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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung eines Feldgeräts der Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät in ein Bussystem integriert ist und über ein in der Automatisierungstechnik gebräuchliches Feldbusprotokoll mit einer übergeordneten Steuereinheit kommuniziert.
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In der Automatisierungstechnik, insbesondere in Anlagen der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, etc., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen 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 in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Neben den zuvor genannten Sensoren und Aktoren werden als Feldgeräte allgemein auch solche Einheiten bezeichnet, die Teilnehmer in einem Bussystem sind und zur Kommunikation mit den übergeordneten Einheiten in der Lage sind, wie z. B. Remote I/Os, Gateways, Linking Devices und Funkadapter. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress + Hauser-Gruppe hergestellt und vertrieben.
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In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Bussysteme, wie Profibus®, FOUNDATION Fieldbus®, HART®, etc. mit übergeordneten Einheiten verbunden. Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Leitsysteme bzw. Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, hier insbesondere von Sensoren erfassten Messwerte werden über das jeweilige Bussystem an eine oder ggf. mehrere übergeordnete Einheit/Einheiten übermittelt. Daneben erfolgt auch zwecks Konfigurierung, Parametrierung, Diagnose von Feldgeräten oder zwecks Ansteuerung von Aktoren eine Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an die Feldgeräte.
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Neben einer drahtgebundenen Kommunikation zwischen den Feldgeräten und der übergeordneten Einheit wird die drahtlose Datenübertragung bzw. die Funkübertragung von Daten immer wichtiger. Insbesondere in den Bussystemen Profibus®, FOUNDATION Fieldbus® und HART® ist eine drahtlose Datenübertragung über Funk spezifiziert. Ferner sind Funknetzwerke für Sensoren in dem Standard IEEE 802.15.4 näher spezifiziert. Zur Realisierung einer drahtlosen Datenübertragung sind Feldgeräte, insbesondere Sensoren und Aktoren, teilweise als Funk-Feldgeräte ausgebildet. Diese weisen in der Regel eine Funkeinheit und eine Stromquelle als integralen Bestandteil auf, wobei durch die Stromquelle eine autarke Stromversorgung des Feldgerätes ermöglicht wird.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, Feldgeräte ohne integrierte Funkeinheit, insbesondere Sensoren und Aktoren, durch Anschluss eines Wireless Adapters, der eine Funkeinheit aufweist, zu einem Funk-Feldgerät aufzurüsten. Ein Wireless Adapter ist also eine Einheit, durch die ein „herkömmliches” Feldgerät, das lediglich für einen drahtgebundenen Anschluss an einen Feldbus ausgelegt ist, zu einem Funk-Feldgerät erweitert wird. Beispielsweise ist in der Druckschrift
WO 2005/103851 A1 solch ein Wireless Adapter beschrieben. Der Wireless Adapter wird dabei an eine Kommunikationsschnittstelle, insbesondere an eine Feldbus-Kommunikationsschnittstelle, des Feldgerätes angeschlossen, wobei die Verbindung zwischen Wireless Adapter und Feldgerät in der Regel lösbar ist. Über die Feldbus-Kommunikationsschnittstelle kann das Feldgerät die über das Bussystem zu übermittelnden Daten an den Wireless Adapter senden, der diese dann über Funk an den Zielort übermittelt. Umgekehrt kann der Wireless Adapter bzw. der Funkadapter über Funk von dem Gateway und/oder der übergeordneten Steuereinheit Daten empfangen und über die Feldbus-Kommunikationsschnittstelle an das Feldgerät weiterleiten. Die Versorgung des Feldgerätes mit elektrischer Leistung erfolgt in der Regel über eine Stromquelle, die dem Funkadapter oder dem Feldgerät zugeordnet ist. Bei der Stromquelle handelt es sich üblicherweise um eine Batterie oder um einen Akku.
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Funknetzwerke für die Automatisierungstechnik, wie beispielsweise WirelessHART oder ISA 100, sind als Maschennetzwerke unterschiedlicher Ausgestaltung ausgebildet. Es wird darauf geachtet, dass jedes Feldgerät bzw. allgemein gesprochen jeder Knoten mit zumindest zwei weiteren Knoten kommunizieren kann, wodurch die notwenige Redundanz geschaffen wird.
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Die Integration eines neuen Knotens, sprich eines Ersatz- oder eines zusätzlichen Feldgeräts, in ein bestehendes Funknetzwerk ist relativ zeitintensiv, da zwecks Integration eines zusätzlichen Feldgeräts ein freier Kommunikationskanal, der durch die Integrationsparameter: Zeitfenster und Frequenz definiert ist, getroffen werden muss. Moderne Maschennetzwerke sind selbst organisierend ausgebildet. Hierzu verfügt jeder Knoten über ein Synchronisationsprotokoll, das ihn in die Lage versetzt, die benachbarten Knoten zu erkennen, die Stärke der übermittelten Signale zu bestimmen, Synchronisations-Information und Information über das Frequency Hopping zu erhalten und die direkten Funkverbindungen zu den Nachbarn zu ermitteln. Abgesehen davon, dass jedem Feldgerät das Synchronisationsprotokoll bereit gestellt werden muss, ergibt sich das Problem, dass das Feldgerät während der Integrationsphase einen hohen Energieverbrauch hat, was – wie bereits erwähnt – bei batteriebetriebenen Feldgeräten mit einer beschränkten zur Verfügung stehenden Leistungskapazität zu einer verkürzten Standzeit führt.
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Relativ große Anstrengungen sind zu unternehmen, wenn ein Ersatz-Feldgerät in ein bestehendes Feldbussystem anstelle eines ursprünglichen Teilnehmers integriert werden soll.
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Die bekannten Lösungen sehen eine manuelle Eingabe der für die Integration erforderlichen Informationen vor. Diese manuelle Eingabe ist aufwändig und fehleranfällig. Bekannt geworden ist auch die Lösung, die Konfigurations- und Parameterdaten des zu ersetzenden Teilnehmers in das Ersatz-Feldgerät zu laden. Auch diese Lösung ist nicht ohne Intervention des Bedienpersonals möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, das eine Generierung einer eindeutigen Identifizierung eines in ein Bussystem integrierten Feldgeräts ermöglicht bzw. das eine Zuordnung einer eindeutige Identifizierung zu einem in einem Bussystem angeordneten Feldgerät ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Mehrere Umgebungsparameter aus der unmittelbaren Umgebung am Einbauort des Feldgeräts werden erfasst. Anschließend wird anhand der ermittelten Umgebungsparameter eine eindeutige ortsabhängige Identifizierung des Feldgeräts generiert. Da diese Umgebungsparameter insbesondere in einer wie auch immer gearteten Kombination eine eindeutige Identifizierung des Feldgeräts in dem Bussystem erlauben, sind Verwechslungen und nachfolgend Fehler bei der Identifizierung des Feldgeräts mit hoher Wahrscheinlichkeit auszuschließen. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die eindeutige Identifizierung des Feldgeräts automatisch, also ohne einen Eingriff des Bedienpersonals, durchgeführt werden kann.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die eindeutige ortsabhängige Identifizierung von jedem Feldgerät in der übergeordneten Steuereinheit hinterlegt wird. Da die übergeordnete Steuereinheit diese Information erhält, wird der Gerätetausch für den Fall, dass ein Ersatz-Feldgerät und der ursprüngliche Teilnehmer eine identische Funktionalität aufweisen, was insbesondere bei dem Ersetzen eines Feldgeräts durch ein vergleichbares Feldgerät der Fall ist, stark vereinfacht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Falle des Austauschs eines der Feldgeräte bei der Inbetriebnahme des Ersatz-Feldgeräts unter Einbeziehung der Umgebungsparameter eine eindeutige Identifizierung des Ersatz-Feldgeräts generiert, wobei die Identifizierung des Ersatz-Feldgeräts zumindest innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen identisch ist mit der Identifizierung des ersetzten Feldgeräts. Anhand eines Vergleichs der Identifizierungen der beiden Feldgeräte erkennt die übergeordnete Steuereinheit automatisch einen Austausch eines im Wesentlichen identischen Feldgeräts und setzt das Ersatz-Feldgerät in dem Bussystem automatisch an die Stelle des ersetzten Feldgeräts. Diese automatische Integration des neuen Teilnehmers in das Bussystem ist natürlich nur dann möglich, wenn beide Feldgeräte auch die gleiche Funktionalität aufweisen, z. B. messen beide den Druck.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Umgebungsparameter, die zur eindeutigen Identifizierung eines der Feldgeräte herangezogen werden, von unterschiedlichen Sensoren erfasst werden.
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Als Beispiele für derartige Sensoren sind zu nennen:
Lagesensoren, die die Lage bzw. den Einbauwinkel der installierten Feldgeräte angeben;
Kameras, die visuelle Information oder Information im IR-Bereich über den Einbauort und/oder die Position des Feldgeräts liefern;
Sensoren, die die Feldstärken von Sendern und/oder benachbarten Feldgeräten erfassen – eine Lösung, die sich insbbesondere dann anbietet, wenn das Feldgerät in ein Funknetzwerk integriert ist. Gleiches gilt im Hinblick auf die Auswertung von Funksignalen der übergeordneten Steuereinheit oder der benachbarten Feldgeräte;
Erfassen der Signale der GSM Basis-Station;
Sensoren, die Information über GPS Positionsangaben liefern;
Sensoren, die Geräusche in der Umgebung des Feldgeräts erfassen.
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Als Umgebungsparameter sind im Prinzip alle den Einbauort oder die unveränderlichen Umgebungsbedingungen beschreibende Größen nutzbar. Die Größen können mechanischer, elektrischer, optischer und/oder akustischer Natur sein.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens schlägt vor, dass zwecks Generierung einer eindeutigen Identifizierung der einzelnen Feldgeräte eine erforderliche Anzahl von Umgebungsparametern über geeignete Verknüpfungen bzw. Algorithmen miteinander verbunden werden. Im einfachsten Fall ist eine vordefinierte Anzahl von Umgebungsparametern über UND und/oder ODER Verknüpfungen verbunden, um die eindeutige Identifizierung eines Feldgeräts anhand von Umgebungsparametern generieren zu können. Der verwendete Algorithmus kann auf jedes der in das Bussystem integrierten Feldgeräte individuell zugeschnitten sein.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass neben den Umgebungsparametern auch herstellerspezifische Information zur Generierung einer eindeutigen Identifizierung herangezogen wird. Im einfachsten Fall handelt es sich um die Prozessgröße, wie Druck oder Füllstand, die das Feldgerät bestimmt oder überwacht.
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Wie bereits zuvor erwähnt, kann die Kommunikation auf dem Bussystem drahtlos oder drahtgebunden erfolgen.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
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1: eine Ausgestaltung eines Kommunikationsnetzwerks der Automatisierungstechnik, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann, und
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2: ein Diagramm, das die einzelnen Verfahrensschritte einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht.
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1 zeigt eine Ausgestaltung eines Kommunikationsnetzwerks der Automatisierungstechnik, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann. In dem dargestellten Kommunikationsnetzwerk sind mehrere Feldgeräte auf der sog. Feldebene in Bussystemen BS1; BS2; BSn integriert. Eine Definition, was im Rahmen der Erfindung unter Feldgeräten zu verstehen ist, ist bereits in der Beschreibungseinleitung nicht abschließend aufgelistet. Die Kommunikation zwischen den Feldgeräten F1; F2; ... und der übergeordneten, in der Leitebene angeordneten Steuereinheit SE erfolgt über die in der Automatisierungstechnik gebräuchlichen Protokolle FP1; FP2; FPn. Beispiele für derartige Feldbusprotokolle FP1; FP2; FPn in der Feldebene sind bereits in der Beschreibungseinleitung genannt worden. Während auf der Feldebene sichere Übertragungsprotokolle mit relativ geringen Datenübertragungsraten zum Einsatz kommen, werden in auf der Leitebene bevorzugt Übertragungsprotokolle mit hohen Datenübertragungsraten eingesetzt.
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Dargestellt ist in der 1, dass auf der Leitebene die Kommunikation über Internet oder ein Intranet erfolgt.
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Die Steuereineinheit SE greift im gezeigten Fall über die Feldzugriffseinheiten bzw. die Gateways FG1, FG2, FGn auf die Feldgeräte F1, F2 ..., die n den einzelnen Feldbus-Segmenten angeordnet sind, zu. Die Feldbusprotokolle FP1; FP2; FPn in den einzelnen Segmenten können gleich sein, oder aber sie können verschiedenen voneinander sein. Selbstverständlich kann auch ein proprietäres Protokoll eingesetzt werden. Die Gateways FG1, FG2, FGn sorgen insbesondere für die Protokollumsetzung zwischen der Feld- und der Leitebene. Wie in der 1 angedeutet kann alternativ oder auch redundant zu einem drahtgebundenen Bussystem ein drahtloses Bussystem verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung bevorzugt dann zum Einsatz, wenn ein Feldgerät, sei es ein Sensor oder ein Aktor oder ein Gateway, ausgetauscht wird.
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2 zeigt ein Diagramm, das die einzelnen Verfahrensschritte einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht. Erfindungsgemäß werden mehrere Umgebungsparameter X, Y, Z aus der unmittelbaren Umgebung am Einbauort des Feldgeräts F, FG erfasst. Anhand der ermittelten Umgebungsparameter X, Y, Z. wird eine eindeutige ortsabhängige Identifizierung UID des Feldgeräts F, FG generiert. Bei diesen Umweltinformationen handelt es sich beispielsweise um akustische oder optische Größen oder um Größen aus dem IR-Bereich. Additiv oder alternativ wird die Position bzw. die Einbaulage bzw. der Einbauwinkel des Feldgeräts F, FG erfasst. Möglich ist es auch, zusätzlich oder alterntiv Satelliten-Information oder Handy-Information bezüglich der Position des jeweiligen Feldgeräts F; FG heranzuziehen.
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Neben den Umweltinformationen, die bevorzugt über entsprechende Sensoren aktuell bestimmt werden, bietet es sich an, gerätespezifische Information bereitzustellen. Hierbei handelt es sich z. B. um den Namen des Geräteherstellers, den Sensortyp, die Prozessvariable, die das Feldgerät bestimmen oder überwachen soll.
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Bevorzugt werden die Umgebungsparameter X, Y, Z, die zur eindeutigen Identifizierung UID eines bzw. jedes der Feldgeräte F, FG herangezogen werden, von unterschiedlichen Sensoren S1, S2, ... Sn erfasst. Bei den Sensoren S1, S2, ... handelt es sich beispielsweise um eine optische oder eine IR-Kamera, um einen Lagesensor, um eine GPS Antenne oder um eine GSM Antenne. Neben den von den Sensoren S1, S2, ... gelieferten Umweltinformationen können zur eindeutigen Identifizierung der Feldgeräte F, FG zusätzlich gerätespezifische Konstanten herangezogen werden.
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Die ermittelten Umgebungsparameter X, Y, Z werden über einen Algorithmus, im einfachsten Fall handelt es sich um zumindest eine UND und/oder eine OR-Verknüpfung, in eine einem Feldgerät F, FG eindeutig zugeordnete Identifizierung UID umgewandelt. Es versteht sich von selbst, dass die UID anhand der Umgebungsparameter und ggf. anhand der gerätespezifischen Konstanten auch über einen beliebigen anderen Algorithmus generiert werden kann. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die eindeutige ortsabhängige Identifizierung UID von jedem Feldgerät F, FG in der übergeordneten Steuereinheit SE hinterlegt wird.
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Als besonders vorteilhaft zeigt sich das erfindungsgemäße Verfahren, wenn nach dem Austausch eines der Feldgeräte F; FG das Ersatz-Feldgeräts F'; FG' in einem der Bussysteme BS1, BS2, .... in Betrieb genommen wird. Unter Einbeziehung der Umgebungsparameter X, Y, Z wird dann eine eindeutige Identifizierung UID des Ersatz-Feldgeräts F'; FG' generiert, wobei die Identifizierung UID des Ersatz-Feldgeräts (F'; FG') zumindest innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen identisch ist mit der Identifizierung UID des ersetzten Feldgeräts F; FG. Anhand eines Vergleichs der Identifizierungen UID der beiden Feldgeräte F; FG; F'; FG' erkennt die übergeordnete Steuereinheit SE automatisch einen Austausch des Feldgeräts F; FG. Somit kann das Ersatz-Feldgerät F'; FG' automatisch an die Stelle des ursprünglichen Feldgeräts F; FG in das Bussystem BS1; BS2; BSn; BSx integriert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Standard IEEE 802.15.4 [0004]
- ISA 100 [0006]
