DE102009054883A1

DE102009054883A1 - Verfahren zur Optimierung der Verbindungsparameter eines Übertragungsweges zwischen einzelnen Vorort-Feldzugriffseinheiten

Info

Publication number: DE102009054883A1
Application number: DE200910054883
Authority: DE
Inventors: Werner 79585 Thoren; Eckhard 79650 Reuter; Uwe Mannbar; Thomas Fridolin 79713 Döbele
Original assignee: Endress and Hauser Process Solutions AG
Current assignee: Endress and Hauser Process Solutions AG
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Verbindungsparameter (VPi) eines Übertragungsweges (GSM Uplink) zwischen einzelnen Vorort-Feldzugriffs-einheiten (FG1, ... FGn), die in einem räumlich eingeschränkten Bereich angeordnet sind, und einem entfernt angeordneten Managementsystem (TS), wobei jede der Vorort-Feldzugriffseinheiten (FG1, ... FGn) den Datenaustausch zwischen mehreren Feldgeräten einer Prozess- oder Fabrikanlage der Automatisierungstechnik und dem entfernt angeordneten Managementsystem sicherstellt, wobei die Kommunikation zwischen jeder der Vorort-Feldzugriffseinheiten (FG1, ... FGn) und dem entfernten Managementsystem (TS) über zumindest einen Übertragungskanal von zumindest einem global verfügbaren Netzwerk erfolgt, wobei der für die Kommunikation verwendete Übertragungsweg (GSM Uplink i, mit i = 1, ... n) einer jeden Vorort-Feldzugriffseinheit (FG1, ... FGn) durch einen Parametersatz mit zumindest einem Verbindungsparameter (PSi) beschrieben wird, wobei das Managementsystem (TS) aus den Parametersätzen der Verbindungsparameter (PSi) der einzelnen Übertragungswege (GSM Uplink i) anhand von zumindest einem vorgegebenen Kriterium einen bevorzugten Übertragungsweg (GSM Uplink opt) auswählt und den entsprechenden Parametersatz der Verbindungsparameter (PSi) des bevorzugten Übertragungswegs (GSM Uplink opt) den Vorort-Feldzugriffseinheiten (FG1, ... FGn) zur Verfügung stellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Verbindungsparameter eines Übertragungsweges zwischen einzelnen Vorort-Feldzugriffseinheiten, die in einem räumlich eingeschränkten Bereich angeordnet sind, und einem entfernt angeordneten Managementsystem, wobei jede der Vorort-Feldzugriffseinheiten den Datenaustausch zwischen mehreren Feldgeräten einer Prozess- oder Fabrikanlage der Automatisierungstechnik und dem entfernt angeordneten Managementsystem sicherstellt.
Die nachfolgenden Definitionen sind in Verbindung mit dem Stand der Technik, aber auch in Verbindung mit der Erfindung zu sehen. Zur Fernübertragung von Messdaten oder von Identifizierungsdaten werden üblicherweise sog. Gateways bzw. Vorort-Feldzugriffseinheiten eingesetzt, die die Daten der angeschlossenen Feldgeräte sammeln und im Wesentlichen über global verfügbare Netzwerke an ein entferntes Managementsystem übertragen. Neben der reinen Messdaten- und Identifizierungsdatenübertragung werden auch Informationen, wie z. B. Parameter-Informationen (Nullpunkt, Messwertspanne, etc.) und Diagnose-Informationen übertragen. Üblicherweise erfolgt die Übertragung der Daten drahtlos über Funknetzwerke. Hier kommen neben Weitverkehrs-Anwendernetze (WAN) auch Lokale Anwendernetze (LAN), z. B. Internet zum Einsatz.
Wie bereits zuvor erwähnt, sind die Feldzugriffseinheiten mit einer Vielzahl von Feldgeräten verbunden. In der Prozess- ebenso wie in der Fabrikautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen dienen. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Messgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessgrößen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung der Prozessgrößen werden Aktoren verwendet, wie Ventile oder Pumpen, über die z. B. der Durchfluss einer Flüssigkeit in einer Rohrleitung oder der Füllstand eines Mediums in einem Behälter geändert wird. Unter dem in Verbindung mit der Erfindung verwendeten Begriff 'Feldgeräte' sind somit alle Typen von Messgeräten und Aktoren zu subsumieren.
Als Feldgeräte werden darüber in Zusammenhang mit der Erfindung auch alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Neben den zuvor genannten Messgeräten/Sensoren und Aktoren werden als Feldgeräte allgemein auch solche Einheiten bezeichnet, die direkt an einem Feldbus angeschlossen sind und zur Kommunikation mit der übergeordneten Einheit dienen, wie z. B. Remote I/Os, Gateways, Linking Devices und Wireless Adapter bzw. Funkadapter. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress + Hauser-Gruppe hergestellt und vertrieben.
Üblicherweise sind an den Feldzugriffseinheiten die Verbindungsparameter für die Fernübertragung fest voreingestellt. Problematisch hierbei ist, dass ein erfolgreicher und zuverlässiger Verbindungsaufbau nicht in allen Netzwerken und an allen Orten qualitativ gleichwertig gewährleistet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für eine Optimierung der Verbindungsparameter vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Kommunikation zwischen jeder der Vorort-Feldzugriffseinheiten und dem entfernten Managementsystem über zumindest einen Übertragungskanal bzw. Übertragungsweg von zumindest einem global verfügbaren Netzwerk erfolgt, dass der für die Kommunikation verwendete Übertragungsweg einer jeden Vorort-Feldzugriffseinheit durch einen Parametersatz mit zumindest einem Verbindungsparameter beschrieben wird, und dass das Managementsystem aus den Parametersätzen der einzelnen Übertragungswege anhand von zumindest einem vorgegebenen Kriterium einen bevorzugten Übertragungsweg auswählt und den entsprechenden Parametersatz des bevorzugten Übertragungswegs den Vorort-Feldzugriffseinheiten zur Verfügung stellt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass von den Feldzugriffseinheiten in vorbestimmten Zeitabständen oder beim Auftreten von vorbestimmten Ereignissen Konfigurationsdaten und Daten zur Qualität des verwendeten Übertragungswegs an das Managementsystem übermittelt werden.
Bevorzugt wird als vorgegebenes Kriterium die Qualität des gewählten Übertragungsweges ermittelt und herangezogen. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass Daten über den Betreiber des für den Übertragungsweg verwendeten Netzwerks bzw. über die Betreiber der für den Übertragungsweg verwendeten Netzwerke als Kriterium herangezogen werden. Insbesondere wird als Übertragungsweg der Übertragungsweg ausgewählt, der im Vergleich zu anderen bei guter Qualität des Übertragungsweges am kostengünstigsten ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Übertragungsweg bzw. die entsprechenden Verbindungsparameter zwischen den Feldzugriffseinheiten und dem Managementsystem in vorgegebenen Toleranzen variiert werden, um den Einfluss auf die Qualität des gewählten Übertragungsweges zu analysieren.
Als besonders vorteilhaft wird es in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erachtet, wenn die optimalen Verbindungsparameter für die einzelnen Feldzugriffseinheiten an das Managementsystem zurückgesendet werden. Anhand der gewonnenen Daten werden weiterhin optimale Verbindungsparameter für weitere in das Netzwerk zu integrierende Feldzugriffseinheiten bestimmt, die in der Nachbarschaft platziert werden. Nachbarschaft bedeutet hierbei, dass die Kommunikation mit dem Managementsystem auf der Grundlage derselben Verbindungsparameter erfolgen kann.
Nachfolgend ist ein Beispiel genannt: Eine Feldzugriffseinheit ist dauerhaft über ein Netzwerk, z. B. GPRS, im Internet verbunden. Über ein 'ping' wird in konstanten Zeitintervallen, z. B. jede halbe Stunde, geprüft, ob die Internetverbindung noch aktiv ist. Falls die Internetverbindung nicht aktiv ist, wird die Verbindung neu aufgebaut. Erkennt eine Feldzugriffseinheit, dass die Internetverbindung z. B. häufig ausfällt, setzt die Feldzugriffseinheit selbständig das 'ping'-Intervall herunter bevorzugt sukzessive herunter, z. B. auf 5 Minuten. Hierdurch lassen sich die Ausfallszeit, also Zeiten ohne Zugang zu einer Internetverbindung, minimieren bzw. gering halten. Die entsprechende Parameteränderung wird an das Managementsystem übermittelt.
Das Managementsystem bemerkt aufgrund einer automatischen oder manuellen Auswertung der übermittelten Daten, dass z. B. bei GSM Anbietern in Indien häufig die Internetverbindung ausfällt. Wird eine neue weitere Feldzugriffseinheit über einen indischen Anbieter, z. B. einem GSM Anbieter, an dem Managementsystem registriert, bekommt diese Feldzugriffseinheit sofort als Startwert ein 'ping' – Intervall von 5 Minuten gesetzt. Hierdurch kann sich die neu integrierte Feldzugriffseinheit den Lernprozess einsparen; sie profitiert von den Erfahrungswerten von bereits länger in dem Netzwerk integrierten Feldzugriffseinheiten.
Bevorzugt werden die Verbindungsparameter durch das Managementsystem oder durch die entsprechende Feldzugriffseinheit initiiert.
Zwecks Optimierung der Verbindungsparameter zwischen der entsprechenden Feldzugriffseinheit und dem Managementsystem wird der Feldzugriffseinheit eine optimierte Firmware zur Verfügung gestellt.
Wie bereits zuvor anhand eines konkreten Beispiels beschrieben, zeichnet sich eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch aus, dass eine Optimierung des Übertragungsweges zwischen den einzelnen Feldzugriffseinheiten und dem Managementsystem sukzessive über einen selbst lernenden Prozess erfolgt. Hierdurch ist es möglich, eine automatische Erstellung und Aufrechterhaltung einer zuverlässigen Fernübertragung zu gewährleisten.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, und
2: ein Flussdiagramm, das eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreibt.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Die Fernübertragung von Daten erfolgt zwischen einzelnen Vorort-Feldzugriffseinheiten FG1, ... FGn, die in einem räumlich eingeschränkten Bereich angeordnet sind, und einem entfernt angeordneten Managementsystem TS. Jede der Vorort-Feldzugriffseinheiten FG1, ... FGn ist zuständig für den Datenaustausch zwischen mehreren, in der 1 nicht gesondert dargestellten Feldgeräten einer Prozess- oder Fabrikanlage der Automatisierungstechnik und dem entfernt angeordneten Managementsystem TS. Das Managementsystem TS wird im gezeigten Fall als TelemetrieServer bezeichnet. Der TelemetrieServer TS verwaltet sämtliche Parameter der Feldzugriffseinheiten FG1, ... FGn, also auch die Verbindungsparameter VPi. Weiterhin ist der TelemetrieServer TS der Zwischenpuffer für die von den Feldzugriffseinheiten FG1, ... FGn übermittelten Messwerte der einzelnen Feldgeräte.
Die Kommunikation zwischen den Feldzugriffseinheiten FG1, ... FGn und dem entfernten Managementsystem TS erfolgt üblicherweise über zumindest einen Übertragungskanal bzw. einen Übertragungsweg, hier GSM Uplink genannt, in zumindest einem global verfügbaren Netzwerk. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren vorgeschlagen, wie die Verbindungsparameter zu optimieren sind. Hierzu wird der für die Kommunikation verwendete Übertragungsweg einer jeden Vorort-Feldzugriffseinheit FG1, ... FGn durch einen Parametersatz mit zumindest einem Verbindungsparameter VPi beschrieben wird. Aufgrund der einzelnen Parametersätze von Verbindungsparametern VPi der einzelnen Übertragungswege GSM Uplink i wählt das Managementsystem TS unter Zuhilfenahme von zumindest einem vorgegebenen Kriterium einen bevorzugten Übertragungsweg GSM Uplink opt aus und stellt den entsprechenden Parametersatz von Verbindungsparametern VPi des bevorzugten Übertragungswegs GSM Uplink opt den Vorort-Feldzugriffseinheiten FG1, ... FGn zur Verfügung.
2 zeigt ein Flussdiagramm, das eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreibt. Unter Programmpunkt 1 prüft die Feldzugriffseinheit FG1, ... FGn im Abstand eines vorgegebenen Zeitintervalls Δt, z. B. von 30 Minuten, ob die Internetverbindung zu dem Managementsystem TS aktiv ist. Falls die Internetverbindung aktiv ist, was unter Programmpunkt 2 geprüft wird, wird die Schleife mit den Programmpunkten 1 und 2 weiter durchlaufen. Wird bei der Überprüfung unter Programmpunkt 2 festgestellt, dass die Internetverbindung nicht aktiv ist, so wird unter dem Programmpunkt 3 die Verbindung neu aufgebaut. Unter Programmpunkt 4 wird ein Zähler, der Information über die Anzahl der neu aufzubauenden Internetverbindung liefert, um einen Zähler hoch gesetzt. Übersteigt die Anzahl der neu aufzubauenden Internetverbindungen eine vorgegebene Anzahl x – eine entsprechende Überprüfung erfolgt unter Programmpunkt 5 –, so wird das vorgegebene Zeitintervall Δt unter dem Programmpunkt 6 reduziert. Nachfolgend wird die Schleife aus den Programmpunkten 1–6 auf der Basis des reduzierten Zeitintervalls Δt von z. B. 5 Minuten durchlaufen. Ergibt die Überprüfung unter dem Programmpunkt 6, dass die vorgegebene Anzahl x der neu aufzubauenden Internetverbindungen noch nicht erreicht ist, so wird die Schleife mit den Programmpunkten 1–5 weiter durchlaufen.
Unter dem Programmpunkt 7 wird das Managementsystem TS über das reduzierte Zeitintervall Δt für die Überprüfung der Internetverbindung informiert und ermittelt unter dem Programmpunkt 8 die optimierten Verbindungsparameter VPi opt. Diese optimierten Verbindungsparameter PSi opt werden entsprechend Programmpunkt 9 sowohl den übrigen bereits in dem entsprechenden Verbund integrierten Feldzugriffseinheiten FG1, ... FGn, als auch einer neu in den Verbund zu integrierenden Feldzugriffseinheit FGX übermittelt. Sind die Verbindungsparameter PSi gleich zuverlässig, wird bevorzugt ein weiteres Kriterium zur Ermittlung des optimalen Übertragungsweges herangezogen. Beispielsweise wird als Kriterium ein Kostenvergleich verwendet.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit möglich, eine Optimierung des Übertragungsweges GSM Uplinki zwischen den einzelnen Feldzugriffseinheiten FG1, ... FGn und dem Managementsystem TS sukzessive über einen selbst lernenden Prozess herbei zu führen. Das erfindungsgemäße Verfahren und seine vorteilhaften Ausgestaltungen ermöglichen die Sicherstellung einer automatischen Erstellung und Aufrechterhaltung einer zuverlässigen Fernübertragung.

Claims

Verfahren zur Optimierung der Verbindungsparameter (VPi) eines Übertragungsweges (GSM Uplink) zwischen einzelnen Vorort-Feldzugriffseinheiten (FG1, ... FGn), die in einem räumlich eingeschränkten Bereich angeordnet sind, und einem entfernt angeordneten Managementsystem (TS), wobei jede der Vorort-Feldzugriffseinheiten (FG1, ... FGn) den Datenaustausch zwischen mehreren Feldgeräten einer Prozess- oder Fabrikanlage der Automatisierungstechnik und dem entfernt angeordneten Managementsystem sicherstellt, wobei die Kommunikation zwischen jeder der Vorort-Feldzugriffseinheiten (FG1, ... FGn) und dem entfernten Managementsystem (TS) über zumindest einen Übertragungskanal von zumindest einem global verfügbaren Netzwerk erfolgt, wobei der für die Kommunikation verwendete Übertragungsweg (GSM Uplink i, mit i = 1, ... n) einer jeden Vorort-Feldzugriffseinheit (FG1, ... FGn) durch einen Parametersatz mit zumindest einem Verbindungsparameter (PSi) beschrieben wird, wobei das Managementsystem (TS) aus den Parametersätzen der Verbindungsparameter (PSi) der einzelnen Übertragungswege (GSM Uplink i) anhand von zumindest einem vorgegebenen Kriterium einen bevorzugten Übertragungsweg (GSM Uplink opt) auswählt und den entsprechenden Parametersatz der Verbindungsparameter (VPi) des bevorzugten Übertragungswegs (GSM Uplink opt) den Vorort-Feldzugriffseinheiten (FG1, ... FGn) zur Verfügung stellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei von den Feldzugriffseinheiten (FG1, ... FGn) in vorbestimmten Zeitabständen (t) oder beim Auftreten von vorbestimmten Ereignissen Konfigurationsdaten und Daten zur Qualität des verwendeten Übertragungswegs (GSM Uplink i) an das Managementsystem (TS) übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Kriterium die Qualität des gewählten Übertragungsweges (GSM Uplink i) ermittelt und herangezogen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei Daten über den Betreiber des für den Übertragungsweg (GSM Uplink i) verwendeten Netzwerks bzw. über die Betreiber des für den Übertragungsweg (GSM Uplink i) verwendeten Netzwerke als Kriterium herangezogen werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–4, wobei als Übertragungsweg (GSM Uplink i) der Übertragungsweg (GSM Uplink opt) ausgewählt wird, der im Vergleich zu anderen bei guter Qualität des Übertragungsweges am kostengünstigsten ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Übertragungsweg (GSM Uplink i) bzw. die entsprechenden Verbindungsparameter (PSi) zwischen den Feldzugriffseinheiten (FG1, ... FGn) und dem Managementsystem (TS) in vorgegebenen Toleranzen variiert werden, um den Einfluss auf die Qualität des gewählten Übertragungsweges (GSM Uplink i) zu analysieren.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die optimalen Verbindungsparameter (PSi opt) für die einzelnen Feldzugriffseinheiten (FG1, ... FGn) an das Managementsystem (TS) zurückgesendet werden und wobei aus den gewonnenen Daten weiterhin optimale Verbindungsparameter (PSi opt) für weitere in das Netzwerk zu integrierende Feldzugriffseinheiten (FG1, ... FGn) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Variation der Verbindungsparameter (VPi) durch das Managementsystem (TS) oder durch die entsprechende Feldzugriffseinheit (FG1, ... FGn) initiiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei zwecks Optimierung der Verbindungsparameter (VPi) zwischen der entsprechenden Feldzugrffseinheit (FG1, ... FGn) und dem Managementsystem (TS) der Feldzugriffseinheit (FG1, ... FGn) eine optimierte Firmware zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Optimierung des Übertragungsweges (GSM Uplink i) zwischen den einzelnen Feldzugriffseinheiten (FG1, ... FGn) und dem Managementsystem (TS) sukzessive über einen selbst lernenden Prozess erfolgt.