNO bzw.
die FDT-Group erhältlich.
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Viele
Feldgerätehersteller
liefern bereits mit ihren Feldgeräten die entsprechenden DTMs
aus. Die DTMs umfassen alle gerätespezifischen
Daten, Funktionen und Betriebsregeln, wie z. B. die Gerätestruktur,
vorhandene Kommunikationsmöglichkeiten und
die grafische Benutzeroberfläche,
sprich die GUI, für
ein bestimmtes Feldgerät
oder für
eine bestimmte Feldgeräte-Familie.
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Als
Laufzeitumgebung benötigen
die DTMs eine Rahmenapplikation, hier den FDT-Frame. Die Rahmenapplikation
und die entsprechenden DTMs erlauben einen sehr komfortablen Zugriff
auf Feldgeräte,
z. B. auf Geräteparameter,
auf Messwerte, Diagnoseinformation, Statusinformation, etc., sowie
den Aufruf von speziellen Funktionen, die einzelnen DTMs zur Verfügung stehen.
Rahmenapplikation und DTMs bilden zusammen ein komponentenbasiertes Management-
oder Konfigurationssystem für
Feldgeräte.
Damit die DTMs von verschiedenen Herstellern in der Rahmenapplikation
korrekt funktionieren, müssen
die Schnittstellen zur Rahmenapplikation und zu den übrigen DTMs
klar definiert werden. Diese Schnittstellendefinition verbirgt sich
hinter der Abkürzung
FDT. Die FDT-Technologie vereinheitlicht die Kommunikationsschnittstelle
zwischen Feldgeräten und übergeordneter
Einheit. Das besondere an dieser Technologie ist, dass sie unabhängig vom
eingesetzten Kommunikations-protokoll sowie von der jeweiligen Software-Umgebung sowohl des
Feldgeräts als
auch des übergeordneten
Systems funktioniert. FDT ermöglicht
es, beliebige Feldgeräte über beliebige übergeordnete
Systeme mit beliebigen Protokollen anzusprechen. Ein bekannter FDT-Frame
ist, wie bereits erwähnt,
FieldCare, ein Produkt der Firmengruppe Endress + Hauser.
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Bietet
ein Hersteller eine Vielzahl von Feldgerätetypen bzw. Feldgerätetypen
in verschiedenen Anwendungen in seinem Produkt-Portfolio an, so
bilden die DTMs eine mehr oder weniger große DTM-Bibliothek oder DTM
Library. Üblicherweise sind
diese DTM-Bibliotheken so umfangreich, dass die entsprechenden Daten
auf mehreren CDs gespeichert werden müssen. Hiermit verbunden sind
einige wesentliche Nachteile:
- 1. Um bei einer
neuen Ausgabe der Bibliothek die DTMs auf eine FDT-Rahmenapplikation
zu laden, werden üblicherweise
Installationszeiten bis zu mehreren Stunden benötigt.
- 2. Um die Neuauflage einer DTM-Bibliothek zu Testzwecken in
eine FDT-Rahmenapplikation
einzubinden, sind gleichfalls zeitaufwändige Installationen erforderlich,
da zuerst die bereits existierenden DTMs gelöscht werden und durch die verbesserte
neue Version ersetzt werden müssen. Gelingt
die Neu-Installation
nicht, so muss die ursprüngliche
Version zeitaufwändig
reinstalliert werden.
- 3. Entwickler von DTM-Bibliotheken müssen im Vorfeld einer Installation üblicherweise
eine Vielzahl von Tests mit Zwischenversionen der DTMs durchführen. Auch
hier wirken sich die zeitaufwändigen
Installationen nachteilig aus.
- 4. Üblicherweise
werden bei jeder Installation der DTM-Bibliothek Änderungen
am Betriebssystem, auf dem die Rahmenapplikation und die DTM Bibliothek
gespeichert sind, durchgeführt.
Diese Änderungen
bleiben auch nach einer DE-Installation erhalten.
- 5. Eine schnelle Konfiguration der Feldgeräte ist nicht möglich, da
hierzu stets zuerst die DTM-Bibliothek installiert werden muss.
Dies ist besonders hinderlich, wenn ein Anwender lediglich ein neues
Feldgerät
in seine Anlage implementieren möchte
und die für
den korrekten Betrieb des Feldgeräts notwendige Parametrierung
durchführen
muss. Die Zeit für
das Laden der aktualisierten DTM-Bibliothek übersteigt die Zeit für das Parametrieren
des Feldgeräts
um ein Vielfaches.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen,
mit dem die Integration bzw. die Installation einer DTM-Bibliothek
mit einer Vielzahl von Geräteobjekten
in ein objektbasiertes Managementsystem erheblich vereinfacht wird.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die folgenden Verfahrensschritte
aufweist:
- – die
jeweils aktuellen Geräteobjekte
bzw. die aktuelle Version einer Geräteobjekte-Bibliothek werden
auf einem physikalischen Speichermedium gespeichert;
- – das
physikalische Speichermedium wird mit einer Kontroll-/Anzeigeeinheit
verbunden, auf der ein vorgegebenes Betriebssystem läuft, in
das eine Rahmenapplikation für
die Geräteobjekte eingebunden
ist;
- – ein
Programm wird aktiviert, das die auf dem physikalischen Speichermedium
gespeicherten aktuellen Geräteobjekte
zumindest teilweise auf der Anzeigeeinheit zugänglich macht, sobald das Speichermedium
mit der Kontroll-/Anzeigeeinheit verbunden wird;
- – automatisch
oder manuell wird ein Dialog gestartet, mit dem das Bedienpersonal
eine ausgewählte
Anzahl von Geräteobjekten
aufrufen und über
das aktuelle Geräteobjekt
bzw. die aktuellen Geräteobjekte
das entsprechende Feldgerät
bzw. die entsprechenden Feldgeräte
bedienen kann.
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Der
wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu
sehen, dass für
die Installation von Geräteobjekt-Bibliotheken,
für die Integration
von aktualisierten Geräteobjekten
in eine bestehende Geräteobjekt-Bibliothek
und nachfolgend für die
Wartung der Feldgeräte,
der stets die aktualisierte Version eines Geräteobjekts zur Verfügung stehen soll,
viel Zeit eingespart wird. Während
bei den bekannten Lösungen
des Standes der Technik stets zeitaufwändig ein Überspielen der Geräteobjekt-Bibliothek
und ggf. vorab ein Löschen
bereits vorhandener Geräteobjekte
auf einem Rechner erfolgen muss, kann der Nutzer bei Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ohne Zeiterzögerung
direkt auf die aktuellen Geräteobjekte
zugreifen und das entsprechende Feldgerät unmittelbar über das zugehörige aktuelle
Geräteobjekt
bedienen. Unter dem Begriff 'Bedienen' ist insbesondere
eine Parametrierung oder eine Kalibrierung des Feldgeräts zu verstehen.
Allgemein lässt
sich sagen, dass dem Nutzer über
das erfindungsgemäße Verfahren
quasi eine virtuelle Festplatte mit den aktuellen Geräteobjekten
zur Verfügung
gestellt wird.
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Weitere
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind darüber
hinaus die folgenden:
- – Die in der übergeordneten
Einheit – sei
dies beispielsweise ein Bedientool wie FieldCare oder das Leitsystem – gespeicherte
Version der Geräteobjekte-Bibliothek
muss nicht mehr bei jeder neuen Version ausgetauscht werden;
- – im
Vorfeld der Erstellung von neuen Geräteobjekten ist es möglich, neu
erstelle Geräteobjekte in
der Rahmenapplikation während
des Laufenden Betriebs zu testen.
- – Es
werden keine Änderungen
am Betriebssystem vorgenommen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass
im Falle einer Erstinstallation der aktuellen Geräteobjekte
bzw. der Geräteobjekte-Bibliothek
in ein objektbasiertes Managementsystem ein vorgegebenes Kommunikationsgeräteobjekt
aufgerufen wird bzw. aufrufbar ist, sobald das physikalische Speichermedium mit
der Kontroll-/Anzeigeeinheit verbunden wird. Das Kommunikationsgeräteobjekt
ist entweder auf einem Speichermedium der Kontroll-/Anzeigeeinheit oder
auf einem separaten, mit der Kontroll-/Anzeigeeinheit verbindbaren
Speichermedium gespeichert und wird bevorzugt automatisch aktiviert, sobald
das Speichermedium mit der Kontroll-/Anzeigeeinheit verbunden wird.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass im Falle einer bereits erfolgten Erst-Installation
der Geräteobjekte bzw.
der Geräteobjekte-Bibliothek
in der Kontroll-/Anzeigeeinheit zum Zwecke einer Re-Installation
einer Geräteobjekte-Bibliothek
mit zumindest teilweise aktualisierten und/oder ergänzten Geräteobjekten
die entsprechenden in der Kontroll-/Anzeigeeinheit gespeicherten,
nicht aktualisierten Geräteobjekte
ausgeblendet werden, und dass das Betriebssystem zwecks Bedienung
von zumindest einem ausgewählten
Feldgerät
auf die aktuelle Version des auf dem externen Speichermedium gespeicherten
aktualisierten oder ergänzten
Geräteobjekts
zugreift.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass nach Beendigung des durchzuführenden
Bedienvorgangs bzw. der durchzuführenden
Bedienvorgänge,
das externe physikalische Speichermedium von der Kontroll-/Anzeigeeinheit getrennt
wird.
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Bevorzugt
ist die Geräteobjekt-Bibliothek
mit den aktuellen Geräteobjekten
auf einem USB-Speicherstick, einer Festplatte, einem Feldgerät oder einer
Kommunikations-Hardware, oder generell, auf einem nicht-flüchtigen
Speicherelement gespeichert. Angeschlossen werden die zuvor genannten
Speichermedien, bei denen es sich um einen Massespeicher handelt,
beispielsweise über
einen USB-Anschluss, der an jedem Rechner/Computer vorhanden ist.
Mit USB ausgestattete Komponenten lassen sich im laufenden Betrieb
miteinander verbinden, wobei die angeschlossenen Komponenten und
deren Eigenschaften von dem Rechner automatisch erkannt werden.
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Weiterhin
ist gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen,
dass die aktuellen Geräteobjekte
beispielsweise in Form von Binärdateien
oder von Speicherabbildern gespeichert werden. Als besonders vorteilhaft
wird es im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung angesehen,
wenn als Rahmenapplikation die FDT-Rahmenapplikation verwendet wird.
Wie bereits erwähnt,
vereinheitlicht FDT die Kommunikationsschnittstelle zwischen Feldgeräten und übergeordneten
Systemen. Die Besonderheit der Technik liegt darin, dass sie unabhängig vom
eingesetzten Kommunikationsprotokoll; auch funktioniert sie unabhängig von
der jeweiligen Software-Umgebung sowohl des Feldgeräts als auch
der übergeordneten Einheit.
FDT ermöglicht
es, beliebige Feldgeräte über beliebige übergeordnete
Systeme mit beliebigen Feldbus-Protokollen anzusprechen und zu bedienen.
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Als
Betriebssystem kommt in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
bevorzugt eine Windows-Laufzeitumgebung zum Einsatz. Es versteht
sich von selbst, dass das erfindungsgemäße Verfahren durch diese explitzit
genannten Ausgestaltungen in keiner Weise eingeschränkt ist.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es
zeigt:
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1:
eine schematische Darstellung eines Kommunikationsnetzwerks der
Automatisierungstechnik,
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2:
eine schematische Darstellung eines Kommunikationsnetzwerks, bei
dem die Feldgeräte über ein
Bedienprogramm bedient werden,
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3:
eine schematische Darstellung der einzelnen Komponenten, die zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet sind.
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In 1 ist
schematisch ein Kommunikationsnetzwerk KN, wie es in der Prozessautomatisierung
verwendet wird, dargestellt. An einen Datenbus D1 sind mehrere Rechnereinheiten
(Workstations, Host-Rechner) WS1, WS2 angeschlossen. Diese Rechnereinheiten
WS1, WS2 dienen als übergeordnete
Einheiten (Leitsystem, Steuereinheit, Bedienstation BE) zur Prozessvisualisierung,
Prozessüberwachung
und zum Engineering aber auch zum Bedienen und Überwachen von Feldgeräten F1,
F2, ....
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Der
Datenbus D1 arbeitet z. B. nach dem Profibus® DP-Standard,
dem HSE(High Speed Ethernet)-Standard der Foundation® Fieldbus,
dem HART-Standard
oder einem der bekannten in der Automatisierungstechnik verwendbaren
Standards. Über
ein Gateway G1, das auch als Linking Device oder als Segmentkoppler
bezeichnet wird, ist der Datenbus D1 mit einem Feldbussegment SM1
verbunden. Das Feldbussegment SM1 besteht aus mehreren Feldgeräten F1,
F2, .... die über
einen Feldbus FB miteinander verbunden sind. Bei den Feldgeräten F1,
F2, ... handelt es sich um Sensoren und/oder um Aktoren. Mit dem
Feldbus FB kann temporär
auch eine tragbare Rechnereinheit BE, z. B. ein Laptop, verbunden
werden, über
die z. B. Bedienpersonal auf einzelne Feldgeräte F1, F2, .... Zugriff hat.
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In 2 ist
schematisch ein Bedienprogramm, das auf einer der Rechnereinheiten
WS1, WS2 oder auf der Bedieneinheit BE ablaufen kann, visualisiert.
Bei dem Bedienprogramm kann es sich z. B. um die Bediensoftware
PACTware des PACTware Consortiums e. V. oder FieldCare® der
Firmengruppe Endress + Hauser® handeln. Beide benötigen als
Betriebssystem Microsoft Windows®, 98NT,
2000. Die Rahmen-Applikation FDT-Frame ist insbesondere verantwortlich
für die
Verwaltung der Gerätemanager DTM1,
DTM2, ... in einer Projektdatenbank (projekt database), für die Kommunikation
zum Bussystem und für
die Verwaltung des Gerätekatalogs
bzw. der Geräteobjekte-Bibiliothek
GoB.
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In
die Rahmen-Applikation FDT-Frame sind Geräteobjekte DTM1, DTM2, ... bzw.
Gerätetreiber für eine Vielzahl
von unterschiedlichen Feldgeräten F1,
F2, ... integriert. Der Übersichtlichkeit
halber sind nur zwei Geräteobjekte,
nämlich
die Geräteobjekte DTM1
und DTM2 sowie ein Kommunikations-DTM CommDTM, in 2 dargestellt.
Wie bereits gesagt, kapselt z. B. das Geräteobjekt bzw. der Gerätemanager
DTM1 alle Information zum Bedienen des Feldgerätes F1. Mit Hilfe der Gerätemanager
DTM1, DTM2, ... ist eine geräte-
und herstellerübergreifende Bedienung
der Feldgeräte
F1, F2, .... sowie der Aufbau einer Kommunikationsverbindung CommDTM zwischen
der Rechnereinheit WS1 und den Feldgeräten F1, F2,.. möglich. Erleichtert
wird der Zugriff für den
Anwender auf diese Informationen beispielsweise durch eine herstellerspezifische
graphische Benutzeroberfläche
GUI. Hardwaremäßig erfolgt
die Verbindung über
die Busanschaltung BA, den Datenbus D1, das Gateway G1 und den Feldbus
FB zum Feldgerät
F1.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung der einzelnen Komponenten, die zur
Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Installation oder Integration von Geräteobjekten DTM1akt, DTM2akt,
... in ein objektbasiertes Managementsystem WS1, WS2, BE für Feldgeräte F1, F2,
... in der Automatisierungstechnik notwendig sind. Bei dem objektbasierten
Managementsystem handelt es sich beispielsweise um das Bedientool
FieldCare, das auf einem Computer, bevorzugt einem Laptop läuft. Über die
Geräteobjekte
DTM1, DTM2, ... bzw. über
die Gerätemanager
erfolgt der Zugriff auf die Feldgeräte F1, F2, .... und die Bedienung
der Feldgeräte
F1, F2, ... Die jeweils aktuellen Geräteobjekte DTM1akt, DTM2akt,
... bzw. die aktuelle Version einer Geräteobjekte-Bibliothek GoBakt
sind bzw. ist auf einem physikalischen Speichermedium SP gespeichert. Das
physikalische Speichermedium SP wird mit der Kontroll-/Anzeigeeinheit
WS1, WS2, BE verbunden, auf der ein vorgegebenes Betriebssystem
BT läuft,
in das eine Rahmenapplikation FDT-Frame für die Geräteobjekte DTM1, DTM2, ... eingebunden
ist. Sobald das physikalische Speichermedium SP mit der Kontroll-/Anzeigeeinheit
WS1, WS2, BE verbunden ist, wird ein Programm P aktiviert, das die
auf dem physikalischen Speichermedium SP gespeicherten aktuellen
Geräteobjekte
DTM1akt, DTM2akt, ... zumindest teilweise auf der Anzeigeeinheit
GUI zugänglich macht.
Automatisch oder manuell wird dann auf der Kontroll-/Anzeigeeinheit
WS1, WS2, BE ein Dialog gestartet, mit dem das Bedienpersonal eine
ausgewählte
Anzahl von Geräteobjekten
DTM1akt, DTM2akt, ... aufrufen und über das aktuelle Geräteobjekt
bzw. die aktuellen Geräteobjekte
DTM1akt, DTM2akt, ... das entsprechende Feldgerät bzw. die entsprechenden Feldgeräte F1, F2,
... aufrufen und bedienen kann. Ist auf der Kontroll-/Anzeigeeinheit W1,
WS2, BE bereits eine alte Version eines entsprechenden Geräteobjekts
DTM1 alt, DTM2alt, ... gespeichert, so wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung zur Bedienung des Feldgeräts F1, F2, ... jeweils die
alte Version des Geräteobjekts DTM1alt,
DTM2alt, ... ausgeblendet und auf die neue Version des Geräteobjekts
DTM1akt, DTM2akt, ... zugegriffen.
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Erfolgt
eine Erstinstallation der aktuellen Geräteobjekte DTM1akt, DTM2akt,
... bzw. der Geräteobjekte-Bibliothek
GoBakt in das objektbasierte Managementsystem bzw. in die Kontroll-/Anzeigeeinheit WS1,
WS2, BE, so wird ein vorgegebenes Kommunikationsgeräteobjekt
DTMCoM aufgerufen, sobald das physikalische Speichermedium SP mit
der Kontroll-/Anzeigeeinheit WS1, WS2, BE verbunden wird. Wiederum
werden die gewünschten
Feldgeräte
F1, F2, .... über
die zugehörigen
Geräteobjekte
bzw. Gerätemanager
DTM1, DTM2, ... angesprochen; die Bedienung der Feldgeräte F1, F2,
... erfolgt erfindungsgemäß über die
aktuelle Version des Geräte-Managers
bzw. des Geräteobjekts
DTM1, DTM2, ...
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Wird
das Speichermedium SP, bei dem es sich bevorzugt um einen USB-Speicherstick handelt, von
der Kontroll-/Anzeigeeinheit WS1, WS2, BE entfernt, so werden im
Betriebssystem BT der Kontroll-/Anzeigeeinheit WS1, WS2, BE keinerlei
Spuren hinterlassen.