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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Feldgerät der Prozessautomatisierungstechnik
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein
Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes der Prozessautomatisierungstechnik
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
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In
der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte
eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Eigenschaften
eines Prozesses dienen. Zur Erfassung dienen Sensoren, wie beispielsweise
Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte,
Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte,
Leitfähigkeitsmessgeräte, etc., welche einen Füllstand,
einen Durchfluss, einen Druck, eine Temperatur, einen pH-Wert bzw.
eine Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung eines Prozesses
dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über
die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw.
der Füllstand in einem Behälter geändert
werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte
bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante
Informationen liefern oder verarbeiten. Neben den oberhalb genannten
Sensoren und Aktoren werden als Feldgeräte allgemein auch
solche Einheiten bezeichnet, die direkt an dem Feldbus angeschlossen
sind und zur Kommunikation mit einer übergeordneten Einheit
dienen (z. B. Remote I/Os, Gateways, Linking Devices, etc.). Eine
Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress +
Hauser hergestellt und vertrieben.
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In
modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über
Bussysteme (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®,
etc.) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Normalerweise
handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Leitsysteme bzw.
Steuereinheiten, wie beispielsweise SPS (speicherprogrammierbare
Steuerung) oder PLC (Programmable Logic Controller). Die übergeordneten Einheiten
dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung,
Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte.
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Eine
Vielzahl der eingesetzten Bus-Protokolle auf Feldbussen bzw. Feldbus-Segmenten
ist Master-Slave-basiert (z. B. Profibus®,
etc.). Bei solch einem Master-Slave-basierten Feldbus-Protokoll
kann ein an einem Feldbus angeschlossener Slave nicht von sich aus
Telegramme versenden. Vielmehr muss er abwarten, bis er von einem
Master zum Absenden eines Telegramms aufgefordert wird. Die Verwendung
eines Master-Slave-basierten Netzwerkprotokolls ist in vielerlei
Hinsicht vorteilhaft, insbesondere hinsichtlich einer Vermeidung
von Kollisionen von Telegrammen, die über den jeweiligen
Feldbus versendet werden. Im Hinblick auf die Übermittlung
von Informationen zwischen Slaves ist ein Master-Slave-basiertes
Feldbus-Protokoll jedoch nachteilig, da hierfür ein erheblicher
Kommunikationsaufwand erforderlich ist. Dies soll anhand des nachfolgenden Beispiels
erläutert werden.
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In 1 ist
ein einfaches Feldbus-Netzwerk bzw. Feldbus-Netzwerk-Segment dargestellt.
Hierbei sind zwei Feldgeräte FG1 und FG2 sowie eine speicherprogrammierbare
Steuerung SPS an einem Feldbus F angeschlossen. Daneben können
auch noch weitere (nicht dargestellte) Feldgeräte oder
Geräte an dem Feldbus F angeschlossen sein. Die Steuerung
bzw. Steuereinheit SPS dient zur Steuerung der an dem Feldbus F
angeschlossenen Feldgeräte. Der Feldbus F arbeitet nach
dem Profibus®-Standard. Die Steuerung
SPS ist ein Master, während die Feldgeräte FG1
und FG2 sowie gegebenenfalls weitere, an dem Feldbus F angeschlossene Feldgeräte
jeweils Slaves sind. Die Kommunikation zwischen der Steuerung SPS
und den Feldgeräten FG1 und FG2 erfolgt gemäß dem
Profibus®-Protokoll.
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Bei
der Durchführung der Steuerung werden beispielsweise im
Rahmen einer zyklischen Kommunikation Messwerte, die von einzelnen
Feldgeräten erfasst werden, über den Feldbus F
an die Steuerung SPS übermittelt und die Steuerung SPS
(Master Klasse 1) gibt in Abhängigkeit von diesen Messwerten
Steuerungsbefehle an Feldgeräte aus. Für solch einen
zyklischen Datenaustausch müssen die Feldgeräte
gemäß dem Profibus®-Protokoll jeweils
in dem Zustand Data_Exchange (kurz: DXCHG; deutsch: Datenaustausch)
sein. Bei dieser zyklischen Kommunikation, bei der bei Profibus® in der Regel der Dienst DDLM_Data_Exchange
verwendet wird, sendet die Steuerung SPS zyklisch die Ausgangsdaten
(über ein Data_Exchange_Request-Telegramm) und erwartet
von dem betreffenden Slave als Antwort die Eingangsdaten (über
ein Data_Exchange_Response-Telegramm) zurück.
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Bei
der nachfolgend beispielhaft erläuterten Anwendung sollen
Informationen bzw. Daten von einem Feldgerät an ein anderes
Feldgerät übermittelt werden. Beispielsweise bildet
das Feldgerät FG1 ein Durchfluss-Messgerät, durch
das der Durchfluss in einem Rohrleitungsabschnitt gemessen wird
und das als Messwert unter anderem den jeweiligen Durchflusswert
liefert. Ferner bildet das Feldgerät FG2 in diesem Beispiel
ein Stellventil, durch welches der Durchfluss in dem Rohrleitungsabschnitt
einstellbar, insbesondere regelbar, ist. Für diese Regelung
benötigt das Feldgerät FG2 unter anderem den Messwert des
Feldgerätes FG1. Für eine Übermittlung
des Messwertes (und gegebenenfalls weiterer Parameter) des Feldgerätes
FG1 an das Feldgerät FG2 muss die Steuerung SPS zunächst
ein Anfrage-Telegramm an das Feldgerät FG1 senden. Das
Anfrage-Telegramm wird in dem vorliegenden Beispiel durch ein Data_Exchange_Request-Telegramm (kurz:
DXCHG_Request-Telegramm; deutsch: Datenaustausch-Anfrage-Telegramm)
gebildet, das an das Feldgerät FG1 adressiert ist und das
in 1 schematisch durch den gestrichelten Pfeil „1.
REQ.” dargestellt ist. In dem Antwort-Telegramm des Feldgerätes
FG1 wird/werden der Messwert des Feldgerätes FG1 und gegebenenfalls
auch noch weitere Parameter des Feldgerätes FG1 an die
Steuerung SPS übermittelt. In dem vorliegenden Beispiel
wird das Antwort-Telegramm durch ein Data_Exchange_Response-Telegramm
(kurz: DXCHG_Response-Telegramm; deutsch: Datenaustausch-Antwort-Telegramm)
gebildet, das an die Steuerung SPS adressiert ist und das in 1 schematisch
durch den gestrichelten Pfeil „1. RESP.” dargestellt
ist.
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Als
nächster Schritt muss die Steuerung SPS in einem weiteren
Anfrage-Telegramm den erhaltenen Messwert (und gegebenenfalls weitere,
an das Feldgerät FG2 zu übermittelnde Parameter)
an das Feldgerät FG2 übermitteln. Hierzu wird
in dem Beispiel ein Data_Exchange_Request-Telegramm verwendet, das
an das Feldgerät FG2 adressiert ist und das in 1 schematisch
durch den gestrichelten Pfeil „2. REQ.” dargestellt
ist. Als Bestätigung wird von dem Feldgerät FG2
wiederum ein Antwort-Telegramm an die Steuerung SPS versendet. Als
Antwort-Telegramm wird ein Data_Exchange_Response-Telegramm verwendet, das
an die Steuerung SPS adressiert ist und das in 1 schematisch
durch den gestrichelten Pfeil „2. RESP.” dargestellt
ist.
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Wie
anhand dieses Beispiels deutlich wird, ist bei Master-Slave-basierten
Feldbus-Protokollen der Kommunikationsaufwand für die Übermittlung von
Informationen oder Daten, insbesondere von Parametern, eines Feldgerätes an
ein anderes Feldgerät erheblich, da die Kommunikation jeweils über
die Steuerung SPS bzw. den Master abgewickelt werden muss. Dies
führt zu einer erhöhten Kommunikation auf dem
Feldbus und kann in manchen Fällen zu einer langsameren
Regel-Reaktionsgeschwindigkeit in einem Prozess führen.
Ferner ist die Zyklus-Zeit einer Steuerung SPS (bzw. eines Masters
der Klasse 1) erhöht.
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Ein
Dienst, durch den der Kommunikationsaufwand bei einer Übermittlung
von Informationen oder Daten von einem Feldgerät an ein
anderes Feldgerät reduziert werden kann, ist als „Data
Exchange Broadcast” (kurz: DxB) bekannt. Solch ein „Data
Exchange Broadcast” Dienst wird durch die Version DP-V2
der Profibus-Spezifikation unterstützt (vgl. insbesondere
die Norm IEC 61158-5, Edition 3.0). Der Dienst
kombiniert eine Client/Server-Kommunikation mit einer Publisher/Subscriber-Kommunikation.
Diese Technologie setzt den normalen zyklischen Datenaustausch eines
Masters der Klasse 1 ein, wobei der Master der Klasse 1 (z. B. eine
Steuerung) einen Client bildet, der eine Anfrage an einen Slave
(z. B. ein Feldgerät), der einen Server bildet, stellt.
Der Slave bildet gleichzeitig einen Publisher. Dementsprechend kann
das Antwort-Telegramm, das der Slave (Publisher) auf die Anfrage
des Masters sendet, nicht nur von dem Master sondern auch von einem
oder mehreren Slaves (z. B. Feldgerät(e)), die bei dem
Slave (Publisher) als Subscriber registriert sind, empfangen werden.
Für die Realisierung dieses Dienstes ist jedoch erforderlich,
dass sowohl das sendende Feldgerät (Publisher) als auch
das jeweils empfangende Feldgerät (Subscriber) den entsprechenden
Dienst unterstützen. Bei Verwendung des Profibus®-Protokolls ist insbesondere erforderlich, dass
die jeweiligen Feldgeräte jeweils die Version DP-V2 der
Profibus-Spezifikation erfüllen. Dies ist bei einer Vielzahl
der aktuell erhältlichen Feldgeräte nicht der
Fall, da solch eine Implementierung mit erhöhten Kosten
und Aufwand verbunden wäre.
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Dementsprechend
besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Feldgerät
der Prozessautomatisierungstechnik sowie ein Verfahren zum Betreiben
solch eines Feldgerätes bereitzustellen, bei dem eine Übermittlung
von Informationen oder Daten, insbesondere von Parametern, eines Feldgerätes
an ein anderes Feldgerät mit einem reduzierten Kommunikationsaufwand
durchführbar ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein Feldgerät der Prozessautomatisierungstechnik
gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum
Betreiben eines Feldgerätes der Prozessautomatisierungstechnik
gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird ein Feldgerät der Prozessautomatisierungstechnik
bereitgestellt, das eine Feldbus-Schnittstelle aufweist, über
die das Feldgerät an einen Feldbus anschließbar
ist und durch die gemäß einem Feldbus-Protokoll Telegramme
sendbar und an das Feldgerät adressierte Telegramme empfangbar
sind. Das Feldgerät ist dabei derart ausgebildet, dass
Telegramme, die an ein anderes Gerät als das Feldgerät
adressiert sind, durch bzw. über die Feldbus-Schnittstelle
empfangbar und Nutzdaten dieser Telegramme durch das Feldgerät
verwertbar sind.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung müssen folglich die jeweiligen Informationen
oder Daten, insbesondere Parameter, nicht explizit durch eine Steuerung
bzw. einen Master an das betreffende Feldgerät, welches
die Informationen benötigt, übermittelt werden.
Vielmehr kann das erfindungsgemäße Feldgerät
diese Informationen oder Daten dann, wenn sie über den
Feldbus an ein anderes Gerät, wie beispielsweise an eine Steuerung, übermittelt
werden, „mithören” und direkt verwerten.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass lediglich das „mithörende” Feldgerät
gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein
muss, nicht dagegen das absendende Gerät (z. B. Feldgerät)
oder das eigentliche Empfänger-Gerät (d. h. das
Gerät, an welches das Telegramm adressiert ist) des Telegramms. Ferner
ist die vorliegende Erfindung auch bei Profibus®-Geräten
realisierbar, die lediglich gemäß der Version
DP-V0 oder DP-V1 ausgebildet sind.
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Als „Feldbus-Schnittstelle” wird
dabei allgemein der Teil (Hardware und Software) eines Feldgerätes
bezeichnet, durch den das Senden und Empfangen von Telegrammen (insbesondere
von digitalen Signalen) über den Feldbus gemäß dem
jeweiligen Feldbus-Protokoll durchgeführt wird. Teilweise wird
die Feldbus-Schnittstelle auch als Media Acces Unit (kurz: MAU;
deutsch: Medium-Zugangs-Einheit) bezeichnet. Die Hardware und Software
solch einer Feldbus-Schnittstelle sind dabei in der Regel auf den Schichten
1 und 2 des OSI-Referenzmodells (OSI: Open Systems Interconnection)
angesiedelt. In der Regel ist in Feldgeräten die Feldbus-Schnittstelle
auf einer I/O-Platine bzw. einer I/O- und Netzteilplatine des Feldgerätes
ausgebildet.
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Die
Software bzw. der Treiber der Feldbus-Schnittstelle ist in der Regel
auf der Ebene 2 des OSI-Referenzmodells angesiedelt. Bei den bisher eingesetzten
Feldgeräten ist in der Regel die Software der Feldbus-Schnittstelle
derart ausgebildet, dass nur die Telegramme (bzw. deren Nutzdaten)
der über den Feldbus ankommenden Telegramme an eine höhere
Bearbeitungsschicht der Gerätesoftware weitergeleitet werden
und damit durch das Feldgerät verwertbar sind, die an das
betreffende Feldgerät adressiert sind. Hierzu wird in der
Regel durch die Software der Feldbus-Schnittstelle die in einem
ankommenden Telegramm enthaltene Empfängeradresse mit der Adresse,
insbesondere der Busadresse, des betreffenden Feldgerätes
verglichen. Nur wenn diese Adressen übereinstimmen, wird
das Telegramm „empfangen” und die in dem Telegramm
enthaltenen Nutzdaten durch die Software der Feldbus-Schnittstelle
an eine höhere Bearbeitungsschicht der Gerätesoftware
des Feldgerätes weitergeleitet. Falls die Adressen nicht übereinstimmen,
findet solch eine Weiterleitung der Nutzdaten nicht statt, so dass
dies auch nicht als „Empfangen” eines Telegramms
bezeichnet wird. Im Gegensatz hierzu können durch das erfindungsgemäße
Feldgerät auch Telegramme durch die Feldbus-Schnittstelle
empfangen werden, die an ein anderes Gerät als das Feldgerät
adressiert sind. Vorzugsweise ist dabei die Software der Feldbus-Schnittstelle
derart ausgebildet, dass auch Telegramme, die eine von der Adresse,
insbesondere von der Busadresse, des betreffenden Feldgerätes
abweichende Empfängeradresse aufweisen, durch die Feldbus-Schnittstelle
empfangbar sind.
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Bei
dem „anderen Gerät” kann es sich beispielsweise
um ein Feldgerät oder um eine Steuerung, oder allgemein
eine übergeordnete Einheit, ein Bediengerät, etc.
handeln. Vorzugsweise wird das weitere Gerät durch eine
Steuerung gebildet, die in Bezug auf die an dem Feldbus (direkt
oder über ein weiteres Feldbus-Segment) angeschlossenen
Feldgeräte eine Steuerungsapplikation ausführt.
Die Steuerung kann dabei direkt oder über weitere Netzwerke
an dem Feldbus angeschlossen sein. Ferner können bei dem
erfindungsgemäßen Feldgerät mehrere Empfängeradressen
vorgesehen sein, bei denen, sofern mindestens eine von diesen in
einem erhaltenen Telegramm als Empfängeradresse angegeben
ist, das erhaltene Telegramm durch das erfindungsgemäße
Feldgerät empfangbar ist.
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Ferner
kann gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen
sein, dass sämtliche oder nur ein Teil der Nutzdaten, die
in dem empfangenen Telegramm enthalten sind, durch das Feldgerät
verwertbar sind. Als „Nutzdaten” werden die in
einem Telegramm enthaltenen Informationen oder Daten, insbesondere
Parameterwerte, Leseanfragen, Steuerungsbefehle, etc., verstanden.
Als „Nutzdaten” werden insbesondere nicht ein
Rahmen (Frame) bzw. ein Kopf (Header) eines Telegramms, in dem insbesondere
für die Übermittlung über den jeweiligen
Feldbus relevante Informationen enthalten sind, verstanden. Unter „verwertbar” wird
in dem vorliegenden Zusammenhang verstanden, dass in dem Feldgerät
in Bezug auf die betreffenden (verwertbaren) Nutzdaten ausreichende
Informationen, insbesondere bezüglich ihrer Herkunft und
ihrer Bedeutung, existieren, so dass diese in gewünschter
Weise in dem Feldgerät verwertet bzw. verarbeitet werden
können.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist das Feldbus-Protokoll ein Master-Slave-basiertes Feldbus-Protokoll,
wobei das Feldgerät einen Slave bildet. Wie oberhalb erläutert
wird, kann bei solchen Master-Slave-basierten Feldbus-Protokollen
ein an einem Feldbus angeschlossener Slave nicht von sich aus Telegramme
versenden. Vielmehr muss er abwarten, bis er von einem Master zum
Absenden eines Telegramms aufgefordert wird. Wie anhand des oberhalb
erläuterten Beispiels deutlich wird, ist insbesondere bei
solchen Feldbus-Protokollen bisher ein erheblicher Kommunikationsaufwand
für die Übermittlung von Informationen oder Daten
von einem Feldgerät (Slave) zu einem anderen Feldgerät
(Slave) erforderlich. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung
bei solchen Master-Slave-basierten Feldbus-Protokollen besonders
vorteilhaft. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
wird das Feldbus-Protokoll durch das Profibus®-Protokoll
gebildet.
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Das
Feldgerät kann beispielsweise durch einen Sensor, einen
Aktor, aber auch durch einen Remote I/O, ein Gateway oder ein Linking
Device, gebildet werden. Gemäß einer vorteilhaften
Weiterbildung wird das Feldgerät jedoch durch einen Sensor
oder einen Aktor gebildet. Insbesondere bei Sensoren und Aktoren
ist oftmals eine Übermittlung von Parametern zwischen einzelnen
Feldgeräten erforderlich, so dass die vorliegende Erfindung
in diesem Bereich besonders vorteilhaft ist.
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Grundsätzlich
muss das Feldgerät bei Telegrammen, die an ein anderes
Gerät adressiert sind und die von dem Feldgerät
empfangen werden sollen, Informationen darüber haben, welche
Art von Informationen oder Daten in dem Telegramm übermittelt
werden. Insbesondere muss das Feldgerät das Telegramm und
darin enthaltene Nutzdaten (vollständig oder teilweise)
zuordnen können. Für solch eine Zuordnung ist
ein wesentliches Kriterium, an welches Gerät das betreffende
Telegramm adressiert ist. Wie nachfolgend erläutert wird,
sind weitere Kriterien beispielsweise, welches Gerät der
Absender eines Telegramms ist und/oder von welchem Telegrammtyp
ein Telegramm ist. Diese Kriterien können dabei in dem Feldgerät
nicht nur zur Zuordnung eines erhaltenen Telegramms eingesetzt werden.
Vielmehr kann/können eines oder mehrere dieser Kriterien
auch als Auswahlkriterien in Bezug auf den Empfang von Telegrammen
durch das Feldgerät eingesetzt werden. insbesondere kann
in dem Feldgerät vorgesehen sein, dass ein erhaltenes Telegramm
nur dann durch die Feldbus-Schnittstelle empfangen wird und Nutzdaten
dieses Telegramms (vollständig oder teilweise) durch das
Feldgerät verwertet werden, falls eines oder mehrere dieser
Kriterien erfüllt ist/sind.
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Insbesondere
ist das Feldgerät gemäß einer vorteilhaften
Weiterbildung derart ausgebildet, dass Telegramme mit mindestens
einem vorbestimmten Gerät als Absender, insbesondere mit
mindestens einem vorbestimmten Feldgerät als Absender,
durch die Feldbus-Schnittstelle empfangbar und Nutzdaten dieser
Telegramme durch das Feldgerät verwertbar sind. Eine derartige
Funktionalität ist vorzugsweise in der Software der Feldbus-Schnittstelle
implementiert. Beispielsweise können in der Software eine
oder mehrere Absenderadresse(n) hinterlegt sein. Diese Absenderadresse(n)
können dabei auch durch einen Benutzer einstellbar sein.
Bei Ankunft eines Telegramms wird/werden dann durch die Software
der Feldbus-Schnittstelle die hinterlegte(n) Absenderadresse(n)
mit der Absenderadresse des ankommenden (bzw. erhaltenen) Telegramms
verglichen. Nur dann, falls die Absenderadresse eines ankommenden
Telegramms mit einer hinterlegten Absenderadresse übereinstimmt,
wird dieses Telegramm über die Feldbus-Schnittstelle empfangen
und Nutzdaten dieses Telegramms an eine höhere Bearbeitungsschicht
der Gerätesoftware weitergeleitet.
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In
der Regel ist die Software der Feldbus-Schnittstelle ganz oder teilweise
auf der Schicht 2 des OSI-Referenzmodells angesiedelt. In den meisten
Fällen wird die Software der Feldbus-Schnittstelle durch
einen Treiber gebildet. Eine höhere Bearbeitungsschicht
der Gerätesoftware ist dementsprechend auf einer höheren
Schicht des OSI-Referenzmodells, insbesondere auf der Anwendungsschicht
(Schicht 7) und/oder noch höher, angesiedelt. Die Absenderadresse
kann dabei beispielsweise durch eine, gemäß dem
jeweils eingesetzten Feldbus-Protokoll vergebene Absenderadresse
gebildet werden. Bei einem Profibus®-Feldbus
bzw. Profibus®-Feldbus-Segment
beispielsweise stehen für aktive und passive Teilnehmer
(z. B. Steuerung und Feldgeräte) 126 Teilnehmeradressen
bzw. Busadressen (von 0 bis 125) zur Verfügung, die jeweils
einzigartig innerhalb des betreffenden Feldbusses bzw. Feldbus-Segments
vergeben werden müssen.
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Gemäß einer
weiteren Weiterbildung ist das Feldgerät derart ausgebildet,
dass Telegramme mindestens eines vorbestimmten Telegrammtyps, insbesondere
Telegramme, die im Rahmen des Dienstes DDLM_Data_Exchange gesendet
werden, durch bzw. über die Feldbus-Schnittstelle empfangbar
und Nutzdaten dieser Telegramme durch das Feldgerät verwertbar
sind. In entsprechender Weise, wie es oberhalb in Bezug auf die
Absenderadressen erläutert wurde, kann wiederum vorgesehen
sein, dass diese Funktionalität in der Software der Feldbus-Schnittstelle
implementiert ist. Beispielsweise können in der Software
ein oder mehrere Telegrammtyp(en) hinterlegt sein. Diese Telegrammtyp(en)
können dabei auch durch einen Benutzer einstellbar sein.
Bei Ankunft eines Telegramms wird/werden dann durch die Software
der Feldbus-Schnittstelle der/die hinterlegte(n) Telegrammtyp(en)
mit dem Telegrammtyp des ankommenden Telegramms verglichen. Nur
dann, falls der Telegrammtyp eines ankommenden Telegramms mit einem
hinterlegten Telegrammtyp übereinstimmt, wird das ankommende
Telegramm über die Feldbus-Schnittstelle empfangen und
Nutzdaten dieses Telegramms an eine höhere Bearbeitungsschicht
der Gerätesoftware weitergeleitet.
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Der
Dienst DDLM_Data_Exchange wird insbesondere bei dem Profibus®-Protokoll im Rahmen der zyklischen
Kommunikation zwischen einer übergeordneten Einheit, insbesondere
einer Steuerung, die einen Master (Klasse 1) bildet, und einem Feldgerät,
das einen Slave bildet, eingesetzt. Bei diesem Dienst sendet der
Master (insbesondere eine Steuerung) zyklisch die Ausgangsdaten
(über ein Data_Exchange_Request-Telegramm) und erwartet von
dem jeweiligen Slave (insbesondere einem Feldgerät) als
Antwort die Eingangsdaten (über ein Data_Exchange_Response-Telegramm)
zurück. Das jeweilige Feldgerät, das einen Slave
bildet, muss für eine derartige Kommunikation in dem Zustand Data_Exchange
(kurz: DXCHG; deutsch: Datenaustausch) sein. Von dem Master (insbesondere
einer Steuerung) können in dem Data_Exchange_Request-Telegramm
(kurz: DXCHG_Request-Telegramm) insbesondere Steuerungsbefehle,
Messwerte oder allgemein Werte, Leseanfragen, etc. übermittelt
werden. Von dem Slave (insbesondere einem Feldgerät) können
in dem Data_Exchange_-Response-Telegramm (kurz: DXCHG_Response-Telegramm)
insbesondere Bestätigungen, die geforderten Messwerte,
Parameterwerte oder allgemeine Werte, etc. übermittelt
werden. Sowohl in einem Data_Exchange_Request-Telegramm als auch
in einem Data_Exchange_Response-Telegramm können in dessen
jeweiligem Nutzdatenanteil eine Mehrzahl von Informationen oder
Daten übermittelt werden.
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In
Feldgeräten ist dabei eine Vielzahl von Parametern vorgesehen.
Parameter eines Feldgerätes sind beispielsweise ein Messbereich,
ein Messwert, ein berechneter Wert, Grenzwerte, Einheiten, etc..
In einem Funktionsblock-Modell, wie es unter anderem in dem Foundation® Fieldbus Bussystem vorgesehen ist,
sind den Funktionsblöcken eines Feldgerätes jeweils
Input (deutsch: Eingabe), Output (deutsch: Ausgabe) und Contained
(deutsch: Enthaltene) Parameter zugeordnet. Im Rahmen des Dienstes DDLM_Data_Exchange
können insbesondere einer oder mehrere Parameter eines
Feldgerätes durch einen Master der Klasse 1 (Steuerung)
angefordert werden. Gemäß der Erfindung können
dabei eines oder mehrere Feldgeräte das entsprechende Data_Exchange_Response-Telegramm,
in dem der mindestens eine angeforderte Parameterwert übermittelt
wird, mithören. Eine separate Übermittlung des
Parameterwertes bzw. der Parameterwerte an die betreffenden Feldgeräte
durch den Master der Klasse 1 ist dementsprechend nicht mehr erforderlich.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Feldgerät
derart ausgebildet, dass Telegramme, die im Rahmen des Dienstes DDLM_Data_Exchange von
einem Feldgerät als Data_Exchange_Response-Telegramm auf
ein Data_Exchange_Request-Telegramm eines Masters gesendet werden,
durch die Feldbus-Schnittstelle empfangbar und Nutzdaten dieser
Telegramme durch das Feldgerät verwertbar sind.
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Wie
oberhalb erläutert wird, ist für eine Verwertung
von Nutzdaten von Telegrammen, die über die Feldbus-Schnittstelle
empfangen werden sollen, wichtig, dass das Feldgerät diese
Nutzdaten, vollständig oder teilweise (soweit sie für
das Feldgerät relevant sind), zuordnen kann. Dementsprechend
ist das Feldgerät gemäß einer vorteilhaften
Weiterbildung derart ausgebildet, dass Nutzdaten, die an einer vorbestimmten
Telegramm-Position in Telegrammen, die über die Feldbus-Schnittstelle
empfangbar sind, enthalten sind, durch das Feldgerät verwertbar sind.
Diese Weiterbildung ist insbesondere dann vorteilhaft, falls in
dem betreffenden Telegramm mehrere Daten, insbesondere mehrere Parameterwerte, übermittelt
werden. Dies ist beispielsweise bei dem Dienst DDLM_Data_Exchange
der Fall, bei dem die jeweiligen Werte in Reihe in dem Nutzdatenanteil
des jeweiligen Telegramms übermittelt werden. Die Reihenfolge,
in welcher diese Werte von einem Feldgerät übermittelt
werden (und dementsprechend auch von einem Master abgefragt werden),
wird bei Profibus® durch die Blockstruktur
des Feldgerätes (vgl. die Attribut-Parameter-Tabelle des
Feldgerätes) und durch die Konfiguration des Feldgerätes,
die bei dem Dienst DDLM_CHK_CFG festgelegt wird, bestimmt. Insbesondere
werden die (bei der Konfiguration ausgewählten) Parameter
bei dem Dienst DDLM_Data_Exchange im Rahmen der zyklischen Kommunikation
in der Reihenfolge ihres relativen Indexes in der entsprechenden
Attribut-Parameter-Tabelle (engl. Ausdruck: attribute parameter
table) übermittelt (vgl. hierzu insbesondere die Profibus®-Spezifikation: PROFIBUS-PA Profile
for Process Control Devices; Version 3.01). Die Attribut-Parameter-Tabelle
ist dabei beispielsweise einer GSD (engl.: „Generic Station
Description”; deutsch: „Geräte-Stammdaten-Datei”)
des jeweiligen Feldgerätes entnehmbar. Falls einem Nutzer
nicht bekannt ist, an welcher Telegramm-Position ein gewünschter
Parameterwert, wie beispielsweise ein Messwert, eines Feldgerätes übermittelt
wird, so kann er dies beispielsweise dadurch herausfinden, indem
er einen bestimmten Wert für diesen Messwert in dem Feldgerät
einstellt und über ein Bedienwerkzeug in Echtzeit ermittelt,
an welcher Parameter-Position der eingestellte Wert in dem jeweiligen
Telegramm übermittelt wird.
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Die
Funktionalität der oberhalb erläuterten Weiterbildung
ist vorzugsweise in einer höheren Bearbeitungsschicht der
Gerätesoftware, insbesondere in der Anwendungsschicht (Schicht
7) des OSI-Referenzmodells und/oder darüber, vorgesehen.
Die Telegramm-Position kann beispielsweise durch eine Byte-Position
der gewünschten Nutzdaten angegeben werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung weist die Feldbus-Schnittstelle einen
ASIC (engl.: application specific integrated circuit; deutsch: anwendungsspezifische
integrierte Schaltung) und einen Treiber zum Betreiben des ASIC
auf. Feldbus-Schnittstellen sind in der Regel in dieser Weise aufgebaut.
Der ASIC ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass über
ihn prinzipiell sämtliche Telegramme, die gemäß dem
jeweiligen Feldbus-Protokoll über den Feldbus übermittelt
werden und dementsprechend an dem Feldgerät ankommen, unabhängig
von der darin angegebenen Empfängeradresse empfangbar sind.
Der Treiber der Feldbus-Schnittstelle kann gegenüber den
bisher eingesetzten Treibern dann flexibel derart angepasst werden,
dass nicht nur die Telegramme mit einer Empfängeradresse,
die mit der Adresse des Feldgerätes übereinstimmt,
sondern auch weitere Telegramme über die Feldbus-Schnittstelle
empfangbar sind. Wie oberhalb erläutert wird, können
die Kriterien, welche weiteren Telegramme über die Feldbus-Schnittstelle
empfangbar sind, beispielsweise der jeweilige Absender (bzw. Absenderadresse)
des Telegramms, ein Telegrammtyp, eine Empfängeradresse
des Telegramms, etc. sein.
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Insbesondere
können durch den Treiber die Funktionen, die oberhalb allgemein
in Bezug auf die Software der Feldbus-Schnittstelle erläutert
wurden, ausgeführt werden. Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist der Treiber der Feldbus-Schnittstelle derart
ausgebildet, dass Telegramme, die an ein anderes Gerät
als das Feldgerät adressiert sind, durch die Feldbus-Schnittstelle
empfangbar und Nutzdaten dieser Telegramme durch den Treiber an
eine höhere Bearbeitungsschicht der Gerätesoftware
weiterleitbar sind. Gemäß einer weiteren vorteilhaften
Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem Treiber der Feldbus-Schnittstelle
Absenderadressen und/oder Telegrammtypen einstellbar sind, wobei
Telegramme, deren Absenderadresse mit einer in dem Treiber eingestellten
Absenderadresse und/oder deren Telegrammtyp mit einem in dem Treiber
eingestellten Telegrammtyp übereinstimmt, durch die Feldbus-Schnittstelle
empfangbar und deren Nutzdaten durch den Treiber an eine höhere
Bearbeitungsschicht der Gerätesoftware weiterleitbar sind.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einer Gerätesoftware
des Feldgerätes eine Telegramm-Position relativ zu einer Mehrzahl
von Nutzdaten, die in einem Telegramm übermittelt werden,
einstellbar ist, wobei Nutzdaten, die an dieser eingestellten Telegramm-Position
in einem empfangenen Telegramm enthalten sind, durch die Gerätesoftware
verwertbar sind. Auf diese Weise kann bei einer Mehrzahl von übermittelten
Informationen oder Daten in einem Telegramm selektiv nur auf einzelne
dieser Nutzdaten zugegriffen werden. Diese Funktionalität
ist vorzugsweise in einer höheren Schicht des OSI-Referenzmodells,
insbesondere in der Anwendungsschicht (Schicht 7) und/oder noch höher,
angesiedelt. Vorzugsweise wird diese Weiterbildung mit einem oder
mehreren der oberhalb erläuterten Auswahlkriterien bezüglich
des Empfangens von Telegrammen über die Feldbus-Schnittstelle kombiniert,
so dass beispielsweise nur solche Telegramme über die Feldbus-Schnittstelle
empfangen werden, die eine vorbestimmte Absenderadresse aufweisen
und/oder die von einem vorbestimmten Telegrammtyp sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben
eines Feldgerätes der Prozessautomatisierungstechnik, das über
eine Feldbus-Schnittstelle an einem Feldbus angeschlossen ist, wobei
durch die Feldbus-Schnittstelle gemäß einem Feldbus-Protokoll
Telegramme sendbar und an das Feldgerät adressierte Telegramme
empfangbar sind. Das Verfahren weist dabei nachfolgende Schritte
auf:
- A) Empfangen eines Telegramms, das an
ein anderes Gerät als das Feldgerät adressiert
ist, durch bzw. über die Feldbus-Schnittstelle des Feldgerätes;
und
- B) Verwerten von Nutzdaten, die in dem Telegramm enthalten sind,
durch das Feldgerät.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren werden im Wesentlichen
die oberhalb, in Bezug auf das erfindungsgemäße
Feldgerät erläuterten Vorteile erzielt. Ferner
sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die oberhalb
in Bezug auf das erfindungsgemäße Feldgerät
erläuterten Weiterbildungen und Varianten in entsprechender
Weise realisierbar.
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Weitere
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben
sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Von den Figuren
zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines einfachen Feldbus-Netzwerkes
mit herkömmlich ausgebildeten Feldgeräten zur
Veranschaulichung einer herkömmlichen Übermittlung
von Informationen oder Daten zwischen zwei Feldgeräten;
und
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2:
eine beispielhafte Darstellung eines einfachen Feldbus-Netzwerkes
zur Veranschaulichung einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf 2 eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert. Der dargestellte
Ausschnitt eines Feldbus-Netzwerkes bzw. Feldbus-Netzwerk-Segmentes
entspricht dabei dem in 1 dargestellten Aufbau. Wiederum
sind zwei Feldgeräte FG1' und FG2' sowie eine speicherprogrammierbare
Steuerung SPS an einem Feldbus F angeschlossen. Daneben können
auch noch weitere (nicht dargestellte) Feldgeräte oder
Geräte an dem Feldbus F angeschlossen sein. Die Steuerung
bzw. Steuereinheit SPS dient zur Steuerung der an dem Feldbus F
angeschlossenen Feldgeräte. Der Feldbus F arbeitet nach
dem Profibus®-Standard. Die Steuerung
SPS ist ein Master der Klasse 1, während die Feldgeräte FG1'
und FG2' jeweils Slaves sind. Die Kommunikation zwischen der Steuerung
SPS und den Feldgeräten FG1' und FG2' erfolgt gemäß dem
Profibus®-Protokoll.
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Die
beiden Feldgeräte FG1' und FG2' sind jeweils in dem Zustand
Data_Exchange (kurz: DXCHG; deutsch: Datenaustausch), so dass zwischen der
Steuerung SPS und den Feldgeräten im Rahmen der zyklischen
Kommunikation, insbesondere unter Verwendung des Dienstes DDLM_Data_Exchange, zyklisch
Informationen bzw. Daten ausgetauscht werden können. Bei
der vorliegenden Ausführungsform bildet das Feldgerät FG1'
ein Durchfluss-Messgerät, durch das der Durchfluss in einem
Rohrleitungsabschnitt gemessen wird und das als Messwert unter anderem
den jeweiligen Durchflusswert liefert. Das Feldgerät FG2'
bildet ein Stellventil, durch welches der Durchfluss in dem Rohrleitungsabschnitt
einstellbar, insbesondere regelbar, ist. Für diese Regelung benötigt
das Feldgerät FG2' unter anderem den Messwert des Feldgerätes
FG1'. Sowohl das Feldgerät FG1' als auch das Feldgerät
FG2' sind gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet.
Insbesondere können über deren jeweilige Feldbus-Schnittstelle auch
Telegramme, die an ein anderes Gerät als das Feldgerät
adressiert sind, empfangen und Nutzdaten dieser Telegramme durch
das Feldgerät verwertet werden.
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Im
Folgenden wird erläutert, wie gemäß der vorliegenden
Ausführungsform der gewünschte Messwert von dem
Feldgerät FG1' an das Feldgerät FG2' übermittelt
wird. Im Rahmen der zyklischen Kommunikation fordert die Steuerung
SPS durch ein Data_Exchange_Request-Telegramm mehrere Werte des
Feldgerätes FG1' an. Das Data_Exchange_Request-Telegramm
ist in 2 durch den gestrichelten Pfeil „1. REQ” dargestellt.
In diesen angeforderten Werten ist auch der Messwert, der von dem
Feldgerät FG2' benötigt wird, enthalten.
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Welche
Werte und in welcher Reihenfolge diese Werte von dem Feldgerät
FG1' in einem Data_Exchange_Response-Telegramm zurück an die
Steuerung SPS übermittelt werden, wird, wie oberhalb erläutert
wird, durch die Blockstruktur des Feldgerätes FG1' (vgl.
die Attribut-Parameter-Tabelle des Feldgerätes) und durch
die Konfiguration des Feldgerätes FG1', die bei dem Dienst DDLM_CHK_CFG
festgelegt wird, bestimmt. Bei der vorliegenden Ausführungsform
wird der gewünschte Messwert als dritter Wert in dem Nutzdatenanteil
des Data_Exchange_Response-Telegramms übermittelt. Die ersten
beiden Werte sowie der gewünschte Messwert werden jeweils
durch Floats (Gleitkommazahl) gebildet, die einen Datenumfang von
jeweils 4 Bytes aufweisen und zusammen mit der zugehörigen Statusinformation
von 1 Byte, die zusammen mit dem Wert übermittelt wird,
in dem Nutzdatenanteil jeweils einen Datenumfang von 5 Bytes aufweisen.
Dementsprechend nimmt der gewünschte Messwert die Byte-Positionen
11 bis 15 innerhalb des Nutzdatenanteils des Data_Exchange_Response-Telegramms ein.
In 2 ist das Data_Exchange_Response-Telegramm, das
von dem Feldgerät FG1' zurück an die Steuerung
SPS gesendet wird, durch den gestrichelten Pfeil „1. RESP.” dargestellt.
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Die
Feldbus-Schnittstelle des Feldgerätes FG2', die einen ASIC
und einen Treiber aufweist, ist derart ausgebildet, dass durch diese
auch das von dem Feldgerät FG1' an die Steuerung SPS gesendete
Telegramm empfangbar ist. Hierzu ist der Treiber des Feldgerätes
FG2' derart konfiguriert, dass Telegramme, die bei dem ASIC eingehen
und die als Telegrammtyp ein Data_Exchange_Response-Telegramm haben
und deren Absenderadresse die Busadresse des Feldgerätes
FG1' ist, zusätzlich zu den Telegrammen, deren Empfängeradresse
die Busadresse des Feldgerätes FG2' ist, über
die Feldbus-Schnittstelle empfangen werden können. Dementsprechend
wird das Data_Exchange_Response-Telegramm des Feldgerätes
FG1' nicht nur durch die Steuerung SPS empfangen sondern zusätzlich
auch durch das Feldgerät FG2'. Dies ist in 2 schematisch
durch den gepunkteten Pfeil „1. RESP.” dargestellt.
In dem Feldgerät FG2' werden die in dem Data_Exchange_Response-Telegramm
enthaltenen Nutzdaten durch den Treiber an eine höhere
Bearbeitungsschicht der Gerätesoftware, die in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel in der Anwendungsschicht (Schicht 7)
angesiedelt ist, weitergeleitet.
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Der
Teil der Gerätesoftware in der Anwendungsschicht ist dabei
derart ausgebildet, dass aus den weitergeleiteten Nutzdaten die
Daten mit der Byte-Position von 11 bis 15 herausgegriffen werden. Dabei
ist in der Gerätesoftware die Information hinterlegt, dass
es sich bei diesen Daten um den gewünschten Messwert des
Feldgerätes FG1' handelt. Dementsprechend kann der gewünschte
Messwert in dem Feldgerät FG1' für eine durchzuführende
Durchflussregelung und/oder für weitere Berechnungen genutzt
werden.
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Im
Unterschied zu dem Beispiel des Standes der Technik, das unter Bezugnahme
auf die 1 erläutert wurde,
ist bei der vorliegenden Erfindung eine explizite Übermittlung
des gewünschten Messwertes des Feldgerätes FG1'
von der Steuerung SPS an das Feldgerät FG2' nicht erforderlich,
so dass gemäß der vorliegenden Erfindung die Anzahl
der erforderlichen Telegramme reduziert werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das, unter Bezugnahme auf die 2 erläuterte
Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere ist
beispielsweise für die Realisierung der beschriebenen Übermittlung
von Informationen bzw. Daten von dem ersten Feldgerät FG1
zu dem zweiten Feldgerät FG2' nicht zwingend erforderlich,
dass auch das erste Feldgerät FG1' gemäß der
vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Vielmehr kann das erste
Feldgerät FG1' auch in herkömmlicher Weise ausgebildet
sein.
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Ferner
bietet die vorliegende Erfindung vielfältige, weitere Anwendungsmöglichkeiten.
Beispielsweise kann durch die vorliegende Erfindung eine nachträgliche
Einbindung eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Feldgerätes in eine bestehende Anlage erleichtert werden.
Das Feldgerät kann dabei derart konfiguriert werden, dass
es die Informationen bzw. Daten, die es benötigt, durch „Mithören” von
Telegrammen, die im Rahmen der bestehenden Prozesssteuerung ausgetauscht
werden, erhält. Dementsprechend ist nicht erforderlich,
dass das Steuerungsprogramm, das in einer Steuerung abläuft,
derart angepasst werden muss, dass die erforderlichen Informationen
bzw. Daten explizit durch die Steuerung an das neu eingebundene
Feldgerät übermittelt werden. Dementsprechend
kann der Aufwand für eine derartige Anpassung des Steuerungsprogramms
eingespart werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Norm IEC 61158-5 [0010]