DE102007061239A1

DE102007061239A1 - Drahtlose Architektur unter Verwendung von Georeferenzierung

Info

Publication number: DE102007061239A1
Application number: DE102007061239A
Authority: DE
Inventors: Joe Austin Nelson
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2027-12-20
Also published as: HK1160571A1; HK1118660A1; CN101206479B; GB0724804D0; DE102007061239B4; JP2008167438A; CN101206479A; US8160574B1; US20120076007A1; GB2445455A; GB2445455B; JP5174453B2

Abstract

Ein drahtloses Kommunikationssystem zum Einsatz in einer Prozesssteuerungsumgebung weist einen Referenzknoten auf, der angepasst ist, auf der Grundlage der Position festgestellter geografischer Positionen geografische Positionen von mindestens einiger der Referenz-, Basis- und Feldknoten zu bestimmen und die Hochfrequenz-Leistungseinstellungen von Transceivern zu bestimmen, die dem Referenz-, dem Basis- und dem Feldknoten zugeordnet sind. Zusätzlich ist der Referenzknoten angepasst, die Hochfrequenz-Rauschstärke an einer Mehrzahl von Orten innerhalb der Prozesssteuerungsumgebung zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten zu bestimmen und die Hochfrequenz-Leistungseinstellungen auf der Grundlage der ermittelten Hochfrequenz-Rauschstärken anzupassen. Der Referenzknoten kann auf einem Handheld-Gerät implementiert sein.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine teilweise Fortsetzung des eingereichten U.S.-Antrags mit der Seriennummer 11/156,215, eingereicht am 17. Juni 2005 unter dem Titel "Wireless Architecture and Support for Process Control Systems" [Drahtlose Architektur und Unterstützung für Prozesssteuerungssysteme], bei der es sich um eine teilweise Fortsetzung des eingereichten U.S.-Antrags mit der Seriennummer 10/464,087, eingereicht am 18. Juni 2003 unter dem Titel "Self-Configuring Communication Networks for use with Process Control Systems" [Selbstkonfigurierende Kommunikationsnetzwerke zur Verwendung mit Prozesssteuerungssystemen] handelt (die hiermit ausdrücklich durch Verweis zum Bestandteil dieses Dokuments gemacht werden).
TECHNOLOGISCHER BEREICH
Es werden Verfahren und Vorrichtungen zur Bereitstellung drahtloser Kommunikationen innerhalb eines verteilten Prozesssteuerungssystems offengelegt, die durchgängige drahtlose Kommunikationsverbindungen zwischen verschiedenen abgesetzten Geräten und einem Basiscomputer in einem Prozesssteuerungssystem aufbauen und aufrecht erhalten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Prozesssteuerungssysteme werden verbreitet in Fabriken und/oder Anlagen eingesetzt, in denen Produkte hergestellt oder Prozesse gesteuert werden (beispielsweise Chemieproduktion, Steuerung von Kraftwerken etc.). Weiterhin werden Prozesssteuerungssysteme auch bei der Gewinnung von Rohstoffen wie beispielsweise bei Öl- und Gasbohrungen und bei Materialumschlagprozessen etc. eingesetzt. Tatsächlich kann praktisch jeder Herstellungsprozess, Rohstoffgewinnungsprozess etc. durch die Anwendung eines oder mehrerer Prozesssteuerungssysteme automatisiert werden. Man erwartet, dass Prozesssteuerungssysteme letztlich auch in der Landwirtschaft in größerem Umfang eingesetzt werden.
Die Art und Weise, auf die Prozesssteuerungssysteme implementiert werden, hat sich im Lauf der Jahre entwickelt. Ältere Generationen von Prozesssteuerungssystemen wurden typischerweise mittels dedizierter, zentralisierter Hardware und festverdrahteten Verbindungen implementiert.
Moderne Prozesssteuerungssysteme werden jedoch typischerweise mittels eines hochgradig verteilten Netzwerks von Bedienrechnern, intelligenten Steuerungen, intelligenten Feldgeräten und dergleichen implementiert, von denen einige oder alle einen Teil einer gesamten Prozesssteuerungsstrategie oder eines Schemas ausführen können. Insbesondere weisen die meisten modernen Prozesssteuerungssysteme intelligente Feldgeräte und andere Prozesssteuerungskomponenten auf, die kommunikativ miteinander und/oder mit einer oder mehreren Prozesssteuerungen über einen oder mehrere digitale Datenbusse gekoppelt sind. Zusätzlich zu intelligenten Feldgeräten können moderne Prozesssteuerungssysteme auch analoge Feldgeräte wie beispielsweise 4-20-Milliampere (mA-) Geräte, 0-10-Volt-Gleichstrom-(VGS-)Geräte etc. aufweisen, die typischerweise im Gegensatz zu einem gemeinsam genutzten digitalen Datenbus oder dergleichen direkt mit Steuerungen gekoppelt sind.
In einer typischen Industrie- oder Prozessanlage wird ein verteiltes Steuerungssystem (DCS) verwendet, um viele der in der Anlage ausgeführten industriellen Prozesse zu steuern. Die Anlage kann einen zentralen Steuerraum aufweisen, der über ein Computersystem mit Bedienereingabe-/Ausgabe (E/A), einer Platten-E/A und andere in der Computertechnik bekannte Peripheriegeräte mit einer oder mehreren Prozesssteuerungen und Prozess-E/A-Teilsystemen verfügt, die kommunikativ mit dem zentralen Steuerraum verbunden sind. Zusätzlich sind typischerweise ein oder mehrere Feldgeräte mit den E/A-Teilsystemen und mit den Prozesssteuerungen verbunden, um Steuerungs- und Messaktivitäten innerhalb der Anlage auszuführen. Während das Prozess-E/A-Teilsystem eine Mehrzahl von E/A-Ports aufweisen kann, die mit den verschiedenen Feldgeräten innerhalb der gesamten Anlage verbunden sind, können die Feldgeräte verschiedene Typen von Analysegeräten, Siliziumdrucksensoren, kapazitiven Drucksensoren, Widerstands-Temperaturfühlern, Thermoelementen, Dehnungsmessstreifen, Endschaltern, Ein-Aus-Schaltern, Durchflussgebern, Druckgebern, kapazitiven Füllstandsschaltern, Waagen, Gebern, Ventilstellern, Ventilsteuerungen, Stellgliedern, Magnetventilen, Anzeigelampen oder allen anderen typischerweise in Prozessanlagen verwendeten Geräten aufweisen.
In diesem Dokument umfasst der Begriff "Feldgerät" diese Geräte sowie jedes andere Gerät, das eine Funktion in einem Steuerungssystem ausführt. Auf jeden Fall können Feldgeräte beispielsweise Eingabegeräte (beispielsweise Geräte wie Sensoren, die Statussignale zur Verfügung stellen, die repräsentativ für Prozesssteuerungsparameter wie beispielsweise Temperatur, Druck, Durchfluss etc. sind) sowie Steuerungselemente oder Stellglieder aufweisen, die Handlungen als Reaktion auf Befehle ausführen, die sie von Steuerungen und/oder anderen Feldgeräten empfangen.
Traditionell sind analoge Feldgeräte mit der Steuerung über Zweidraht-Twisted-Pair-Stromkreise verbunden, wobei jedes Gerät mit einer einzelnen Zwei-Draht-Twisted-Pair-Leitung mit der Steuerung verbunden ist. Analoge Feldgeräte sind in der Lage, auf ein elektrisches Signal innerhalb eines definierten Bereichs zu reagieren oder ein elektrisches Signal innerhalb eines definierten Bereichs zu übertragen. In einer typischen Konfiguration sind eine Spannungsdifferenz von ca. 20–25 V zwischen den beiden Drähten des Paares und ein in dem Kreis fließender Strom von 4–20 mA üblich. Ein analoges Feldgerät, das ein Signal zum Steuerraum überträgt, moduliert den durch den Stromkreis fließenden Strom, wobei der Strom proportional zur erfassten Prozessvariablen ist.
Ein analoges Feldgerät, das unter der Kontrolle des Steuerraums eine Aktion ausführt, wird durch die Größe des durch den Kreis fließenden Stroms gesteuert, wobei dieser Strom durch den E/A-Port des Prozess-E/A-Systems moduliert wird, das seinerseits von der Steuerung gesteuert wird. Traditionelle Zwei-Draht-Analoggeräte mit aktiver Elektronik können auch eine Leistung von bis zu 40 Milliwatt aus dem Kreis beziehen. Analoge Feldgeräte, die eine höhere Leistung benötigen, sind typischerweise über vier Drähte mit der Steuerung verbunden, wobei zwei der Drähte das Gerät mit Leistung versorgen. Derartige Geräte sind in der Technik als Vier-Draht-Geräte bekannt und sind in der Leistung nicht beschränkt, wie dies Zwei-Draht-Geräte typischerweise sind.
Ein diskretes Feldgerät kann ein binäres Signal übertragen oder darauf reagieren. Diskrete Feldgeräte arbeiten typischerweise mit einem 24-Volt-Signal (entweder Wechsel- oder Gleichstrom), einem 110- oder 240-Volt-Wechselstrom- oder einem 5-Volt-Gleichstromsignal. Selbstverständlich kann ein diskretes Gerät konstruiert werden, entsprechend jeder elektrischen Spezifikation zu arbeiten, die von einer bestimmten Steuerungsumgebung verlangt wird. Ein diskretes Eingabe-Feldgerät ist einfach ein Schalter, der die Verbindung zur Steuerung entweder herstellt oder unterbricht, während ein diskretes Ausgabe-Feldgerät auf der Grundlage der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Signals von der Steuerung eine Aktion durchführt.
Historisch wiesen die meisten traditionellen Feldgeräte entweder einen einzelnen Eingang oder einen einzelnen Ausgang auf, der direkt zu der primären, von dem Feldgerät ausgeführten Funktion in Bezug stand. Beispielsweise ist die einzige von einem traditionellen Widerstandstemperaturfühler ausgeführte Funktion die Übertragung einer Temperatur durch Modulation des durch die Zwei-Draht-Twisted-Pair-Leitung fließenden Stroms, während die einzige von einem traditionellen analogen Ventilsteller ausgeführte Funktion darin besteht, auf der Grundlage der Größe des durch die Zwei-Draht-Twisted-Pair-Leitung fließenden Stroms ein Ventil irgendwo zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig geschlossenen Stellung zu positionieren.
Seit einiger Zeit stehen Feldgeräte zur Verfügung, die Bestandteil hybrider Systeme sind, die dem für die Übertragung analoger Signale verwendeten Stromkreis digitale Daten überlagern. Ein derartiges hybrides System ist in der Steuerungstechnik als Highway-Addressable-Remote-Transducer-(HART-)Protokoll bekannt. Das HART-System nutzt die Größe des Stroms im Stromkreis, um ein analoges Steuerungssignal zu senden oder um eine erfasste Prozessvariable zu empfangen (wie im traditionellen System), überlagert dem Stromkreissignal jedoch ein digitales Trägersignal. Das HART-Protokoll verwendet den Bell 202 Frequency Shift Keying-(FSK-)Standard, um den analogen 4-20-mA-Signalen die digitalen Signale mit niedrigem Pegel zu überlagern. Dies ermöglicht die Durchführung einer Zwei-Wege-Feldkommunikation und gestattet die Kommunikation zusätzlicher Informationen über die normale Prozessvariable hinaus zu/von einem intelligenten Feldinstrument. Das HART-Protokoll kommuniziert mit 1200 Bit/s ohne das 4-20-mA-Signal zu unterbrechen und ermöglicht es einer Host-Anwendung (Master), pro Sekunde zwei oder mehr digitale Aktualisierungen von einem Feldgerät zu erhalten. Da das digitale FSK-Signal phasenstetig ist, gibt es keine Störung des 4-20-mA-Signals.
Das FSK-Signal ist relativ langsam und kann daher Aktualisierungen einer sekundären Prozessvariablen oder eines anderen Parameters mit einer Geschwindigkeit von ca. 2 bis 3 Aktualisierungen pro Sekunde liefern. Allgemein wird das digitale Trägersignal verwendet, um sekundäre und Diagnoseinformationen zu senden, und dient nicht dazu, die primäre Steuerungsfunktion des Feldgerätes zu realisieren. Beispiele für über das digitale Trägersignal zur Verfügung gestellte Informationen beinhalten sekundäre Prozessvariablen, Diagnoseinformationen (einschließlich Sensordiagnose, Gerätediagnose, Verdrahtungsdiagnose und Prozessdiagnose), Betriebstemperaturen, eine Sensortemperatur, Kalibrierungsinformationen, Geräte-ID-Nummern, Baumaterialien, Konfigurations- oder Programmierungsinformationen etc. Entsprechend kann ein einzelnes hybrides Feldgerät eine Vielzahl von Eingabe- und Ausgabevariablen aufweisen und eine Vielzahl von Funktionen implementieren.
Vor Kurzem wurde von der Instrument Society of America (ISA) ein neueres Steuerungsprotokoll definiert. Das neue Protokoll wird allgemein als Fieldbus und spezifisch als SP50 bezeichnet, was als Akronym für das Standards and Practice Subcommittee 50 steht. Das Fieldbus-Protokoll definiert zwei Unterprotokolle. Ein HI-Fieldbus-Netzwerk überträgt Daten mit einer Geschwindigkeit bis zum 31,25 KBit pro Sekunde und versorgt mit dem Netzwerk verbundene Feldgeräte mit Strom. Ein H2-Fieldbus-Netzwerk überträgt Daten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2,5 MBit pro Sekunde, versorgt mit dem Netzwerk verbundene Feldgeräte nicht mit Strom und ist mit redundanten Übertragungsmedien versehen. Fieldbus ist ein nicht-proprietärer offener Standard und ist in der Industrie allgemein verbreitet und als solche wurden viele Typen von Fieldbus-Geräten entwickelt und befinden sich in Prozessanlagen im Einsatz. Da Fieldbus-Geräte zusätzlich zu anderen Typen von Feldgeräten wie beispielsweise HART- und 4-20-mA-Geräten im Einsatz sind, wobei jedem dieser verschiedenen Typen von Geräten eine separate Unterstützungs- und E/A-Kommunikationsstruktur zugeordnet ist.
Neuere intelligente Feldgeräte, die typischerweise vollständig digitaler Natur sind, weisen Wartungsbetriebsarten und erweiterte Funktionen auf, die von älteren Steuerungssystemen aus nicht zugänglich oder mit diesen nicht kompatibel sind. Selbst wenn alle Komponenten eines verteilten Steuerungssystems denselben Standard (wie beispielsweise den Fieldbus-Standard) verwenden, ist es möglich, dass die Steuerungsausrüstung eines Herstellers nicht in der Lage ist, auf die von den Feldgeräten eines anderen Herstellers zur Verfügung gestellten sekundären Funktionen oder sekundären Informationen zuzugreifen.
Somit beinhaltet ein besonders wichtiger Aspekt des Aufbaus von Steuerungssystemen die Art und Weise, auf die Feldgeräte miteinander, mit Steuerungen und mit anderen Systemen oder Einrichtungen innerhalb eines Prozesssteuerungssystems oder einer Prozessanlage kommunikativ verbunden sind. Allgemein werden die unterschiedlichen Kommunikationskanäle, Verbindungen und Pfade, dank derer die Feldgeräte innerhalb des Prozesssteuerungssystems funktionieren können, gemeinsam als Eingabe-/Ausgabe-(E/A-)Kommunikationsnetzwerk bezeichnet.
Die Topologie des Kommunikationsnetzwerks und die zur Implementierung eines E/A-Kommunikationsnetzwerks verwendeten physischen Verbindungen und Pfade können insbesondere dann einen wesentlichen Einfluss auf die Robustheit oder Integrität der Feldgerätekommunikationen haben, wenn das E/A-Kommunikationsnetz werk Umgebungsfaktoren oder dem Prozesssteuerungssystem zugeordneten Bedingungen ausgesetzt ist. Beispielsweise setzen viele industrielle Steuerungsanwendungen Feldgeräte und die ihnen zugeordneten E/A-Kommunikationsnetzwerke widrigen physischen Umgebungen aus (beispielsweise hohen, niedrigen oder stark schwankenden Umgebungstemperaturen, Vibrationen, aggressiven Gasen oder Flüssigkeiten etc.), problematischen elektrischen Umgebungen (beispielsweise Umgebungen mit hohem Rauschen, geringer Stromqualität, Stoßspannungen etc.) etc. Auf jeden Fall können Umgebungsfaktoren die Integrität von Kommunikationen zwischen einem oder mehreren Feldgeräten, Steuerungen etc. beeinträchtigen. In einigen Fällen könnten diese beeinträchtigten Kommunikationen das Prozesssteuerungssystem daran hindern, seine Steuerungsroutinen auf effektive oder richtige Weise auszuführen, was zu einer verringerten Effizienz und/oder Profitabilität des Steuerungssystems, übermäßigem Verschleiß oder Beschädigung von Ausrüstungen, gefährlichen Zuständen, die Ausrüstungen, Gebäude, die Umwelt und/oder Menschen etc. beschädigen oder zerstören könnten, führen könnte.
Um die Auswirkungen von Umgebungsfaktoren zu minimieren und einen durchgängigen Kommunikationspfad zu gewährleisten, sind in Prozesssteuerungssystemen eingesetzte E/A-Kommunikationsnetzwerke historisch festverdrahtete Netzwerke, wobei die Drähte von gegen Umwelteinflüsse geschützten Materialien wie beispielsweise Isolierung, Abschirmung und Kabelrohren umhüllt sind. Auch sind die Feldgeräte innerhalb dieser Prozess steuerungssysteme typischerweise kommunikativ mit Steuerungen, Bedienrechnern und anderen Prozesssteuerungssystemkomponenten mittels einer festverdrahteten hierarchischen Topologie verbunden, bei der unintelligente Feldgeräte direkt mit Steuerungen mittels analoger Schnittstellen wie beispielsweise festverdrahteten 4-20-mA-, 0-10-VGS-, etc. Schnittstellen oder E/A-Karten verbunden sind. Intelligente Feldgeräte wie beispielsweise Fieldbus-Geräte sind auch über festverdrahtete digitale Datenbusse verbunden, die über intelligente Feldgeräteschnittstellen mit Steuerungen verbunden sind.
Während festverdrahtete E/A-Kommunikationsnetzwerke anfänglich ein robustes E/A-Kommunikationsnetzwerk zur Verfügung stellen können, kann ihre Robustheit im Lauf der Zeit aufgrund von Umweltbelastungen (beispielsweise aggressiven Gasen oder Flüssigkeiten, Vibration, Feuchtigkeit etc.) schwerwiegend beeinträchtigt werden. Beispielsweise können die Kontaktwiderstände der Verdrahtung eines E/A-Kommunikationsnetzwerke aufgrund von Korrosion, Oxidation und dergleichen erheblich zunehmen. Darüber hinaus kann die Isolierung der Verdrahtung und/oder die Abschirmung an Qualität verlieren oder ausfallen und dadurch einen Zustand herbeiführen, bei dem elektrische Störungen oder Rauschen aus der Umgebung die über die Drähte des E/A-Kommunikationsnetzwerks übertragenen Signale leichter beeinträchtigen können. In einigen Fällen kann ausgefallene Isolierung zu einem Kurzschlusszustand führen, der zu einem vollständigen Ausfall der zugeordneten E/A-Kommunikationsdrähte führt.
Darüber hinaus sind festverdrahtete E/A-Kommunikationsnetzwerke typischerweise teuer in der Installation. Dies gilt insbesondere für Fälle, in denen das E/A-Kommunikationsnetzwerk zu einer großen Industrieanlage oder Einrichtung gehört, die sich über eine relativ große geografische Fläche erstreckt wie beispielsweise eine Ölraffinerie oder ein Chemiewerk, das mehrere Acres Land in Anspruch nimmt. In vielen Fällen muss die dem E/A-Kommunikationsnetzwerk zugeordnete Verdrahtung lange Entfernungen überbrücken und/oder durch zahlreiche Bauten (beispielsweise Wände, Gebäude, Ausrüstungen etc.) oder unter diesen oder um diese herum verlaufen. Derartige lange Verdrahtungsverläufe bedeuten typischerweise einen erheblichen Aufwand an Arbeit, Material und Kosten. Darüber hinaus sind derartige lange Verdrahtungsverläufe besonders empfindlich für eine Signalverschlechterung aufgrund von Verdrahtungsimpedanzen und gekoppelten elektrischen Störungen, die beide zu unzuverlässigen Kommunikationen führen können.
Darüber hinaus sind derartige festverdrahtete E/A-Kommunikationsnetzwerke generell schwierig umzukonfigurieren, wenn Änderungen oder Aktualisierungen erforderlich sind. Das Hinzufügen eines neuen Feldgeräts erfordert typischerweise die Installation von Drähten zwischen dem neuen Feldgerät und einer Steuerung. Eine Nachrüstung einer Prozessanlage auf diese Weise kann aufgrund der langen Verdrahtungsverläufe und der räumlichen Beschränkungen, die in älteren Prozesssteuerungsanlagen und/oder Systemen oftmals vorgefunden werden, äußerst schwierig und teuer sein. Große Zahlen von Drähten in Kabelrohren, an verfügbaren Verdrahtungs strecken etc. im Wege stehende Ausrüstungen und/oder Bauten können die Schwierigkeiten in Verbindung mit einer Nachrüstung oder Ergänzung von Feldgeräten in einem bestehenden System erheblich verstärken. Ein Austausch eines vorhandenen Feldgeräts durch ein neues Feldgerät mit anderen Feldgeräteanforderungen kann dieselben Schwierigkeiten erzeugen, wenn mehr und/oder andere Drähte installiert werden müssen, um das neue Gerät einzubauen. Derartige Änderungen können oftmals zu erheblichen Anlagenstillstandszeiten führen.
Es wurde vorgeschlagen, drahtlose E/A-Kommunikationsnetzwerke einzusetzen, um einige der mit festverdrahteten E/A-Netzwerken verbundenen Schwierigkeiten zu mildern. So beschreiben beispielsweise Tapperson et al. in der U.S.- Patentschrift mit der Seriennummer 09/805,124 ein System, das drahtlose Kommunikationen zwischen Steuerungen und Feldgeräten bereitstellt, um die Verwendung festverdrahteter Kommunikationen zu steigern oder zu ergänzen. Jedoch werden die meisten, wenn nicht sämtliche, der heute in der Praxis innerhalb von Prozessanlagen implementierten drahtlosen E/A-Kommunikationsnetzwerke unter Verwendung relativ teurer Hardware-Geräte implementiert (beispielsweise Wireless Enabled Router, Hubs, Switches etc.), von denen die meisten relativ viel Leistung verbrauchen. Darüber hinaus machen intermittierende Störungen wie beispielsweise vorbeifahrende LKW oder Züge sowie umgebungs- oder wetterbedingte Einflüsse drahtlose Kommunikationsnetzwerke unzuverlässig und mithin problematisch.
Darüber hinaus verwenden bekannte drahtlose E/A-Kommunikationsnetzwerke einschließlich der diesen zugeordneten Hardware und Software allgemein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationspfade, die während der Installation sorgfältig ausgesucht und während des folgenden Betriebs des Systems fixiert werden. Der Aufbau fester Kommunikationspfade innerhalb dieser drahtlosen E/A-Kommunikationsnetzwerke beinhaltet typischerweise den Einsatz einer oder mehrerer Fachleute zur Durchführung einer teuren Vor-Ort-Bestandsaufnahme, die die Fachleute in die Lage versetzt, die Typen und/oder Standorte der Transceiver und anderen Kommunikationsausrüstungen zu ermitteln. Weiterhin müssen, sobald die festen Punkt-zu-Punkt-Kommunikationspfade über die Ergebnisse der Vor-Ort-Bestandsaufnahme ausgewählt wurden, ein oder mehrere Fachleute sodann die Ausrüstung konfigurieren, Antennen ausrichten etc. Während die Punkt-zu-Punkt-Pfade allgemein gewählt werden, um adäquate drahtlose Kommunikationen zu gewährleisten, können Änderungen innerhalb der Anlage wie beispielsweise das Entfernen oder Hinzufügen von Ausrüstungen, Wänden oder anderen Bauten die anfänglich ausgewählten Pfade weniger zuverlässig machen, was zu unzuverlässigen drahtlosen Kommunikationen führt.
Während drahtlose E/A-Kommunikationsnetzwerke beispielsweise die mit festverdrahteten Kommunikationspfaden einhergehenden langfristigen Robustheitsprobleme mildern können, sind diese drahtlosen E/A-Kommunikationsnetzwerke relativ unflexibel und werden von den meisten Anwendern in der Prozesssteuerungsbranche für zu unzuverlässig gehalten, um wichtige oder notwendige Prozesssteuerungsfunktionen auszuführen. Beispielsweise gibt es derzeit keine leichte Art zu sagen, wann eine drahtlose Kommunikation nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert oder sich so weit verschlechtert hat, dass Kommunikationen über die drahtlose Verbindung vermutlich unzuverlässig sind oder vollständig ausfallen. Als Ergebnis haben die Betreiber derzeitiger Prozesssteuerungen nur sehr geringes Vertrauen in drahtlose Kommunikationsnetzwerke, wenn diese für wichtige und notwendige Prozesssteuerungsfunktionen implementiert sind.
Aufgrund der Kosten in Verbindung mit der Installation eines drahtlosen E/A-Kommunikationsnetzes (beispielsweise Vor-Ort-Bestandsaufnahmen, Konfiguration durch Fachleute etc.) und des sehr geringen Vertrauens, den Betreiber gegenwärtiger Prozesssteuerungssysteme in drahtlose Kommunikationen haben, sind drahtlose E/A-Kommunikationsnetzwerke daher oftmals für das, was sie leisten, zu teuer, und zwar insbesondere für relativ große Prozesssteuerungssysteme der Art, wie sie typischerweise in industriellen Anwendungen zum Einsatz kommen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Offengelegt wird eine drahtlose Kommunikationsarchitektur zur Verwendung in einem Prozesssteuerungssystem, die die Verwendung von Mesh- und möglicherweise einer Kombination von Mesh- und Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen aufweist, um ein robusteres drahtloses Kommunikationsnetzwerk zu erzeugen, das leicht eingerichtet, konfiguriert, geändert und überwacht werden kann, um auf diese Weise das drahtlose Kommunikationsnetzwerk robuster, billiger und zuverlässiger zu machen.
Die drahtlose Kommunikationsarchitektur wird dergestalt implementiert, dass sie unabhängig von den spezifischen Botschaften oder virtuellen Kommunikationspfaden innerhalb der Prozessanlage ist, und das drahtlose Kommunikationsnetzwerk wird tatsächlich implementiert, um die Einrichtung und Nutzung virtueller Kommunikationspfade innerhalb des Prozesssteuerungssystems auf eine Art und Weise zu ermöglichen, die von der Art und Weise unabhängig ist, auf die die drahtlosen Signale zwischen verschiedenen drahtlosen Sende- und Empfangsgeräten innerhalb der Prozessanlage gesendet werden.
In einer Verfeinerung werden ein oder mehr Umgebungsknoten verwendet, um den Betrieb des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks zu steuern und zu optimieren. Der/die Umgebungsknoten ist/sind mit Feld-"Umgebungs"-Geräten verbunden, die Signale zur Verfügung stellen, die für einen oder mehrere Umgebungsfaktoren wie beispielsweise Temperatur, barometrischen Druck, Feuchtigkeit, Regenfall und Hochfrequenz-(HF-)Umgebungsrauschen sowie andere Umgebungsfaktoren, die den Betrieb des Netzwerks ändern könnten repräsentativ sind.
In einer weiteren Verfeinerung weist das Netzwerk eine mit einer drahtlosen Karte verbundene Hauptsteuerung auf. Die drahtlose Karte befindet sich in Kommunikation mit einem optischen Wiederholerknoten, der sich seinerseits in Kommunikation mit einem Feldknoten befindet. Der Feldknoten ist mit einer Mehrzahl von Feldgeräten verbunden. In einer weiteren Verfeinerung entfällt der Wiederholerknoten. In einer weiteren Verfeinerung sind ein Umgebungsknoten und Umgebungserkennungsgeräte der weiter oben diskutierten Art mit oder ohne einem oder mehreren Wiederholerknoten enthalten. In einer weiteren Verfeinerung weisen die Feld- und Umgebungsknoten eine Mehrzahl von Ports zur Kommunikation mit den Feldgeräten auf.
In einer Verfeinerung ist das drahtlose Kommunikationsnetzwerk eingerichtet, HART-Kommunikationssignale zwischen verschiedenen Geräten innerhalb der Prozessanlage zu übertragen, um auf diese Weise die Verwendung eines robusten drahtlosen Kommunikationsnetzwerks in einer Prozessanlage oder jeder anderen Umgebung zu ermöglichen, in der HART-fähige Geräte enthalten sind.
In einer Ausführung wird ein drahtloses Prozesssteuerungskommunikationsnetzwerk offengelegt, das einen Basisknoten, einen Feldknoten, einen Umgebungsknoten und einen Host aufweist. Der Basisknoten ist kommunikativ mit dem Host verbunden. Die Basis-, Feld- und Umgebungsknoten weisen jeweils eine drahtlose Wandlereinheit und einen drahtlosen Transceiver auf. Die drahtlosen Transceiver der Basis-, Feld- und Umgebungsknoten bewirken drahtlose Kommunikationen zwischen den Basis-, Feld- und Umgebungsknoten. Der Feldknoten weist mindestens ein Feldgerät auf, das Prozesssteuerungsdaten bereitstellt. Der Umgebungsknoten weist mindestens ein Feldgerät auf, das Daten in Bezug auf Umgebungsfaktoren zur Verfügung stellt, die den Betrieb des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks bewirken.
In einer Verfeinerung weist das Netzwerk auch einen Wiederholerknoten auf, der eine drahtlose Wandlereinheit in einem drahtlosen Transceiver aufweist. Der Wiederholerknoten bewirkt drahtlose Kommunikationen zwischen dem Basis-, Feld- und Umgebungsknoten.
In einer weiteren Verfeinerung weist der Umgebungsknoten eine Mehrzahl von Feldgeräten auf, die jeweils Daten zur Verfügung stellen, die aus der Gruppe ausgewählt wurden, die aus Temperatur, barometrischem Druck, Feuchtigkeit, Regenfall und Hochfrequenz-Umgebungsrauschen besteht.
In einer weiteren Verfeinerung sind mindestens einige der Feldgeräte HART-Protokoll-Geräte. In einer weiteren Verfeinerung sind mindestens einige der Feldgeräte FIELDBUS^TM-Protokoll-Geräte.
In einer weiteren Verfeinerung weist das Netzwerk eine Mehrzahl von Umgebungsknoten auf, die strategisch in einem Prozessbereich angeordnet sind, um Umgebungsdaten für verschiedene Orte innerhalb des Prozessbereichs zu kommunizieren.
In einer Verfeinerung bilden die Basis-, Umgebungs- und Feldknoten ein Mesh-Kommunikationsnetzwerk, das multiple Kommunikationspfadoptionen zwischen jeweils zwei beliebigen drahtlosen Knoten zur Verfügung stellt. In einer weiteren Verfeinerung bilden die Basis-, Umgebungs- und Feldknoten ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsnetzwerk. In einer weiteren Verfeinerung weist das Netzwerk ein Schaltergerät zum Umstellen der Basis-, Umgebungs- und Feldknoten von einem Mesh-Kommunikationsnetzwerk auf ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsnetzwerk und umgekehrt auf.
Es werden auch Kommunikations-Tools beschrieben, um einen Bediener in die Lage zu versetzen, eine Grafik des drahtlosen Kommunikationssystems zu betrachten, um die innerhalb einer Prozessanlage eingerichteten tatsächlichen drahtlosen Kommunikationspfade zu bestimmen, um die Stärke jedes bestimmten Pfades zu ermitteln und um die Fähigkeit der Signale zu ermitteln oder zu betrachten, sich von einem Sender durch das drahtlose Kommunikationsnetzwerk zu einem Empfänger fortzupflanzen, um auf diese Weise einen Benutzer oder Bediener in die Lage zu versetzen, die Gesamt-Betriebsfähigkeiten des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks zu beurteilen.
In einer Verfeinerung weisen die Kommunikations-Tools eine oder mehrere grafische, die Konnektivität zwischen Knoten zeigende Topologiekarten, die Konnektivitätsmatrix zeigende tabellenhafte Darstellungen sowie den Standort und die Konnektivität der Hardware-Geräte zeigende Hop-Zählungen und tatsächliche Karten auf. Der drahtlose Kommunikationen zwischen den Basis-, Feld- und Umgebungsknoten des Netzwerks darstellende Monitor kann dem Basisknoten oder dem Host zugeordnet werden. In einer weiteren Verfeinerung zeigt die Topologie-Bildschirmanzeige auch strukturelle Merkmale des Prozessbereichs oder der Umgebung, in der die Basis-, Feld- und Umgebungsknoten angeordnet sind. In einer weiteren Verfeinerung ist der Host programmiert, eine tabellenhafte Bildschirmanzeige zur Verfügung zu stellen, in der Hop-Zählungen für Kommunikationen zwischen den verschiedenen Knoten des Netzwerks aufgelistet werden.
In einer weiteren Verfeinerung ist das drahtlose Kommunikationsnetzwerk konfiguriert, Fieldbus-Kommunikationssignale zwischen verschiedenen Geräten innerhalb der Prozessanlage zu übertragen, um auf diese Weise die Verwendung eines robusten drahtlosen Kommunikationsnetzwerks in einer Prozessanlage oder einer Umgebung zu ermöglichen, in der Fieldbus-fähige Geräte in Verbindung mit HART-fähigen Geräten oder an deren Stelle enthalten sind.
In einer Verfeinerung wird ein Verfahren zum Steuern eines Prozesses offengelegt, das das Empfangen von Felddaten von mindestens einem Feldgerät, das drahtlose Übertragen der Felddaten von einem Feldknoten an einen Basisknoten, das Wandeln der Felddaten in ein anderes Protokoll, das Übertragen der Felddaten des anderen Protokolls an einen Routing-Knoten, am Routing-Knoten das Bestimmen eines Objektgeräts zum Empfang der Felddaten des anderen Protokolls sowie das Senden der Felddaten des anderen Protokolls an das Objektgerät aufweist.
In einer weiteren Verfeinerung wird ein Verfahren zur Überwachung eines drahtlosen Prozesssteuerungsnetzwerks offengelegt, das das Empfangen von Umgebungsdaten von einem oder mehreren Umgebungsfeldgeräten eines Umgebungsknoten, das drahtlose Übertragen der Umgebungsdaten an einen Basisknoten, das Übertragen der Umgebungsdaten an einen Host, das Interpretieren der Umgebungsdaten am Host, das Senden eines Befehls vom Host zum Basisknoten zum Einstellen mindestens eines Betriebsparameters des drahtlosen Netzwerks auf der Grundlage der Umgebungsdaten sowie das Übertragen des Befehls vom Basisknoten an mindestens einen mindestens ein Feldgerät aufweisenden Feldknoten zur Ausführung dieses Befehls aufweist.
In einer weiteren Verfeinerung weist ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk einen Basisknoten, einen Feldknoten, einen Referenzknoten und einen Host auf. Der Basisknoten ist kommunikativ mit dem Host verbunden. Die Basis-, Feld- und Referenzknoten weisen jeweils eine drahtlose Wandlereinheit und einen drahtlosen Transceiver auf. Die drahtlosen Transceiver des Basis-, Feld- und Referenzknotens bewirken drahtlose Kommunikationen zwischen den Basis-, Feld- und Referenzknoten.
Der Feldknoten weist mindestens ein Feldgerät auf, das Prozesssteuerungsdaten bereitstellt. Der Referenzknoten weist eine geografische Positionierungsvorrichtung auf, die angepasst ist, die geografische Position des Referenzknotens zu bestimmen. Der Referenzknoten weist auch eine Hochfrequenz-Leistungseinstellvorrichtung auf, die sich auf mindestens einem der Basis- und Referenzknoten befindet. Die Hochfrequenz-Leistungseinstellvorrichtung ist angepasst, die geografische Position eines jeden der Basis- und Feldknoten in Bezug auf den Referenzknoten zu bestimmen und Hochfrequenz-Leistungseinstellungen der drahtlosen Transceiver von mindestens einem der Basis- der Feld- und der Referenzknoten unter Verwendung der geografischen Position des mindestens einen der Basis- und Feldknoten zu bestimmen.
In einer weiteren Verfeinerung weist ein Verfahren zur Überwachung eines drahtlosen Prozesssteuerungsnetzwerks auf: Empfangen eines geografischen Positionsdatums von einem Referenzknoten; Empfangen von Umgebungsdaten von einem oder mehreren Umgebungs-Feldgeräten des Referenzknotens; drahtloses Übertragen der Umgebungsdaten und der geografischen Positionsdaten an einen kommunikativ mit einem Host verbundenen Basisknoten; Interpretieren der Umgebungsdaten und der geografischen Positionsdaten am Host, Senden eines Befehls vom Host zum Basisknoten zur Einstellung mindestens eines Betriebsparameters des drahtlosen Netzwerks auf der Grundlage der Umgebungsdaten und der geografischen Positionsdaten sowie drahtloses Übertragen des Befehls vom Basisknoten zu mindestens einem mit einem Feldgerät verbundenen Feldknoten.
Andere Vorteile und Merkmale werden bei der Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung und der unabhängigen Ansprüche sowie bei Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein vollständigeres Verständnis dieser Offenlegung sollte nicht auf die detaillierter in den begleitenden Zeichnungen dargestellten und nachstehend anhand von Beispielen beschriebenen Ausführungen Bezug genommen werden. In den Zeichnungen:
ist 1 ein kombiniertes Blockdiagramm und eine Schemazeichnung eines konventionellen, festverdrahteten, verteilten Steuerungssystems;
ist 2 ein kombiniertes Blockdiagramm und eine Schemazeichnung eines entsprechend dieser Offenlegung konstruierten drahtlosen Kommunikationsnetzwerks innerhalb eines Teils einer Prozessumgebung;
ist 3 ein Diagramm eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerks innerhalb einer Prozessumgebung, das sowohl drahtlose Mesh- als auch drahtlose Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen darstellt;
ist 4 ein Blockdiagramm eines für eine Mesh- und Punkt-zu-Punkt-Kommunikation geeigneten Geräts, das verwendet werden kann, um innerhalb des Kommunikationsnetzwerks in 3 zwischen Mesh- und Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen umzuschalten;
ist 5 ein Beispiel einer geometrischen Topologie-Bildschirmanzeige, die von einem Analyse-Tool für drahtlose Netzwerke erzeugt wurde und die drahtlosen Kommunikationen zwischen verschiedenen Geräten innerhalb des entsprechend dieser Offenlegung konstruierten drahtlosen Kommunikationsnetzwerks veranschaulicht;
ist 6 eine beispielhafte Bildschirmanzeige, die in Tabellenform dargestellt und von einem Tool zur Analyse drahtloser Netzwerke erzeugt wurde. Sie zeigt die Anzahl der Schritte oder die Hop-Zählung zwischen jedem der drahtlosen Kommunikationsgeräte innerhalb eines offengelegten drahtlosen Kommunikationssystems;
ist 7 ein Beispiel einer Topologie-Bildschirmanzeige, die von einem Tool zur Analyse drahtloser Netzwerke erzeugt wurde, und veranschaulicht die drahtlosen Kommunikationen innerhalb einer Grafik eines Anlagengrundrisses, um einen Bediener oder anderen Anwender in die Lage zu versetzen, die spezifischen Kommunikationen, die innerhalb des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks stattfinden, sowie durch den Anlagengrundriss dargestellte potenzielle physikalische Hindernisse, zu betrachten;
ist 8 eine beispielhafte Bildschirmanzeige, die von einem offengelegten Tool zur Analyse drahtloser Netzwerke erzeugt wurde und einen Anwender oder Bediener in die Lage versetzt, den Kanalverlauf und die Kennzeichnung innerhalb des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks zu spezifizieren;
ist 9 eine beispielhafte Bildschirmanzeige, die von einem Tool zur Analyse drahtloser Netzwerke erzeugt wurde und grafische Anzeigen von Informationen über die drahtlosen Kommunikationen zwischen verschiedenen Geräten innerhalb des drahtlosen Kommunikationssystems darstellt, um einen Anwender oder Bediener in die Lage zu versetzen, die betrieblichen Fähigkeiten und Parameter des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks zu analysieren;
ist 10 ein Blockdiagramm eines drahtlosen Kommunikationsgeräts, das ein HART-Kommunikationsprotokoll drahtlos mittels eines zweiten Kommunikationsprotokolls wie beispielsweise des EMBER^®-Protokolls implementiert;
ist 11 ein kombiniertes Blockdiagramm und eine Schemazeichnung eines entsprechend dieser Offenlegung konstruierten drahtlosen Kommunikationsnetzwerks innerhalb eines Teils einer Prozessumgebung;
ist 12 ein Blockdiagramm eines Prozesses zum Initialisieren eines drahtlosen Kommunikationssystems, das aus einem Cluster drahtloser Kommunikationsgeräte gebildet wird, eine Routing-Tabelle und eine Leistungseinstellungstabelle aufweisend;
ist 13 eine beispielhafte Bildschirmanzeige, die einen Prozessumgebungsgrundriss mit drahtlosen Kommunikationsgeräten darstellt, die ein drahtloses Kommunikationssystem entsprechend dieser Offenlegung bilden;
ist 14 eine Tabelle, die eine zwischen drahtlosen Kommunikationsgeräten eines drahtlosen Kommunikationssystems berechnete Entfernung angibt, die durch einen Initialisierungsprozess entsprechend dieser Offenlegung bestimmt wurde;
ist 15 ein Beispiel einer geometrischen Topologie-Bildschirmanzeige, die von dem Prozess in 12 erzeugt wurde;
ist 16 ein Beispiel einer geometrischen Topologie-Bildschirmanzeige, die die drahtlosen Kommunikationen innerhalb einer Grafik eines Anlagengrundrisses darstellt und ein drahtloses Kommunikationssystem zeigt, das in dem Grundriss in 13 gebildet ist und Knotenpfade aufweist, die in 15 dargestellt sind, wobei jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit die Unterschiede zwischen Pfaden, die Richtungen der Pfade und die Pfadstärke zwischen den in 15 dargestellten Knoten nicht dargestellt sind;
ist 17 eine beispielhafte Bildschirmanzeige, die in der Tabellenform einer Kostenmatrix dargestellt ist und die Anzahl der Schritte oder die Hop-Zählungen zwischen jedem drahtlosen Kommunikationsgerät innerhalb des drahtlosen Kommunikationssystems in 15 veranschaulicht;
ist 18 ein Blockdiagramm eines Prozesses zum Einstellen der Leistungseinstellungstabelle oder der Routing-Tabelle als Reaktion auf Änderungen der gemessenen Umgebungsbedingungen entsprechend dieser Offenlegung;
ist 19 eine beispielhafte Bildschirmanzeige, die grafische Anzeigen von Informationen über das drahtlose Kommunikationssystem einschließlich der Konnektivität und der Hochfrequenz-Rauschstärke an verschiedenen drahtlosen Kommunikationsgeräten veranschaulicht;
ist 20 ein Beispiel einer Leistungseinstellungstabelle für drahtlose Kommunikationsgeräte in einem drahtlosen Kommunikationssystem und
sind 21 und 22 Beispiele einer Routing-Tabelle für ein Netzwerk-Cluster unter einer ersten Hochfrequenzrauschen-Bedingung und einer angepassten Routing-Tabelle unter einer zweiten Hochfrequenzrauschen-Bedingung, wobei beide Routing-Tabelle maximal zwei Schritte zwischen Knoten aufweisen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen nicht maßstäblich sind und dass die Ausführungen durch grafische Symbole, Phantomlinien, Diagrammdarstellungen und fragmentarische Ansichten veranschaulicht sind. In bestimmten Fällen wurden Details ausgelassen, die für ein Verständnis der offengelegten Ausführungen und Verfahren nicht erforderlich sind oder die die Wahrnehmung anderer Details erschweren würden. Diese Offenlegung ist nicht auf die spezifischen hierin dargestellten Ausführungen beschränkt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
1 zeigt ein typisches festverdrahtetes verteiltes Prozesssteuerungssystem 10, das eine oder mehrere Prozesssteuerungen 12 aufweist, die mit einem oder mehreren Host-Bedienrechnern oder Computern 14 (wobei es sich um jeden beliebigen Typ von Personal Computer oder Bedienrechner handeln kann) verbunden sind. Die Prozesssteuerungen 12 sind ebenfalls mit Batterien von Eingabe-/Ausgabe-(E/A-)Geräten 20, 22 verbunden, von denen jedes seinerseits mit einem oder mehreren Feldgeräten 25–39 verbunden ist. Die Steuerungen 12, bei denen es sich beispielsweise um DeltaV^TM-Steuerungen handeln kann, die von Fisher-Rosemount Systems, Inc., vertrieben werden, sind beispielsweise über eine Ethernet-Verbindung 40 oder eine andere Kommunikationsverbindung kommunikativ mit den Host-Computern 14 verbunden. Gleichermaßen sind die Steuerungen 12 mittels jeder gewünschten Hardware und Software beispielsweise in Verbindung mit Standard-4-20-mA-Geräten und/oder jedem intelligenten Kommunikationsprotokoll wie beispielsweise dem Feldbus-Protokoll oder dem HART-Protokoll kommunikativ mit den Feldgeräten 25–39 verbunden. Wie allgemein bekannt ist, implementieren oder überwachen die Steuerungen 12 darin gespeicherte oder auf sonstige Weise diesen zugeordnete Prozesssteuerungsroutinen und kommunizieren mit den Geräten 25–39, um einen Prozess auf jede gewünschte Weise zu steuern.
Die Feldgeräte 25–39 können jeder Typ von Gerät wie beispielsweise Sensoren, Ventile, Geber, Steller etc. sein, während die E/A-Karten 20 und 22 jeder Typ von E/A-Gerät sein können, das jedem gewünschten Kommunikations- oder Steuerungsprotokoll wie beispielsweise HART, Fieldbus, Profibus etc. entspricht. In der in 1 dargestellten Ausführung sind die Feldgeräte 25–27 Standard-4-20-mA-Geräte, die über analoge Leitungen mit der E/A-Karte 22A kommunizieren. Die Feldgeräte 28–31 sind als HART-Geräte dargestellt, die mit einem HART-kompatiblen E/A-Gerät 20A verbunden sind. Gleichermaßen sind die Feldgeräte 32–39 intelligente Geräte wie beispielsweise Fieldbus-Feldgeräte, die über einen digitalen Bus 42 oder 44 mit den E/A-Karten 20B oder 22B beispielsweise unter Verwendung von Fieldbus-Protokoll-Kommunikationen kommunizieren. Selbstverständlich könnten die Feldgeräte 25–39 und die Batterien von E/A-Karten 20 und 22 jedem anderen gewünschten Standard oder Protokoll bzw. allen anderen gewünschten Standards oder Protokollen neben den 4-20-mA-, HART- oder Fieldbus-Protokollen einschließlich aller in Zukunft entwickelter Standards oder Protokolle entsprechen.
Jede der Steuerungen 12 ist konfiguriert, eine Steuerungsstrategie mittels allgemein so genannter Funktionsblöcke zu implementieren, wobei jeder Funktionsblock ein Teil (beispielsweise eine Subroutine) einer umfassenden Steuerungsroutine ist und (über als Verbindungen bezeichnete Kommunikationswege) in Verbindung mit anderen Funktionsblöcken arbeitet, um Prozesssteuerungskreise innerhalb des Prozesssteuerungssystems 10 zu implementieren. Funktionsblöcke führen typischerweise eine der folgenden Funktionen aus: eine Eingabefunktion, die beispielsweise mit einem Geber, einem Sensor oder einem anderen Gerät zur Messung eines Prozessparameters verbunden ist, eine Steuerungsfunktion, die beispielsweise mit einer Steuerungsroutine verbunden ist, die eine PID-, Fuzzy-Logik- oder eine andere Steuerungsfunktion ausführt, oder eine Ausgabefunktion, die den Betrieb einer Einrichtung wie beispielsweise eines Ventils steuert, um eine physikalische Funktion innerhalb des Prozesssteuerungssystems 10 auszuführen. Selbstverständlich existieren hybride und andere Arten von Funktionsblöcken. Gruppen dieser Funktionsblöcke werden als Module bezeichnet. Funktionsblöcke und Module können in der Steuerung 12 gespeichert und von dieser ausgeführt werden, was typischerweise der Fall ist, wenn diese Funktionsblöcke für Standard-4-20-mA-Geäte und einige Typen von intelligenten Feldgeräten verwendet werden oder mit diesen verbunden sind, oder sie können in den Feldgeräten selbst gespeichert und von diesen implementiert werden, was bei Fieldbus-Geräten der Fall sein kann. Während das in 1 dargestellte Steuerungssystem 10 hier so beschrieben wird, dass es eine Funktionsblock-Steuerungsstrategie verwendet, könnte die Steuerungsstrategie auch unter Verwendung anderer Konventionen wie beispielsweise Leiterlogik, Ablaufsprache etc. sowie unter Verwendung jeder gewünschten proprietären oder nicht-proprietären Programmiersprache implementiert oder konstruiert werden.
Wie aus der Diskussion von 1 ersichtlich, werden die Kommunikationen zwischen den Host-Bedienrechnern 14 und den Steuerungen 12 sowie zwischen den Steuerungen 12 und den Feldgeräten 25–39 mit festverdrahteten Kommunikationsverbindungen einschließlich einer oder mehrerer festverdrahteter HART-, Fieldbus- und 4-20-mA-Kommunikationsverbindungen implementiert. Wie vorstehend angemerkt, ist es jedoch wünschenswert, die festverdrahteten Kommunikationsverbindungen innerhalb der Prozessumgebung in 1 durch drahtlose Kommunikationen auf eine Art und Weise zu ersetzen oder zu ergänzen, die zuverlässig ist, die leicht einzurichten und zu konfigurieren ist, die einen Bediener oder anderen Anwender in die Lage versetzt, die Funktionsfähigkeiten des drahtlosen Netzwerks zu analysieren oder zu betrachten etc.
2 zeigt ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk 60, das verwendet werden kann, um Kommunikationen zwischen den verschiedenen in 1 dargestellten Geräten und insbesondere zwischen den Steuerungen 12 (oder den zugeordneten E/A-Geräten 22) in 1 und den Feldgeräten 25–39, zwischen den Steuerungen 12 und den Host-Bedienrechnern 14 oder zwischen den Host-Bedienrechnern 14 und den Feldgeräten 25–39 in 1 zur Verfügung zu stellen. Es ist jedoch ersichtlich, dass das drahtlose Kommunikationsnetzwerk 60 in 2 verwendet werden könnte, um Kommunikationen zwischen allen anderen Typen oder Sätzen von Geräten innerhalb einer Prozessanlage oder einer Prozessumgebung zur Verfügung zu stellen.
Das Kommunikationsnetzwerk 60 in 2 ist als verschiedene Kommunikationsknoten einschließlich eines oder mehrerer Basisknoten 62, eines oder mehrerer Wiederholerknoten 64, eines oder mehrerer Umgebungsknoten 66 (in 2 als Knoten 66a und 66b dargestellt) und eines oder mehrerer Feldknoten 68 (in 2 als Knoten 68a, 68b und 68c dargestellt) aufweisend dargestellt. Allgemein gesagt, arbeiten die Knoten des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 60 als Kommunikationsnetzwerk vom Mesh-Typ, wobei jeder Knoten eine Kommunikation empfängt, feststellt, ob die Kommunikation letztlich für diesen Knoten bestimmt ist, und, falls dies nicht der Fall ist, die Kommunikation wiederholt oder zu beliebigen anderen Knoten innerhalb des Kommunikationsbereichs weiterleitet. Bekanntlich kann jeder Knoten in einem Mesh-Netzwerk mit jedem anderen Knoten im Bereich kommunizieren, um Kommunikationen innerhalb des Netzwerks weiterzuleiten, und ein bestimmtes Kommunikationssignal kann multiple Knoten durchlaufen, bis es am gewünschten Ziel ankommt.
Wie in 2 dargestellt, weist der Basisknoten 62 einen Bedienrechner oder einen Host-Computer auf oder ist kommunikativ mit diesem verbunden, der beispielsweise jeder der Hosts oder Bedienrechner 14 in 1 sein kann. Während der Basisknoten 62 als mit dem Bedienrechner 70 über eine festverdrahtete Ethernet-Verbindung 72 verbunden dargestellt ist, kann statt derer jede andere Kommunikationsverbindung verwendet werden. Wie später ausführlicher beschrieben wird, weist der Basisknoten 62 eine drahtlose Wandler- oder Kommunikationseinheit 74 und einen drahtlosen Transceiver 76 auf, um drahtlose Kommunikationen über das Netzwerk 60 zu bewirken. Insbesondere nimmt die drahtlose Wandlereinheit 74 Signale von dem Bedienrechner oder Host 70 und kodiert diese Signale in ein drahtloses Kommunikationssignal, das sodann über das Netzwerk 60 über den Senderteil des Transceivers 76 gesendet wird. Im entgegen gesetzten Fall dekodiert die drahtlose Wandlereinheit 74 über den Empfängerteil des Transceivers 76 empfangene Signale, um festzustellen, ob das betreffende Signal für den Basisknoten 62a bestimmt ist; falls dies der Fall ist, dekodiert sie das Signal weiter, um die drahtlose Kodierung zu entfernen, um das vom Sender an einem anderen Knoten 64, 66 oder 68 innerhalb des Netzwerks 60 generierte Originalsignal zu erzeugen.
Wie ersichtlich, weist auf ähnliche Weise jeder der anderen Kommunikationsknoten einschließlich der Wiederholerknoten 64, der Umgebungsknoten 66 und der Feldknoten 68 eine Kommunikationseinheit 74 und einen drahtlosen Transceiver 76 zum Kodieren, Senden und Dekodieren von über das drahtlose Mesh-Netzwerk 60 gesendete Signale auf. Während die verschiedenen Typen von Knoten 64, 66, 68 innerhalb des Kommunikationsnetzwerks 60 sich auf einige wichtige Arten unterschieden, arbeitet jeder dieser Knoten grundsätzlich, um drahtlose Signale zu empfangen, das Signal ausreichend zu dekodieren, um zu bestimmen, ob das Signal für den betreffenden Knoten (oder ein Gerät außerhalb des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 60, das mit dem betreffenden Knoten verbunden ist) bestimmt ist, und um das Signal zu wiederholen oder erneut zu übertragen, wenn das Signal nicht für den betreffenden Knoten bestimmt ist und von dem betreffenden Knoten nicht zuvor übertragen worden war. Auf diese Weise, werden Signale von einem Ursprungsknoten zu allen Knoten innerhalb des drahtlosen Kommunikationsbereichs gesendet, wobei jeder der Knoten im Bereich, der nicht der Zielknoten ist, sodann das Signal weiter zu allen anderen Knoten innerhalb des Bereichs des betreffenden Knotens sendet und wobei der Prozess andauert, bis das Signal an alle Knoten innerhalb des Bereichs mindestens eines anderen Knotens gesendet wurde.
Der Wiederholerknoten 64 arbeitet jedoch, um einfach Signale innerhalb des Kommunikationsnetzwerks 60 zu wiederholen, um auf diese Weise ein Signal von einem Knoten durch den Wiederholerknoten 64 zu einem zweiten Knoten 62, 66 oder 68 weiterzuleiten. Im Grunde besteht die Funktion des Wiederholerknotens 64 darin, als Verbindung zwischen zwei verschiedenen Knoten zu fungieren, um zu gewährleisten, dass ein Signal in der Lage ist, sich zwischen den beiden verschiedenen Knoten fortzupflanzen, wenn sich diese Knoten nicht oder möglicherweise nicht innerhalb des direkten drahtlosen Kommunikationsbereichs miteinander befinden. Da der Wiederholerknoten 64 nicht grundsätzlich an andere Geräte an dem Knoten gekoppelt ist, braucht der Wiederholerknoten 64 ein empfangenes Signal lediglich ausreichend zu dekodieren, um zu bestimmen, ob es sich bei dem Signal um ein Signal handelt, das zuvor von dem Wiederholerknoten wiederholt worden war (d. h. ein Signal, das von dem Wiederholerknoten zu einem früheren Zeitpunkt gesendet wurde und das am Wiederholerknoten lediglich aufgrund der Wiederholerfunktion eines anderen Knotens im Kommunikationsnetzwerk 60 erneut empfangen wurde). Wenn der Wiederholerknoten ein bestimmtes Signal nicht zuvor empfangen hat, arbeitet der Wiederholerknoten 64 lediglich, um dieses Signal zu wiederholen, indem er das betreffende Signal erneut über den Transceiver 74 des Wiederholerknotens 64 sendet.
Andererseits ist jeder der Feldknoten 68 grundsätzlich mit einem oder mehreren Geräten innerhalb der Prozessanlagenumgebung und, allgemein gesagt, mit einem oder mehreren Feldgeräten, die als Feldgeräte 80–85 in 2 dargestellt sind, gekoppelt. Die Feldgeräte 80–85 können jeder Typ von Feldgerät einschließlich beispielsweise Vier-Draht-Geräten, Zwei-Draht-Geräten, HART-Geräten, Fieldbus-Geräten, 4-20-mA-Geräten, intelligenten oder unintelligenten Geräten etc. sein. Zum Zwecke der Veranschaulichung sind die Feldgeräte 80–85 in 2 als HART-Feldgeräte entsprechend dem HART-Kommunikationsprotokoll dargestellt. Selbstverständlich können die Geräte 80–85 jeder Typ von Gerät wie beispielsweise ein Sensor/Gebergerät, ein Ventil, ein Schalter etc. sein. Darüber hinaus können die Geräte 80–85 andere als traditionelle Feldgeräte wie beispielsweise Steuerungen, E/A-Geräte, Bedienrechner oder alle anderen Typen von Geräten sein.
Auf jeden Fall weist der Feldknoten 68a, 68b, 68c Signalleitungen auf, die an ihren jeweiligen Feldgeräte 80–85 angeschlossen sind, um Kommunikationen von den Feldgeräten 80–85 zu empfangen und Kommunikationen an diese zu senden. Selbstverständlich können diese Signalleitungen direkt mit den Geräten 80–85, in diesem Fall mit einem HART-Gerät, oder mit den Standard-HART-Kommunikationsleitungen verbunden sein, die bereits an die Feldgeräte 80–85 angeschlossen sind. Falls gewünscht, können die Feldgeräte 80–85 mit anderen Geräten wie beispielsweise den E/A-Geräten 20A oder 22A in 1 oder allen anderen gewünschten Geräten über festverdrahtete Kommunikationsleitungen zusätzlich zu der Verbindung mit den Feldknoten 68a, 68b, 68c verbunden sein. Darüber hinaus kann, wie in 2 dargestellt, jeder bestimmte Feldknoten 68a, 68b, 68c mit einer Mehrzahl von Feldgeräten verbunden werden (wie in Bezug auf den Feldknoten 68c dargestellt, der mit vier verschiedenen Feldgeräten 82–85 verbunden ist) und jeder Feldknoten 68a, 68b, 68c arbeitet, um Signale zu den Feldgeräten 80–85, mit denen er verbunden ist, weiterzuleiten und Signale von diesen zu empfangen.
Um als Unterstützung bei der Verwaltung im Betrieb des Kommunikationsnetzwerks 60 zu dienen, werden die Umgebungsknoten 66 verwendet. In diesem Fall weisen die Umgebungsknoten 66a und 66b Geräte oder Sensoren 90–92 auf oder sind kommunikativ mit diesen verbunden, die Umgebungsparameter wie beispielsweise Feuchtigkeit, Temperatur, barometrischen Druck, Regenfall, Hochfrequenz-Hintergrundrauschen oder beliebige andere Umgebungsparameter messen, die die im Kommunikationsnetzwerk 60 stattfindenden drahtlosen Kommunikationen beeinträchtigen können. Wie nachstehend ausführlicher diskutiert wird, sind diese Informationen bei der Analyse und Vorhersage von Problemen innerhalb des Kommunikationsnetzwerks von Nutzen, da viele Störungen in drahtlosen Kommunikationen zumindest zum Teil auf Umgebungsbedingungen zurückzuführen sind. Falls gewünscht, können die Umgebungssensoren 90–92 jede Art von Sensor sein und sie können beispielsweise HART-Sensoren/Geber, 4-20-mA-Sensoren oder On-Board-Sensoren jeder Konstruktion oder Konfiguration sein. Selbstverständlich kann jeder Umgebungsknoten 66a, 66b einen oder mehrere Umgebungssensoren 90–92 aufweisen und verschiedene Umgebungsknoten können, falls gewünscht, dieselben oder verschiedene Typen oder Arten von Umgebungssensoren aufweisen. Gleichermaßen können, falls gewünscht, einer oder mehrere der Knoten 66a, 66b ein Gerät 93 zur Messung elektromagnetischen Umgebungsrauschens aufweisen, um die elektromagnetische Umgebungsgeräuschstärke insbesondere bei den Wellenlängen zu messen, die vom Kommunikationsnetzwerk 60 für die Übertragung von Signalen genutzt werden. Selbstverständlich kann, falls vom Kommunikationsnetzwerk 60 ein anderes als das Hochfrequenzspektrum genutzt wird, ein anderer Typ von Rauschmessgerät in einem oder mehreren der Umgebungsknoten 66 enthalten sein. Während weiterhin die Umgebungsknoten 66 in 2 als die Umgebungsmessgeräte oder Sensoren 90–93 aufweisend beschrieben sind, könnte jeder andere der Knoten 68 diese Messgeräte aufweisen, sodass ein Analysewerkzeug in der Lage sein kann, die Umgebungsbedingungen an jedem Knoten zu bestimmen, wenn der Betrieb des Kommunikationsnetzwerks 60 analysiert wird.
Mittels des Kommunikationssystems 60 in 2 kann eine auf dem Bedienrechner 70 laufende Anwendung Datenpakete drahtloser Daten an die drahtlose Wandlereinheit in Form der drahtlosen Basiskarte 74 senden und von dieser empfangen, wobei die drahtlose Basiskarte 74 in einer Standardsteuerung 75 am Basisknoten 62 enthalten ist. Diese Steuerung 75 kann beispielsweise eine DeltaV-Steuerung sein und die Kommunikationen können dieselben wie bei einer Standard-E/A-Karte über die Ethernet-Verbindung zu der DeltaV-Steuerung sein. Die E/A-Karte weist in diesem Fall die drahtlose Basiskarte 74 auf, obwohl diese sich hinsichtlich der Steuerung und der PC-Anwendung als Standard-HART-E/A-Karte darstellt.
In diesen Fall kodiert die drahtlose Karte 74 am Basisknoten 62 das Datenpaket für die drahtlose Übertragung und der Transceiver 76 am Basisknoten 62 überträgt das Signal. 2 veranschaulicht, dass das übertragene Signal direkt an einige der Feldknoten wie beispielsweise die Knoten 68a und 68b gehen kann, sich jedoch auch über den Wiederholerknoten 64 zu anderen Feldknoten wie beispielsweise den Knoten 68c fortpflanzen kann. Auf dieselbe Weise können an den Feldknoten 68 erzeugte und von diesen weitergeleitete Signale direkt zum Basisknoten 60 und zu anderen Feldknoten 66 gehen oder sie können durch andere Knoten wie beispielsweise den Wiederholerknoten 64 oder einen anderen Feldknoten übertragen werden, bevor sie zum Basisknoten 62 übertragen werden. Der Kommunikationspfad über das drahtlose Netzwerk 60 kann mithin durch einen Wiederholerknoten 64 verlaufen oder nicht und kann in jedem spezifischen Fall durch zahlreiche Knoten verlaufen, bevor er am Zielknoten ankommt. Wenn ein sendender Knoten in direkter Kommunikationsreichweite der Basiseinheit 62 ist, wird dieser die Daten direkt austauschen. Ob die Pakete durch einen Wiederholerknoten 64 laufen oder nicht, ist für den Endanwender oder selbst für die Karten-Firmware vollkommen transparent.
Es sei darauf hingewiesen, dass 2 eine Schemazeichnung ist und dass die Anordnung der Umgebungsknoten 66a, 66b in Bezug auf die Feldknoten 68a–68c nicht ihre tatsächliche Anordnung zueinander in einem realen Prozesssteuerungsbereich wiedergeben soll. Vielmehr sollen die Umgebungsknoten 66a, 66b (und andere, nicht abgebildete Umgebungsknoten oder ein einzelner Umgebungsknoten) auf logische und strategische Weise, wie in Abb. 7 dargestellt, innerhalb des Prozesssteuerungsbereichs angeordnet werden. Mit anderen Worten sollten die Umgebungsknoten 66 an räumlich auseinander liegenden Orten wie beispielsweise an gegenüberliegenden Seiten großer Hindernisse oder an Ausrüstungsteilen oder in der Nähe von Straßen, wo Störungen durch sich bewegende Fahrzeuge vorliegen können, angeordnet werden. Weiterhin sollten Umgebungsknoten gegebenenfalls sowohl in Räumen als auch im Freien angeordnet werden. Das Netzwerk der Umgebungsknoten 66 soll von den Basisknoten 62 und dem Host 70 als Mittel zur Überwachung des Betriebs des drahtlosen Netzwerks 60 und zum Modifizieren des Betriebs des Netzwerks 60 verwendet werden, indem Signalstärke, Verstärkung, Frequenz etc. erhöht oder reduziert werden.
Es ist ersichtlich, dass die Feldknoten 68 an verschiedenen Prozessstationen oder in deren Nähe angeordnet sind. Knoten 68 können wichtige Sicherheitsgeräte sein oder verwendet werden, um verschiedene Prozesse zu überwachen und/oder zu steuern. Weiterhin ist es möglich, mehr als einen Wiederholerknoten 64 zu verwenden und 2 stellt in der Tat lediglich ein Beispiel dar, da festgestellt werden kann, dass lediglich ein einzelner Umgebungsknoten 66 erforderlich ist, dass mehr als ein oder kein Wiederholerknoten 64 benötigt wird und dass weniger als drei oder mehr als drei Feldknoten 68 erforderlich sind.
Wie in 3 und 4 dargestellt, wird davon ausgegangen, dass es erforderlich sein kann, das drahtlose Netzwerk 60 in 2 zwischen der Mesh- und Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsbetriebsart hin- und herzuschalten. 3 zeigt ein Netzwerk 100 mit einem Basisknoten 101, der sich mit den Wiederholerknoten 102a, 102b, 102c in Kommunikation befindet. Die Wiederholerknoten 102a–102c befinden sich ihrerseits in Kommunikation mit einer Mehrzahl oder einem Cluster entweder von Umgebungsknoten oder von Feldknoten oder einer Kombination beider, wie dies generell an 104 dargestellt ist. Ein drahtloses Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem für 3 ist als durchgezogene Linie dargestellt, während eine alternative Mesh-Konfiguration als durchgezogene Linie dargestellt ist.
In 4 ist ein Schaltergerät 105 schematisch dargestellt, das zusätzlich zu dem drahtlosen Transceiver (nicht dargestellt) im Basismodul 101 enthalten sein kann. Der Schalter 105 dient dem Zweck, das Netzwerk 100 von einem drahtlosen Mesh-Netzwerk entsprechend den gestrichelten Linien in 3 in ein drahtloses Punkt-zu-Punkt-Netzwerk, wie es beispielsweise durch die durchgezogene Linie in 3 dargestellt ist, umzuschalten. Selbstverständlich können die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen auf jede Art und Weise konfiguriert werden und die in 3 dargestellten durchgezogenen Linien sind lediglich ein Beispiel. Das in 4 dargestellte Schaltergerät 105 kann ein elektronisches Schalterelement 106 aufweisen, das das Gerät 105 zwischen einem drahtlosen Mesh-Transceiver 76a und einem drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Transceiver 76b umschaltet.
Wie oben festgestellt, weist das beschriebene Netzwerk 60 einen Basisknoten 62 und einen Host 70 auf, der programmiert werden kann, eine Vielzahl grafischer Schnittstellen zur Verfügung zu stellen, die für den Bediener von Nutzen sein können. Beispiele für derartige grafische Schnittstellen sind in 5–9 dargestellt.
In 5 wird eine geometrische Topologie-Bildschirmanzeige 110 offengelegt, die ein drahtloses Netzwerk zwischen einem Basisknoten BA und einer Mehrzahl anderer Knoten zeigt, bei denen es sich um einen oder mehrere Wiederholerknoten, Feldknoten und Umgebungsknoten handeln kann, die in 5 als 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10 (OA) und 11 (OB) nummeriert sind. Die Topologieanzeige 110 in 5 zeigt eine erfolgreiche Kommunikation zwischen zwei Knoten mit einer durchgezogenen, dunklen Linie, für die ein Beispiel die Kommunikation zwischen dem Basisknoten BA und dem Knoten 7 ist. Eine erfolgreiche Kommunikation in lediglich einer Richtung wird durch die hellere Linie mit den Kreuzschraffuren dargestellt, für die ein Beispiel die Linie zwischen den Knoten 03 und 10 (OA) ist. Eine nicht erfolgreiche Kommunikation wird durch eine gestrichelte oder unterbrochene Linie dargestellt, für die ein Beispiel die fehlende Kommunikation ist, die durch die gestrichelte Linie zwischen den Knoten 05 und 11 (OB) dargestellt ist. 5 zeigt weiterhin die "Hop-Zählung" zwischen Knoten. Betrachtet man beispielsweise die Knoten 04 und 07 zeigt die gestrichelte oder unterbrochene Linie zwischen den Knoten 04 und 07 in 5, dass keine direkte drahtlose Kommunikation zwischen den Knoten 04 und 07 besteht, während eine Kommunikation zwischen den Knoten 04 und 05 und eine Ein-Weg-Kommunikation zwischen den Knoten 05 und 07 besteht. Für die Ein-Weg-Kommunikation zwischen den Knoten 04 und 07 ergibt sich mithin eine Hop-Zählung von 2 (Knoten 04 zu Knoten 05 und Knoten 05 zu Knoten 07). Alternativ ergibt sich für die Zwei-Weg-Kommunikation zwischen den Knoten 04 und 07 ergibt ebenfalls eine Hop-Zählung von 2 (Knoten 07 zu Knoten 03 und Knoten 03 zu Knoten 04). Je niedriger die Hop-Zählung ist, desto besser und zuverlässiger ist selbstverständlich die Kommunikation.
Die Hop-Zählungen für das in 5 dargestellte Netzwerk sind in tabellarischer Form in 6 dargestellt. Die in 5 als 10 und 11 bezeichneten Knoten sind in 6 als OA und OB bezeichnet. Der Basisknoten BA kommuniziert direkt über OB mit den Knoten 03, sodass die Hop-Zählung zwischen dem Basisknoten BA und jedem Knoten von 03 bis OB beträgt somit eins, wie aus der obersten Zeile der in 6 dargestellten Tabelle ersichtlich. Betrachtet man die zweite Zeile der Tabelle in 6 erkennt man, dass die Hop-Zählung zwischen Knoten 03 und jedem beliebigen der anderen Knoten ebenfalls 1 beträgt, da Knoten 03 in 5 keine von ihm abgehenden gestrichelten Linien aufweist. Betrachtet man jedoch die dritte Zeile der Tabelle 6 sowie
5, stellt man fest, dass Knoten 04 eine gestrichelte Linie aufweist, die sich zwischen Knoten 04 und Knoten 07 erstreckt, sodass eine direkte Kommunikation zwischen Knoten 04 und Knoten 07 nicht möglich ist. Um eine Verbindung von Knoten 04 zu Knoten 07 herzustellen, verläuft die Kommunikation durch Knoten 05 und ergibt eine Hop-Zählung von 2. Da eine helle, kreuzschraffierte Linie zwischen Knoten 04 und Knoten 09 in 5 vorliegt, ist darüber hinaus eine direkte Zwei-Weg-Kommunikation zwischen den Knoten 04 und Knoten 09 nicht möglich. Dementsprechend muss die Kommunikation für eine Zwei-Weg-Kommunikation zwischen den Knoten 04 und 09 durch den Knoten 08 verlaufen, wie dies in der Tabelle in 6 dargestellt ist. Alle in 6 in einem Kreis dargestellten Eintragungen bezeichnen eine Hop-Zählung von 2.
7 stellt eine Topologiekarte ähnlich der in 5 dargestellten Karte als Überlagerung einer Karte für eine reale Prozessumgebung dar. Insbesondere ist jeder Punkt der Ort eines der 9 in 5 dargestellten und in der Tabelle in 6 aufgeführten Knoten. 7 bietet dem Bediener die Möglichkeit, die drahtlosen Konnektivitäten innerhalb des Kontextes der realen Betriebsumgebung zu betrachten. Referenzpunkte für ein globales Positionierungssystem sind als 111, 112 bezeichnet, sodass sich die tatsächlichen Entfernungen zwischen den Knoten bestimmen lassen.
Die Feldgeräte 80–85 und 90–93 in 8 können sich gegenüber dem Basisknoten 62 oder dem Host 70 als Standard-HART-Gerät darstellen. Auf diese Weise können Standardanwendungen wie beispielsweise AMS-Software nahtlos auf dem drahtlosen Netzwerk 60 laufen. Um die AMS-Software nutzen zu können, müssen die drahtlosen Feldknoten 66 und 68 wissen, wie Botschaften zu routen sind. Dies wird durch Verwendung einer Routing-Karte 120 der in 8 dargestellten Art erreicht. Die Karte 120 ist im nichtflüchtigen Speicher der Basiseinheit 62 gespeichert, könnte jedoch auch im Speicher des Host 70 gespeichert sein. Das tatsächliche Routing nutzt die Vorteile der Integration einer Basiskarte, die mit einer 8-Kanal-HART-Karte identisch ist. Das Routing-Tool bildet sodann 8 virtuelle HART-Kanäle auf abgesetzte Feldknoten und ihre Kanäle ab. 8 zeigt eine Abbildungskonfiguration für 8 verschiedene Geräte. Jeder drahtlose Knoten vom Feldtyp kann 4 verschiedene HART-Kanäle aufweisen, obwohl das Feldgerät eine eindeutige ID besitzt. Der tatsächliche Zielkanal ist in das drahtlose Paket eingebettet. Jede ID für jede drahtlose Einheit basiert auf 2 Bytes.
Das erste Byte ist die Netzwerknummer und entspricht einem realen Funkkanal in der drahtlosen Schnittstelle. Die Zahl des ersten Bytes kann von 1 bis 12 reichen. Das zweite Byte ist die Kennzeichnung des Knotens im Netzwerk und kann von 1 bis 15 reichen. Bei erstmaliger Initialisierung eines Knotens ist dessen Defaultadresse 010F, was für Netzwerk 1, Adresse 15 steht. Die Ausnahme von diesem Adressschema ist die Basiseinheit, deren erstes Byte immer BA ist und deren zweites Bytes für das Netzwerk steht, in dem sich das Gerät befindet.
9 zeigt eine andere grafische Darstellung 130 für eine Anzeige am Host 70 (1). Es sind 4 Kurven übereinander angeordnet, wobei die Zeit auf der X-Achse aufgetragen ist. Die oberste Kurve 131 stellt eine Gesamt-Hop-Zählung für das gesamte System dar, die, wie dargestellt, bei etwa 72 oder knapp darunter liegt. Eine Erhöhung der Hop-Zählung würde eine Warnung für den Bediener erzeugen. Die anderen Kurven in 9 stellen Umgebungsinformationen vorn in 2 dargestellten Umgebungsknoten 66 zur Verfügung. Die Kurve 132 stellt eine Anzeige des barometrischen Drucks dar; die Kurve 133 stellt eine Anzeige der Feuchtigkeit dar und die Anzeige 134 stellt eine Anzeige des allgemeinen Hochfrequenz-Hintergrundrauschens innerhalb des Betriebsfrequenzbereichs dar. Andere, in 9 nicht dargestellte Umgebungsanzeigen könnten Temperatur und Regenfall sein.
In 10 stellt man fest, dass viele der in 2 dargestellten Geräte 80–85 HART-Feldgeräte wären und dass der Feldknoten 68 mithin ein HART-Signal entweder an einen Wiederholerknoten 64 oder direkt an einen Wandlerknoten 140 senden wird, der in der in 10 dargestellten Ausführung ein separates Element sein oder einen Teil des Basisknotens 62 umfassen kann. Ein HART-Signal kann ebenfalls von einem Umgebungsknoten 66 gesendet werden, wie dargestellt. Der Wandlerknoten 140 weist Software auf, um das HART-Signal in ein anderes Protokoll zu wandeln wie beispielsweise das EMBER-Protokoll, das in Verbindung mit Software für drahtlose Netzwerke auf geringem Energieniveau und in Verbindung mit Funktechnologie eingesetzt wird. Siehe http://www.ember.com/. Selbstverständlich stehen andere Protokolle zur Verfügung und sind dem technisch Versierten bekannt. Der Wandlerknoten 140 wandelt an 141 das HART-Signal in ein EMBER-Datenpaket. Das Datenpaket weist eine Ursprungsbezeichnung 142 und eine Zielbezeichnung 143 auf, die von Software entweder im Basisknoten 62 oder im Wandlerknoten 140 bestimmt wird. Die HART-Botschaft 144 wird zwischen den Ursprungsdaten 142 und den Zieldaten 143 verpackt. Das Signal wird sodann an einen Routing-Knoten 145 gesendet, der aus der Zielinformation 143 ermittelt, an welches Objektgerät 146 die Daten zu senden sind. Der Routing-Knoten 145 überträgt sodann die Daten über einen oder mehrere Wiederholer 64 und/oder Feldknoten 68 zum Objektgerät 146. Ein Softwaretyp, der für die Wandlung des Feldgerätesignals von einem Protokoll (HART) in ein anderes Protokoll eingesetzt werden könnte, ist die von Acugen vertriebene GTS-Software. (http: //www.acugen.com/its.htm).
Allgemein gesagt, sind Prozesssteuerungsumgebungen weniger dynamisch im Hinblick auf die Erstinstallation und dauerhafte Anordnung von Feldgeräten wie beispielsweise intelligenten Ventilen etc. Es kann daher möglich sein, auf der Grundlage der ursprünglichen Standorte der Feldgeräte eine Erstkonfiguration drahtloser Knoten zu ermitteln, die an Feldgeräten installiert sind, wobei diese Knotenkonfigurationen in die drahtlosen Knoten heruntergeladen werden können. Da die meisten auf dem Markt erhältlichen drahtlosen Knoten eine Anzahl verschiedener Konfigurationseinstellungen einschließlich Pfad-Routing-Tabellen und Einstellungen der Übertragungsleistung unterstützen, kann die ursprüngliche Konfigurationseinstellung im Lauf der Zeit auf der Grundlage geänderter Standorte, Veränderungen der Signaturen des Hochfrequenzrauschens im Lauf der Zeit oder anderer bestimmender Umgebungsfaktoren aktualisiert werden.
Eine alternative Ausführung des Kommunikationsnetzwerks 60, die die Informationen bezüglich der Standorte der verschiedenen drahtlosen Knoten nutzt, um Konfigurationseinstellungen der drahtlosen Knoten und des Netzwerks zu bestimmen, ist in 11 dargestellt. Insbesondere zeigt 11 ein modifiziertes drahtloses Kommunikationsnetzwerk 200 (wobei Komponenten, die denen des Netzwerks 60 ähnlich sind, dieselben Referenznummern tragen), das einen Referenzknoten 210 einschließlich einer geografischen Positionierungsvorrichtung aufweist, die verwendet werden kann, um die geografische Position des Referenzknotens in Bezug auf eine Mehrzahl anderer Knoten zu bestimmen. Das Kommunikationsnetzwerk 200 kann weiterhin einen oder mehrere Basisknoten 62, einen oder mehrere Wiederholerknoten 64, einen oder mehrere Umgebungsknoten 66 (in 11 als 66a und 66b dargestellt) und einen oder mehrere Feldknoten 68 (in 11 als 68a, 68b und 68c dargestellt) aufweisen. Die Funktionsweise dieser Knoten wird in der obigen 2 detaillierter beschrieben.
Der Referenzknoten 210 kann ein tragbarer Knoten wie beispielsweise ein Handheld-Gerät sein, das in der Lage ist, an verschiedenen Orten im drahtlosen Kommunikationsnetzwerk 200 angeordnet zu sein. Der Referenzknoten 210 kann einen Transceiver 212 aufweisen, der verwendet werden kann, um mit einem oder mehreren der verschiedenen drahtlosen Knoten zu kommunizieren, die im Kommunikationsnetzwerk 200 angeordnet sind, sowie einen Transceiver 214 eines geografischen Positionierungssystems (GPS), der verwendet werden kann, um mit einem Satelliten zu kommunizieren, der dem Referenzknoten 210 ein geografisches Positionierungssignal zur Verfügung stellt Eine geografische Positionierungsvorrichtung 214 am Referenzknoten 210 kann verwendet werden, um den Standort des Referenzknotens 210 und eines oder mehrerer der anderen Kommunikationsknoten im Kommunikationsnetzwerk 200 zu bestimmen. Eine Leistungseinstellvorrichtung 216 am Referenzknoten 210 kann verwendet werden, um Konfigurationseinstellungen des einen oder der mehreren anderen Kommunikationsknoten im Kommunikationsnetzwerk 200 zu bestimmen.
Es sei darauf hingewiesen, dass in der dargestellten Ausführung des Kommunikationsnetzes 200 sich die geografische Positionierungsvorrichtung 214 und die Leistungseinstellvorrichtung 216 zwar am Referenzknoten 210 befinden, dass sich jedoch in einer alternativen Ausführung die geografische Positionierungsvorrichtung 214 und die Leistungseinstellvorrichtung 216 an einem anderen Ort auf dem Kommunikationsnetzwerk 200 wie beispielsweise an jedem der anderen Knoten wie beispielsweise dem Basisknoten 62 für den Host 70, dem Wiederholerknoten 64 oder an jedem der anderen Knoten 66, 68 etc. befinden können. Es kann von Vorteil sein, die geografische Positionierungsvorrichtung 214 und die Leistungseinstellvorrichtung 216 im Referenzknoten 210 anzuordnen, da der Referenzknoten 210 ein tragbarer Knoten sein kann, der leicht ausgewechselt oder mit neuerer Software aktualisiert werden kann, etc.
Die geografische Positionierungsvorrichtung 214 kann von einem GPS-Programm implementiert werden, das im Speicher des Referenzknotens 210 gespeichert ist. Ein derartiges GPS-Programm kann jedes Mal aktiviert werden, wenn der Standort des Referenzknotens 210 geändert wird. Alternativ kann sich ein GPS-Programm in jedem vorher festgelegten Intervall bei einem GPS-Satelliten anmelden, um die Koordinaten des Referenzknotens 210 zu bestimmen. In einigen Beispielen kann der Referenzknoten 210 auch eine manuelle Steuerung als Vorrangsteuerung gegenüber der automatischen GPS-Anmeldung zur Verfügung stellen. Weiterhin kann das GPS-Programm des Referenzknotens 210 bei Aufbau einer Kommunikationsverbindung mit anderen Knoten ferngesteuert werden, um die Bedingungen, Frequenz etc. für die Anmeldung bei einem GPS-Satelliten einzustellen. Diese Steuerung kann beispielsweise auch eine Synchronisierung der Referenzknotenanmeldung mit anderen Knoten oder eine Synchronisierung der Referenzknotenanmeldung mit in einer Verarbeitungsumgebung vorhandenen Prozessen beinhalten.
Die Leistungseinstellvorrichtung 216 kann von einem Programm implementiert werden, das im Speicher des Referenzknotens 210 gespeichert ist. Die Leistungseinstellvorrichtung 216 kann in der Lage sein, die geografische Position des Referenzknotens 210 auf der Grundlage des GPS-Signals von der geografischen Positionierungsvorrichtung 214 zu bestimmen. Weiterhin ist die Leistungseinstellvorrichtung 216 gekoppelt, um ein Signal von einer Erfassungsvorrichtung 218 des Referenzknotens 210 zu empfangen. Die Erfassungsvorrichtung 218 kann eine Einrichtung zur Messung von Hochfrequenzrauschen sein, die beispielsweise in der Lage ist, Hochfrequenz-Rauschstärken am Referenzknoten 210 zu messen. In dem Beispiel einer Einrichtung zur Messung von Hochfrequenzrauschen kann die Leistungseinstellvorrichtung 216 als Antwort auf die Daten von der Erfassungsvorrichtung 218 Hochfrequenz-Leistungseinstellungen des Referenzknotens, des Basisknotens und/oder des Feldknotens bestimmen, um Änderungen der Hochfrequenz-Rauschstärke entgegenzuwirken. Derartige Informationen können in einer Leistungseinstellungstabelle oder in anderer Form im Speicher gespeichert und sodann an jeden der Knoten (Basis, Feld, Referenz etc.) des Netzwerks 200 zur Einstellung der Leistungspolitik kommuniziert werden.
In einigen Beispielen ist die Leistungseinstellvorrichtung 216 angepasst, die Entfernung des Referenzknotens 210 von anderen Knoten zu messen und aufzuzeichnen. Die Entfernung kann aus den GPS-Daten der geografischen Positionierungsvorrichtung 214 abgeleitet werden. Die Leistungseinstellvorrichtung 216 kann auf der Grundlage der an jedem der Mehrzahl von Orten gemessenen Stärken des Hochfrequenzrauschens und auf der Grundlage der Entfernungen zwischen Knoten einen optimalen Standort für den Referenzknoten, Basisknoten, Feldknoten etc. bestimmen.
Die Leistungseinstellvorrichtung 216 kann auch die Funktionalität eines Netzwerkkonfigurierungsschalters wie beispielsweise des Schaltergeräts 105 zur Verfügung stellen. Beispielsweise kann die Leistungseinstellvorrichtung 216 auf der Grundlage der an einer Mehrzahl von Orten gemessenen Stärken des Hochfrequenzrauschens und auf der Grundlage der Entfernungen zwischen Orten bestimmen, ob die Knoten des Netzwerks 200 als Mesh-Kommunikationsnetzwerk oder als Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsnetzwerk arbeiten sollten.
Die Einrichtung 218 zur Messung von Hochfrequenzrauschen kann programmiert werden, Stärken des Hochfrequenzrauschens über einen Zeitraum zu ermitteln, der voreingestellt oder während des Betriebs eingestellt werden kann. Die Leistungseinstellvorrichtung 216 kann programmiert werden, die Leistungseinstellungen der Transceiver der Knoten des Netzwerks auf der Grundlage der im Verlauf der Zeit erfassten Daten der Stärke des Hochfrequenzrauschens einzustellen. Beispielsweise können Leistungseinstellungen für jeden Knoten während des gesamten Tages oder über ein Wochenende etc. eingestellt werden, um tatsächliche oder vorhergesagte Veränderungen der Stärke des Hochfrequenzrauschens auszugleichen. Dies bedeutet, dass in einigen Beispielen die Einrichtung 218 zur Messung von Hochfrequenzrauschen angepasst werden kann, um auf der Grundlage zuvor erfasster Daten der Stärke des Hochfrequenzrauschens eine Vorhersagefunktion für das Hochfrequenzrauschen zu erzeugen.
Die Vorhersagefunktion kann beispielsweise Zunahmen der Hochfrequenzstärken vorhersagen, die an jedem Tag bei Sonnenaufgang auftreten. Bei Ausdehnung des Fensters für die Erfassung von Hochfrequenzdaten auf längere Zeiträume kann die Vorhersagefunktion weiterhin vorhersagen, wann an jedem Tag der Sonnenaufgang erwartet wird, da sich diese Zeit während des ganzen Jahres ändert. Dies ist selbstverständlich ein Beispiel und die Vorhersagefunktion kann programmiert werden, die Hochfrequenzstärke auf der Grundlage jeder Anzahl von Parametern vorherzusagen, die mit Veränderungen der gemessenen Hochfrequenzstärken korreliert werden können. Vorhersagewerte können auf jeder Zeitmaßeinheit wie beispielsweise Uhrzeit, Tage oder Woche, Tag des Monats etc. basieren.
In einigen Beispielen können Vorhersagewerte auf einem Zeitwert basieren, der mit einem bestimmten Ereignis synchronisiert ist oder von diesem ausgelöst wird, wie beispielsweise einem Zeitwert, der auf einer Uhr basiert, die bei einem bestimmten Verarbeitungsvorgang startet. Beispielsweise können in einer Verarbeitungsumgebung bestimmte Ereignisse wie beispielsweise eine Abschaltung oder ein Anlagenstillstand Muster der Stärke von Hochfrequenzrauschen auf vorhersehbare Weisen ändern, jedoch wäre der Zeitpunkt für diese Änderungen mit der Zeit des Ereignisses korreliert (und würde mithin darauf basieren) und nicht notwendigerweise mit einer bestimmten Uhrzeit, einer Woche, einem Monat etc.
Obwohl in den Beispielen Hochfrequenzrauschen diskutiert wird, kann die Messvorrichtung 218 eine Mehrzahl von Sensorgeräten aufweisen wie beispielsweise die eines Umgebungsknotens, wie oben beschrieben, einschließlich Sensoren für Temperatur, barometrischen Druck, Feuchtigkeit und Regenfall, oder die Messvorrichtung 218 kann ein beliebiges dieser Sensorgeräte aufweisen. Daten von diesen Sensoren können verwendet werden, um Leistungsstärken für die Geber an verschiedenen Knoten im Netzwerk beispielsweise auf der Grundlage einer Messung hochfrequenten Umgebungsrauschens einzustellen. In einigen Beispielen können die Sensordaten verwendet werden, um die Routing-Tabellen für das drahtlose Kommunikationssystem einzustellen und somit das Cluster von Knoten und Routing-Pfaden von den Knoten im drahtlosen Kommunikationssystem aufzustellen. Selbstverständlich können die Daten von den Sensoren für die Steuerung von Entscheidungen verwendet werden, die nicht mit Hochfrequenzmessungen in Beziehung stehen.
12 zeigt ein Flussdiagramm eines Leistungseinstellprogramms 250 zur Bestimmung der Leistungseinstellung der verschiedenen im Netzwerk 200 eingesetzten Transceiver. Wie im Falle der Vorrichtungen 212–218 kann das Leistungseinstellprogramm 250 auf jedem beliebigen Knoten des Netzwerks 200 implementiert werden. In einer Implementierung kann das Leistungseinstellprogramm 250 auf der Leistungseinstellvorrichtung 216 in Verbindung mit dem GPS-Transceiver 214 und der Erfassungsvorrichtung 218 implementiert werden, die sich auf dem Referenzknoten 210 befindet. Zum Zwecke der Erläuterung wird das Programm 250 unter Bezugnahme auf 13–17 erläutert.
Ein Block 252 führt das Urladen einer Anlagengrundrisskarte aus, die die verschiedenen Verarbeitungsorte, Einheiten etc. innerhalb der Anlage identifiziert. 13 zeigt eine beispielhafte Anlagengrundrisskarte 254, auf der verschiedene Orte bezeichnet sind. Der Block 252 bindet sodann die Anlagengrundrisskarte an ein GPS-Koordinatensystem an, das durch eine Reihe von als Geo2, Geo2, Geo3 und Geo4 bezeichneten GPS-Referenzpunkten definiert ist, die bekannte oder messbare Längen-, Breiten- und Höhenkoordinaten besitzen. Wie in 13 dargestellt, können diese GPS-Referenzpunkte die Grenzen setzen, innerhalb derer ein Referenzknoten positioniert werden kann, um optimale Positionen für Knoten in einem Netzwerk, Stärken von Hochfrequenzrauschen und Entfernungen zwischen Knoten zu messen.
Mit geladenen Grundrissdaten und definierten GPS-Koordinaten beginnt ein Block 256, verschiedene Referenzknoten wie beispielsweise die als BA, 01, 02, 03, 04, 05, 06, 08, 09, BA, 11 und 12 bezeichneten Knoten zu georeferenzieren. Der Block 256 kann über den GPS-Transceiver jeweils einen Knoten bei dem GPS-Satelliten anmelden. Der Block 256 kann die vom GPS-Satelliten empfangenen GPS-Daten mit gespeicherten Daten von anderen Knoten vergleichen, um eine Entfernung zwischen der gegenwärtigen Position des Referenzknotens und den verbleibenden anderen Knoten im Netzwerk zu ermitteln. Alternativ kann die Entfernung zwischen Knoten auf der Grundlage der gemessenen Signalstärke von anderen Knoten und des Abstandsgesetzes bestimmt werden. Beispielsweise kann jeder Knoten programmiert werden, periodisch knotenspezifische Kennzeichner entweder durch Verwendung einer kodierten Knotenkennzeichnerinformation auf dem übertragenen Signal, durch Zuordnung verschiedener Knoten zu verschiedenen Zeitfenstern für die Übertragung oder durch andere Techniken zu übertragen. Der Transceiver 212 kann ein Signal empfangen und den Quellknoten beispielsweise durch Dekodieren oder Zeitdivisionserkennung identifizieren und die Signalstärke messen, aus der die Entfernung zwischen dem Referenzknoten 210 und dem sendenden Knoten bestimmt werden kann.
14 zeigt ein Tabellenformular, das von dem Programm 250 erzeugt werden kann und das die Entfernungen zwischen Knoten in einem Netzwerk aufführt.
Nach der Anmeldung kann ein Block 258 die Stärken von Hochfrequenzrauschen am Referenzknoten 210 messen und diese Daten lokal am Referenzknoten 210 aufzeichnen und/oder diese Daten zur zentralen Aufzeichnung an eine Host-Maschine wie beispielsweise die Maschine 70 senden.
Wenn der Referenzknoten Sensoren für Umgebungsbedingungen aufweist, misst der Block 260 diese Bedingungen und zeichnet diese auf. Wie auch im Falle der anderen Funktionssteuerungseinheiten, die innerhalb des beispielhaften Referenzknotens 210 in 12 dargestellt sind, kann der Umgebungssensor außerhalb des Referenzknotens, beispielsweise an einem Umgebungsknoten innerhalb des Netzwerks, angeordnet sein. Von hier aus bestimmt ein Block 262, ob zusätzliche Referenzknotenbeobachtungen zu messen sind. Falls dem so ist, kehrt das Programm 250 zu Block 256 zurück. Wenn der Block 256 programmiert ist, Georeferenzdaten jeweils immer nur für einen Knoten zu messen, kann der Block 262 bestimmen, ob irgendwelche verbleibenden Knoten (beispielsweise die Knoten BA oder 01–12 in 13) georeferenziert werden müssen. Wenn keine zusätzlichen Beobachtungen benötigt werden, übergibt das Programm 250 die Kontrolle an den Block 264.
Der Block 264 bestimmt eine Leistungseinstellungstabelle auf der Grundlage der an den Blöcken 256–260 gemessenen Daten, um Leistungseinstellungen für die Knoten im Netz zu entwickeln. Der Block 264 kann diese Leistungseinstellungen auf der Grundlage tatsächlicher Stärken des Hochfrequenzrauschens oder anhand von Vorhersagefunktionen für das Hochfrequenzrauschen entwickeln, die an Block 264 aus den Daten des Blocks 258 ermittelt wurden. Der Block 264 kann auch den Netzwerkkonfigurationstyp beispielsweise als Mesh-Kommunikationsnetzwerk oder als Punkt-zu-Punkt-Konfigurationsnetzwerk bestimmen.
Der Block 264 kann einen Leistungseinstellalgorithmus implementieren, der die Ausgangsleistung an jedem Knoten gemeinsam oder einzeln selektiv einstellt, während der Effekt auf den Betrieb des Netzwerks gemessen wird. Beispielsweise kann der Block 264 die Ausgangsleistung an den Knoten zyklisch einstellen und gleichzeitig die resultierende Gesamt-Knotenzählung und die Gesamt-Hop-Zählung für das Netzwerk messen. Diese Gesamtwerte können mit Gesamtwerten verglichen werden, die bei anderen Leistungseinstellungen gemessen wurden, um eine optimale Leistungseinstellung bei einem gegebenen akzeptablen Netzwerkdeckungsbereich und minimaler Gesamt-Hop-Zählung zu bestimmen. Bestimmte Regionen können bei einem Anlagengrundriss höhere Priorität als andere Regionen aufweisen, sodass die Vergleiche bei verschiedenen Leistungseinstellungen auf gewünschte Weise gewichtet werden können. Aus diesen Vergleichen wird eine Leistungseinstellungstabelle erzeugt. Vor, während oder nach der Leistungseinstellung kann der Block 264 die Routing-Tabelle bestimmen, die einen gewünschten Netzwerkpfad für das drahtlose Kommunikationsnetzwerk wiedergibt. Die obigen Beschreibungen sind beispielhafte Beschreibungen der Anweisungen, die von dem Block 264 ausgeführt werden können. Der Block 264 kann mittels anderer Algorithmen und Techniken implementiert werden, um die Leistungseinstellungstabelle und die Routing-Tabelle zu bilden oder zu modifizieren.
Diese Bestimmungen aus dem Block 264 werden vom Block 266 an die Knoten des Netzwerks kommuniziert. Wenn beispielsweise Umgebungsbedingungen von einer Messvorrichtung auf einem abgesetzten Knoten wie beispielsweise dem Referenzknoten 210 oder dem Umgebungsknoten 66 gemessen werden, kann eine Leistungseinstellvorrichtung an einer zentralen Steuerungsstation wie beispielsweise einem Basisknoten eine Leistungseinstellungstabelle für sämtliche Knoten berechnen und auf diese Weise Leistungsstärken und Änderungen von Leistungsstärken über ein gegebenes Zeitfenster identifizieren. Nach Initialisierung des Netzwerks über das Programm 250 kann die zentralisierte Steuerung über den Block 266 die berechnete Leistungseinstellungstabelle an jeden der Knoten zur lokalen Speicherung und Leistungssteuerung kommunizieren.
In dem dargestellten Beispiel kann der Block 264 in der Lage sein, zusätzlich zu der Leistungseinstellungstabelle eine Routing-Tabelle zu berechnen. Der Routing-Tabellenpfad definiert ein Netzwerkcluster aus den georeferenzierten Knoten und insbesondere die möglichen Pfade von jedem Knoten zu jedem anderen Knoten. Eine Steuerung kann für ein Cluster von Knoten auf der Grundlage der gemessenen Stärken des Hochfrequenzrauschens oder anderer Umgebungsdaten, Leistungseinstellungen und gemessenen Entfernungen zwischen Knoten für eine Netzwerkkonfiguration (beispielsweise Mesh- oder Punkt-zu-Punkt-Kommunikation) feststellen und einstellen, ob diese Konfiguration über eine Routing-Tabelle identifiziert ist. Der Block 266 kann die berechnete Routing-Tabelle an jeden der Knoten zur lokalen Speicherung und Verwendung in drahtlosen Kommunikationen kommunizieren.
15 zeigt eine geometrische Topologie-Bildschirmanzeige 300 eines für die Anlagengrundrisskarte 254 definierten Netzwerkclusters. Nach dem Georeferenzieren eines jeden der in 13 dargestellten Knoten identifiziert der Block 264 bei der Definition der Leistungseinstellungen und der Routing-Tabelle einen (in 16 dargestellten) Clusterteil 302 der Anlagengrundrisskarte 254 zur Bildung eines Kommunikationsnetzwerks. In dem dargestellten Beispiel wird dieser Cluster 302 aus den Knoten BA, 01, 02, 03, 04, 05, 08, 09 und 12 und in einem Mesh-Kommunikationsnetzwerk gebildet. Die Knoten 06 und 11 wurden vom Block 264 aus den Netzwerk ausgeschlossen, weil sie beispielsweise in der Lage sind, ein Signal an mindestens einen der den Mesh-Cluster 302 bildenden Knoten zu senden oder von diesem zu empfangen. In der Konvention in 15 repräsentiert die dicke, dunkle, durchgezogene Linie eine starke direkte 2-Wege-Verbindung zwischen Knoten (beispielsweise zwischen den Knoten 04 und 03); die dicke, dunkle, durchgezogene Linie mit einer Kreuzschraffur repräsentiert eine schwache direkte 2-Wege-Verbindung zwischen Knoten (beispielsweise zwischen den Knoten 09 und 05); die dünnere, dunkle, durchgezogene Linie repräsentiert eine starke direkte 1-Weg-Verbindung zwischen Knoten (beispielsweise zwischen den Knoten 12 und 04); die dünnere, dunkle, durchgezogene Linie mit Kreuzschraffuren repräsentiert eine schwache direkte 1-Weg-Verbindung (beispielsweise einen Weg zwischen den Knoten 01 und 03) und die gestrichelte oder unterbrochene Linie repräsentiert eine schlechte oder erfolglose direkte Kommunikation zwischen Knoten (beispielsweise zwischen den knoten 05 und 04).
Der Cluster 302 kann durch eine Topologiekostenmatrix charakterisiert werden, die die Anzahl von Schritten angibt, die ein Signal zwischen zwei beliebigen Knoten des Clusters vornehmen muss. 17 zeigt eine Kostenmatrix 400 für den Cluster 302. Die Matrix 400 zeigt die möglichen Knotenverbindungen, wobei die Knoten über eine Zeile 402 und eine Spalte 404 aufgeführt sind. Innerhalb der Tabelle befinden sich Zahlen, die die Anzahl der Schritte angeben, die für jede Verbindung zwischen zwei Knoten ermittelt wurden, wobei die Spalte 404 den sendenden Knoten und die Zeile 402 den empfangenden Knoten angibt Beispielsweise benötigt ein von Knoten 08 übertragenes und an Knoten 12 empfangenes Signal 4 Schritte, was sich feststellen lässt, indem man zu Indikator 08 in Spalte 404 und Indikator 12 in Zeile 402 geht, wobei ein Wert von 406 besagt, dass in der dargestellten Kostenmatrix 400 vier Schritte erforderlich sind. Es ist darauf hinzuweisen, dass für zwei beliebige Knoten der Sendepfad vom Empfangspfad verschieden sein kann. Die Charakteristika des Fortpflanzungsmusters können für die lokale Umgebung einzigartig sein. Somit können Pfade zwischen zwei Knoten je nach Übertragungsquelle verschieden sein.
Je nach Stärke des Signals und Vorliegen von Ein-Weg-Kommunikationspfaden kann die Anzahl der Knoten für den entgegen gesetzten Pfad, d. h. bei Vertauschen der Empfangs- und Sendeknoten, verschieden sein. In der Matrix 400 würde beispielsweise ein von Knoten 12 zu Knoten 08 übertragenes Signal 2 Schritte erfahren, wie sich ergibt, wenn man zu Knoten 12 in Spalte 404 und Knoten 08 in Zeile 402 geht, wo ein Wert von 408 zwei Schritte zeigt.
Allgemein ist die Verbindung je stärker, desto geringer die Zahl der Schritte ist und desto weniger wahrscheinlich ist ein Signalverlust, Bitfehler etc. Innerhalb vieler Umgebungen schwankt jedoch die Signalstärke zwischen Knoten von stark bis schwach, sodass selbst ein einzelner direkter Pfad zwischen zwei Knoten nicht notwendigerweise den idealen Pfad darstellt, wenn ein weitaus stärkerer Pfad mit mehreren Schritten existiert. Dies hängt von den Präferenzeinstellungen des Referenzknotens oder des Basisknotens ab, der die Routing-Tabelle und die Leistungseinstellungstabelle aufstellt.
Diese Kostenmatrix 400 basiert auf einem bestimmten Satz von Werten aus einer entsprechenden Routing-Tabelle. Derselbe Cluster von Knoten 302 kann eine andere Routing-Tabelle und mithin eine andere Kostenmatrix aufweisen. Dies bedeutet, dass jede gegebene Anzahl von Knotenpaaren zahlreiche verschiedene Verbindungsmöglichkeiten aufweisen kann, und die Matrix 400 stellt lediglich eine dar.
Darüber hinaus kann das drahtlose Mesh-Netzwerk beispielsweise als Reaktion auf Umgebungseinstellungen wie beispielsweise Hochfrequenzrauschen angepasst werden. Als Reaktion auf tatsächliche oder vorhergesagte Änderungen der Stärke des Hochfrequenzrauschens können Routing-Tabellen an den Knoten neu angepasst werden, um verschiedene Pfade zu verschiedenen Knoten im Netzwerk einzurichten. Eine weitere Einstelltechnik besteht in der Einstellung der Leistungseinstellungen für die Transceiver am abgesetzten Knoten, um die Änderungen des Hochfrequenzrauschens zu kompensieren, wobei es unerheblich ist, ob diese Änderungen Ausdruck von Zunahmen des Hochfrequenzrauschens sind, die auf erhöhte Senderleistungsstärken für die betroffenen Knoten hinweisen, oder ob sie Ausdruck von Abnahmen des Hochfrequenzrauschens sind, die auf reduzierte Senderleistungsstärken für die betroffenen Knoten hinweisen. Insbesondere bei prädiktiven Systemen kann das Netzwerk seine Integrität aufrecht erhalten, indem diejenigen Pfade umgeleitet werden, die von Hochfrequenzrauschen betroffen sind, oder indem die Leistungseinstellung angepasst wird, und zwar ohne Unterbrechung oder Stillstandszeit.
Eine Einstellung der Routing-Tabelle kann auf empirischen Daten basieren, die während des Betriebs beispielsweise mittels einer Messvorrichtung für Hochfrequenzrauschen an den Referenz- oder anderen Knoten, die konstant Änderungen der Stärke des Hochfrequenzrauschens messen, entwickelt wurden. Während das Programm 250 eine Initialisierungssequenz darstellen kann, kann das in 18 dargestellte Programm 500 verwendet werden, um die Leistungseinstellungen und/oder Routing-Tabellen als Reaktion auf Änderungen der Stärke des Hochfrequenzrauschens während des Betriebs anzupassen. Wenn der Anlagengrundriss und alle georeferenzierten Knoten sowie ein ein Mesh- oder Punkt-zu-Punkt-Netzwerk bildender Cluster identifiziert sind, kann ein Referenzknoten oder Basisknoten Hochfrequenzrauschen-Aktualisierungsdaten von Knoten im System empfangen. Die Aktualisierungsdaten können beispielsweise die gemessenen Umgebungsdaten von einer Messvorrichtung wie beispielsweise der oben beschriebenen Messvorrichtung beinhalten. In Beispielen mit einer zentralisierten Steuerung wie einem Basisknoten können abgesetzte Knoten programmiert werden, den Host-Computer mit diesen Daten konstant oder periodisch zu aktualisieren. Alternativ können die abgesetzten Knoten programmiert werden, nur bei Änderungen der Umgebungsdaten zu kommunizieren, wenn sich beispielsweise das Hochfrequenzrauschen um einen bestimmten Schwellenwert ändert. In Beispielen, in denen ein Referenzknoten oder ein anderer abgesetzter Knoten als Steuerungsknoten zur Einstellung der Einstellungen der Hochfrequenzleistung und der Routing-Tabellen für das Netzwerk fungiert, kommunizieren die anderen abgesetzten Knoten mit der Leistungseinstellvorrichtung an diesem abgesetzten Steuerungsknoten.
Auf jeden Fall empfängt die zentralisierte oder verteilte Steuerung Umgebungsdaten von jedem abgesetzten Knoten am Block 502. Neben Umgebungsdaten können die abgesetzten Knoten Ist-Leistungsstärken, Zeit- und andere Daten übertragen. In einigen Beispielen hätte die Steuerung bereits Zugriff auf die gewünschten Leistungsstärken für einen Vergleich mit den Ist-Leistungsstärken, beispielsweise wenn die Steuerung auch die ursprünglichen Leistungseinstellungen für das drahtlose Kommunikationssystem vorgegeben hat. Darüber hinaus sollten die Steuerung und die abgesetzten Knoten synchronisiert werden, sodass bei Senden von Zeitinformationen diese Informationen zum Zwecke der Bestätigung der Synchronisierung und für Korrekturzwecke genutzt werden können. Am Block 504 analysiert die Steuerung die Aktualisierungsdaten von den abgesetzten Knoten, um eine Vorhersagefunktion des Inhalts zu bestimmen, wann ähnliche Änderungen wieder auftreten werden. Für die Aktualisierungsdaten für das Hochfrequenzrauschen kann der Block 504 die Aktualisierungsdaten mit historischen Daten des Hochfrequenzrauschens vergleichen, um zu ermitteln, ob ein Muster vorliegt wie beispielsweise eine Zunahme des Hochfrequenzrauschens jeden Morgen bei Sonnenaufgang.
Der Block 504 erzeugt eine Vorhersagefunktion und stellt diese Funktion einem Block 506 zur Verfügung, der beispielsweise eine Leistungseinstellvorrichtung der oben beschriebenen Art sein kann, die bestimmt, ob die Vorhersagefunktion verwendet werden sollte, um die Leistungseinstellungstabelle anzupassen. Der Block 506 kann beispielsweise feststellen, dass eine Änderung der Stärke des Hochfrequenzrauschens kompensiert werden kann, indem die Einstellungen für die Hochfrequenzleistung an den betroffenen abgesetzten Einheiten erhöht oder reduziert werden. Der Block 508 führt die Einstellungen der Leistungseinstellungstabelle aus. Ein Block 510 bestimmt auf ähnliche Weise, ob die Vorhersagefunktion dergestalt ist, dass die Routing-Tabelle selbst angepasst werden sollte, und ein Block 512 führt die Einstellungen der Routing-Tabelle aus. In dem dargestellten Beispiel kann das Programm 500 eingestellt werden, sowohl die Hochfrequenzleistungseinstelltabelle als auch die Routing-Tabelle anzupassen. Ein Block 514 stellt fest, ob eine Einstellung vorgenommen wurde, und ein Block 516 überträgt die angepassten Daten oder das Programm 500 endet.
Die soeben diskutierten Einstellprozeduren können auf einem zentralisierten Steuerungsknoten erreicht werden oder sie können auf einem oder mehreren abgesetzten Knoten auf verteilte Weise erreicht werden. Dies bedeutet, dass die ursprüngliche Routing-Tabelle und Leistungseinstellungen zentral von einem Host-Computer an der Basisstation ermittelt werden können, die Daten drahtlos an jeden Knoten kommunizieren kann, während die Einstellung (einschließlich Neuoptimierung) der Routing-Tabelle und/oder der Leistungseinstellungen an diesem zentralen Ort oder an anderer Stelle im drahtlosen Kommunikationssystem erfolgen kann.
In einigen Beispielen kann der Basisknoten multiple Routing-Tabellen und Leistungseinstellungen den anderen Knoten zur lokalen Speicherung und für lokalen Zugriff kommunizieren. Der Basisknoten kann beispielsweise eine primäre Routing-Tabelle übertragen, die unter normalen Bedingungen zu verwenden ist, und sekundäre und tertiäre Routing-Tabellen für außergewöhnliche Bedingungen. Beispielsweise kann der Basisknoten eine sekundäre Routing-Tabelle kommunizieren, die beim Einschalten eines Generators zu verwenden ist, wobei diese Routing-Tabelle als Reaktion auf eine Anweisung vom Basisknoten initiiert wird.
19 ist eine beispielhafte Bildschirmanzeige 400, die von einem Tool zur Analyse drahtloser Netzwerke erzeugt wurde und Stärken von Hochfrequenz-Umgebungsrauschen für verschiedene Knoten darstellt. Der Kurventeil stellt vier Kurven übereinander dar, die jeweils über die auf der horizontalen Achse aufgetragene Zeit gemessen wurden. Die oberste Kurve 402 stellt die Konnektivität im Verlauf der Zeit als prozentualen Anteil der Gesamtkosten dar. Die Konnektivität kann beispielsweise die in Gesamt-Schritten gemessenen Kosten für ein Netzwerkcluster als Funktion der Zeit wiedergeben. Die übrigen Kurven stellen die Stärken von Hochfrequenzrauschen an verschiedenen Knoten oder Standorten von Einheiten auf der Anlagengrundrisskarte 254 dar. Die Kurve 404 stellt die Stärke des an Knoten 09 gemessenen Hochfrequenzrauschens dar; die Kurve 406 stellt die Stärke des an Knoten 08 gemessenen Hochfrequenzrauschens dar und die Kurve 408 stellt die Stärke des an Knoten 12 gemessenen Hochfrequenzrauschens dar. Wie ersichtlich, liegen die höchsten Spitzen des Hochfrequenzrauschens an Einheit 12 vor (Kostenwert 60,69 als höchster aufgezeichneter Wert). Während in dem dargestellten Beispiel Hochfrequenzrauschen dargestellt ist, können statt dessen andere Umgebungsdaten angezeigt werden.
20 zeigt eine beispielhafte Leistungseinstellungstabelle 600, bei der willkürliche Einheiten eingeschaltet und als Funktion der Zeit für jeden Knoten eingestellt sind. Zu Veranschaulichungszwecken weist die Tabelle 600 Zeitschlitze 602 auf, die das Ergebnis von Änderungen der Leistungseinstellungen sind. Eine vollständige Tabelle kann Zeitschlitze aufweisen, die in sich wiederholenden Zeiteinheiten gebildet sind, beispielsweise nach einer Zeitdauer von jeweils 30, 15, 10, 5 oder 1 Minute. Die Änderungen der Leistungseinstellungen sind das Ergebnis einer Analyse einer Leistungseinstellvorrichtung und basieren auf den im Verlauf der Zeit gesammelten Daten des Hochfrequenzrauschens. Beispielsweise wird vorhergesagt, dass die Basisstation BA eine Zunahme der Stärke des Hochfrequenzrauschens etwa um 5.30 Uhr – einer willkürlich angenommenen Zeit für den Sonnenaufgang – erfahren wird, was dazu führt, dass eine Leistungseinstellung 604 von 40 für 12.00 Uhr Mitternacht bis 5.30 Uhr in eine höhere Leistungseinstellung 606 von 60 für 5.30 Uhr bis 6.30 Uhr geändert wird. In dem dargestellten Beispiel erreicht die Stärke des Hochfrequenzrauschens am Knoten BA innerhalb dieses Zeitfensters ihren Spitzenwert, weil beispielsweise Arbeiter erstmals an einer Einheit ankommen und die Gesamtstärke des Hochfrequenzrauschens erhöhen. Während des nächsten Zeitfensters fällt die Leistungseinstellung 608 für den Knoten BA auf 55 ab, was Ausdruck eines vorhergesagten kleineren Rückgangs der Stärken des Hochfrequenzrauschens ist. Andere Änderungen und Unterschiede in den Leistungseinstellungen für die verschiedenen Knoten sind aus der Tabelle ersichtlich. Diese Leistungseinstellungen können optimale Einstellwerte repräsentieren, was bedeutet, dass die Gesamt-Mindestzahl von Schritten im gesamten Netzwerk bei den minimalen Leistungseinstellungen verwendet wird.
21 und 22 zeigen beispielhafte Routing-Tabellen für ein Knotencluster mit 2 oder weniger Schritten ähnlich der Darstellung in 6. 21 zeigt eine erste Routing-Tabelle 700 unter einem ersten Satz von Stärken von Hochfrequenzrauschen. Alle aufgeführten Routen sind Routen mit nur einem Schritt mit Ausnahme der Einträge 702–712, die zwei Schritte zwischen Knoten in einer Richtung aufweisen, wobei der sendende Knoten auf der vertikalen und der empfangende Knoten auf der horizontalen Achse aufgetragen ist. 22 zeigt dieselbe, als 700' bezeichnete Routing-Tabelle nach deren Anpassung als Reaktion auf Stärken von Hochfrequenzrauschen. Die Zwei-Schritt-Einträge 702, 704 und 708 sind unverändert, jedoch haben sich die verbleibenden Zwei-Schritt-Einträge, jetzt 706', 710' und 712', nun geändert, um einem anderen Routing-Weg als Ergebnis gemessener oder vorhergesagter Veränderungen der Stärke des Hochfrequenzrauschens an den abgesetzten Knoten zu entsprechen.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungen beschrieben, jedoch erkennt der Sachkundige, dass Änderungen an Form und Details vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- http://www.ember.com/ [0095]
- //www.acugen.com/its.htm [0095]

Claims

Drahtloses Kommunikationsnetzwerk, aufweisend: einen Basisknoten, einen Feldknoten, einen Referenzknoten und einen Host, wobei der Basisknoten kommunikativ mit dem Host verbunden ist, wobei sowohl der Basis- als auch der Feld- und Referenzknoten jeweils eine drahtlose Wandlereinheit und einen drahtlosen Transceiver aufweisen, wobei die drahtlosen Transceiver des Basis-, Feld- und Referenzknotens drahtlose Kommunikationen zwischen den Basis-, Feld- und Referenzknoten bewirken, wobei der Feldknoten mindestens ein Feldgerät aufweist, das Prozesssteuerungsdaten bereitstellt, wobei der Referenzknoten eine geografische Positionierungsvorrichtung aufweist, die angepasst ist, die geografische Position des Referenzknotens zu bestimmen, und wobei sich eine Leistungseinstellvorrichtung auf mindestens einem Basis- und/oder Referenzknoten befindet und wobei die Leistungseinstellvorrichtung angepasst ist, die geografische Position sowohl des Basis- als auch des Feldknotens in Bezug auf den Referenzknoten zu bestimmen und Hochfrequenz-Leistungseinstellungen der drahtlosen Transceiver mindestens eines der Basis-, Feld- und Referenzknoten unter Verwendung der geografischen Position mindestens eines des Basis- oder des Feldknotens zu bestimmen.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 1, wobei der Referenzknoten mittels eines Handheld-Gerätes implementiert ist.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Hochfrequenz-Rauschmessvorrichtung, die sich auf mindestens einem der Basis-, Feld- und Referenzknoten befindet, wobei die Hochfrequenz-Rauschmessvorrichtung angepasst ist, Hochfrequenz-Rauschstärken an der Hochfrequenz-Rauschmessvorrichtung über einen zuvor festgelegten Zeitraum zu bestimmen.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 3, wobei die Leistungseinstellvorrichtung weiter angepasst ist, Hochfrequenz-Leistungseinstellungen der drahtlosen Transceiver mindestens eines der Basis-, Feld- und Referenzknoten unter Verwendung der Stärken des Hochfrequenzrauschens anzupassen.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 3, wobei die Hochfrequenz-Rauschmessvorrichtung weiter angepasst ist, eine Hochfrequenz-Rauschvorhersagefunktion zu erzeugen, die die Stärke des Hochfrequenzrauschens als Funktion mindestens eines der folgenden Parameter vorhersagt: (1) Uhrzeit, (2) Wochentag sowie (3) Tag des Monats.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 5, wobei die Leistungseinstellvorrichtung weiter angepasst ist, Hochfrequenz-Leistungseinstellungen der drahtlosen Transceiver mindestens eines der Basis-, Feld- und Referenzknoten unter Verwendung der Hochfrequenz-Rauschvorhersagefunktion anzupassen.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 3, wobei die Hochfrequenz-Rauschmessvorrichtung angepasst ist, Hochfrequenz-Rauschstärken an einer Mehrzahl von Orten des Referenzknotens zu messen; die Leistungseinstellvorrichtung angepasst ist, die Entfernung des Referenzknotens an jedem der Mehrzahl von Orten von mindestens einem der Basis- und Feldknoten zu messen und aufzuzeichnen, und die Leistungseinstellvorrichtung einen optimalen Ort für den Referenzknoten auf der Grundlage der Hochfrequenz-Rauschstärken an der Mehrzahl von Orten und der Entfernung zwischen dem Referenzknoten an jedem der Mehrzahl von Orten und mindestens einem der Basis- und Feldknoten bestimmt.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 7, wobei die Leistungseinstellvorrichtung weiter angepasst ist, den geografischen Ort mindestens eines der Basis- und Feldknoten auf der Grundlage der Hochfrequenz-Rauschstärken an der Mehrzahl von Orten und der Entfernung zwischen dem Referenzknoten an jedem der Mehrzahl von Orten und dem mindestens einen der Basis- und Feldknoten zu bestimmen.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend einen Wiederholerknoten, der eine drahtlose Wandlereinheit und einen drahtlosen Transceiver aufweist, wobei der Wiederholerknoten drahtlose Kommunikationen zwischen den Basis-, Feld- und Umgebungsknoten bewirkt.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach 1, wobei der Referenzknoten weiterhin eine Mehrzahl von Sensorgeräten aufweist, wobei jedes der Mehrzahl von Sensorgeräten ausgewählte Daten aus einer Gruppe bereitstellt, die aus Temperatur, barometrischem Druck, Feuchtigkeit, Regenfall sowie Hochfrequenz-Umgebungsrauschen besteht.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 1, wobei das mit dem Feldknoten verbundene Feldgerät mindestens ein HART-Protokollgerät und/oder ein Fieldbus^TM-Protokollgerät ist.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Mehrzahl von Umgebungsknoten, die strategisch in einem Prozessbereich angeordnet sind, um Umgebungsdaten für verschiedene Orte innerhalb des Prozessbereichs zu kommunizieren.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 1, wobei die Basis-, Umgebungs- und Feldknoten mindestens ein Mesh-Kommunikationsnetzwerk und/oder ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsnetzwerk bilden.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 13, wobei die Leistungseinstellvorrichtung weiter angepasst ist, eine ausgewählte Netzwerkkonfiguration auf der Grundlage der Hochfrequenz-Rauschstärken an einer Mehrzahl von Orten und der Entfernung des Referenzknotens an jedem der Mehrzahl von Orten von mindestens einem der Basis- und Feldknoten zu bestimmen.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 14, weiterhin aufweisend ein Schaltergerät zum Umstellen der Basis-, Umgebungs- und Feldknoten von einem Mesh-Kommunikationsnetzwerk auf ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsnetzwerk und umgekehrt.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 1, wobei der Host einen Monitor aufweist und programmiert ist, eine Topologie-Bildschirmanzeige auf dem Monitor bereitzustellen, die drahtlose Kommunikationen zwischen jedem der Basis-, Feld- und Referenzknoten des Netzwerks zeigt.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 16, wobei die Topologie-Bildschirmanzeige auch strukturelle Merkmale eines Prozessbereichs zeigt, in dem die Basis-, Feld- und Umgebungsknoten angeordnet sind.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 16, wobei die Topologie-Bildschirmanzeige auch die Stärke des Hochfrequenzempfangs an einigen der Basis-, Referenz- und Feldknoten zeigt.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 1, wobei der Host einen Monitor aufweist und programmiert ist, eine Tabellen-Bildschirmanzeige auf dem Monitor bereitzustellen, die eine Hop-Zählung zwischen jedem der Feld- und Umgebungsknoten und dem Basisknoten des Netzwerks auflistet.
Drahtloses Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Hochfrequenz-Rauschmessvorrichtung, die an mindestens einem der Basis-, Feld- und Referenzknoten angeordnet ist, wobei die Hochfrequenz-Rauschmessvorrichtung angepasst ist, Hochfrequenz-Rauschstärken an der Hochfrequenz-Rauschmessvorrichtung über einen zuvor festgelegten Zeitraum zu bestimmen, und wobei die Leistungseinstellvorrichtung weiterhin angepasst ist, eine Routing-Tabelle der Basis-, Feld- und Referenzknoten unter Verwendung der Hochfrequenz-Rauschstärken anzupassen.
Verfahren zur Überwachung eines drahtlosen Prozesssteuerungsnetzwerks, aufweisend: Empfangen geografischer Positionsdaten von einem Referenzknoten: Empfangen von Umgebungsdaten von einem oder mehreren Umgebungs-Feldgeräten des Referenzknotens; drahtlose Übertragung der Umgebungsdaten und der geografischen Positionsdaten an einen kommunikativ mit einem Host verbundenen Basisknoten; Interpretieren der Umgebungsdaten und der geografischen Positionsdaten an dem Host; Senden eines Befehls vom Host zum Basisknoten zur Einstellung mindestens eines Betriebsparameters des drahtlosen Netzwerks auf der Grundlage der Umgebungsdaten und der geografischen Positionsdaten und drahtloses Übertragen des Befehls vom Basisknoten zu mindestens einem mit einem Feldgerät verbundenen Feldknoten.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Umgebungsdaten aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus Temperatur, barometrischem Druck, Feuchtigkeit, Regenfall und Hochfrequenzrauschen besteht.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die geografischen Positionsdaten weiterhin die geografische Position mindestens eines der Basis-, Referenz- und Feldknoten beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Hochfrequenz-Rauschdaten Hochfrequenz-Rauschdaten am Referenzknoten über einen zuvor festgelegten Zeitraum beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Betriebsparameter eine Hochfrequenz-Leistungseinstellung für jeden des mindestens einen Feldknotens ist.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Betriebsparameter eine Routing-Tabelle für das drahtlose Netzwerk ist.