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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein industrielle Funkvorrichtungen zum drahtlosen Kommunizieren von Daten und insbesondere Hochleistungs-Funkvorrichtungen für eine Weitstrecken-Kommunikation in einem durch einen Benutzer gewählten, spezifizierten Netzwerkkommunikationsprotokoll, das zum Beispiel mit SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)-Systemen assoziiert ist.
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SCADA-Systeme werden in weiter Verbreitung für das Überwachen und Steuern von industriellen Prozessen verschiedenster Typen verwendet. Ein SCADA-System umfasst gewöhnlich eine Anzahl von entfernt überwachten Positionen einschließlich von Sensoren, Messwandlern und anderen bekannten Elementen, die als Steuereingaben zu dem SCADA-System verwendet werden. Daten und Informationen, die mit diesen Elementen an jeder der entfernt überwachten Positionen assoziiert sind, können per Funk mit Funkvorrichtungen an anderen Positionen in dem System innerhalb eines Kommunikationsnetzwerks ausgetauscht werden und schließlich zu einem zentralisierten Computersystem gegeben werden, das die Daten sammelt und ein koordiniertes Steuern und Betreiben von industriellen Prozessen in Reaktion auf die gesammelten Daten ermöglicht. Steuerbefehle können entsprechend unter Verwendung eines Funkvorrichtungen umfassenden Kommunikationsnetzwerks zu den entfernten Positionen gesendet werden. Die Verwendung von Weitstrecken-Funkvorrichtungen ist in vielen Kommunikationsnetzwerken praktisch erforderlich und hat sich allgemein für die Verwendung mit SCADA-Systemen durchgesetzt.
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Weitstrecken-Funkvorrichtungen können digitale Hochfrequenzsignale senden und empfangen, um Daten und Informationen drahtlos über Distanzen von zum Beispiel 10–20 km zu übertragen. Es handelt sich also um Vorrichtungen mit einer relativ hohen Leistung. Weil eine relativ hohe Leistung erforderlich ist, um derartige Weitstrecken-Funkvorrichtungen zu betreiben, werden die Funkvorrichtungen gewöhnlich nicht durch Batterien betrieben, sondern bei der Installation mit einer Netzstromversorgung verbunden.
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Die Weitstrecken-Funkvorrichtungen müssen vor der Installation mit den erforderlichen Kommunikationsparametern konfiguriert werden, um in einem SCADA-Systemnetzwerk in Übereinstimmung mit einem spezifizierten Kommunikationsprotokoll zu kommunizieren. Zum Beispiel müssen die Funkvorrichtungen mit den erforderlichen Netzwerk-ID-Informationen für die Kommunikationsknoten, in denen sie installiert werden, konfiguriert werden, müssen mit einer Funk-ID-Nummer, die mit den anderen Funkvorrichtungen in dem Kommunikationsnetzwerk kompatibel, aber dennoch einzigartig ist, ausgestattet werden und müssen mit Kommunikationsprotokollparametern konfiguriert werden, um gültige Signale in der richtigen Form für das spezifizierte Protokoll für die Übertragung in dem Netzwerk zusammenzustellen. Unter Umständen kann die Anzahl der für ein spezifiziertes Protokoll erforderlichen verschiedenen Kommunikationsparameter dreißig bis vierzig oder mehr verschiedene Protokollparameter umfassen, mit denen jede Funkvorrichtung konfiguriert werden muss, um effektiv in dem Netzwerk kommunizieren zu können. Die Funkvorrichtungen werden gewöhnlich unter Verwendung von entsprechenden Softwareanwendungen mit den Protokollparametern konfiguriert.
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Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen werden im Folgenden verschiedene nicht einschränkend und nicht ausschließlich aufzufassende Ausführungsformen beschrieben, wobei durchgehend gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um auf einander entsprechende Komponenten zu verweisen.
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1 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Weitstrecken-Funkvorrichtung zeigt.
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2 zeigt die Weitstrecken-Funkvorrichtung in Verbindung mit einer durch eine beschränkte Stromversorgung betriebenen Konfigurationseinrichtung für die Konfiguration von Funkprotokollparametern.
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3 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Konfigurieren einer Weitstrecken-Funkvorrichtung mit Netzwerkkommunikationsprotokollparametern zeigt.
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Wie bereits weiter oben genannt, sind die Weitstrecken-Funkvorrichtungen für die Verwendung in SCADA-Systemen meistens Hochleistungsvorrichtungen, die gewöhnlich durch eine externe Stromversorgung (z. B. eine Netzstromversorgung oder eine Solarstromversorgung) und nicht durch eine interne Stromversorgung wie etwa Batterien mit Strom versorgt werden. Weil die Weitstrecken-Funkvorrichtungen keine interne Stromversorgung aufweisen, müssen sie mit externen Stromquellen verbunden werden, damit sie mit den erforderlichen Netzwerkprotokollparametern konfiguriert werden können. Dies kann jedoch unter Umständen schwierig und umständlich sein, weil die Weitstrecken-Funkvorrichtungen an entfernten Positionen installiert werden müssen. Es wäre vorteilhaft, wenn die Funkvorrichtungen an oder in der Nähe ihrer Installationspositionen konfiguriert werden könnten, aber dort ist gewöhnlich keine entsprechende Stromversorgung verfügbar. Die Funkvorrichtungen könnten also theoretisch an ihrer Installationsposition mit einer externen Stromversorgung verbunden werden und mit den Kommunikationsparametern konfiguriert werden, wobei dies jedoch nicht praktisch ist, wenn die Funkvorrichtungen auf Masten montiert, in Schaltkästen angebracht oder in anderen Umgebungen installiert werden sollen, wo nur schwierig auf sie zugegriffen werden kann.
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Außerdem müssen Weitstrecken-Funkvorrichtungen gewöhnlich vollständig hochgefahren werden, um sie mit den erforderlichen Kommunikationsparametern zu konfigurieren. Gewöhnlich werden zum Beispiel Ethernet-Verbindungen, RS-232-Seriellanschluss-Verbindungen und RS-485-Seriellanschluss-Verbindungen verwendet, um die Funkvorrichtungen unter Verwendung einer speziellen Software, die auf einem separaten Computersystem wie etwa einem Laptop oder Notebook gespeichert ist, für ein bestimmtes Kommunikationsnetzwerk zu konfigurieren. Dabei kann sich jedoch die Konfiguration einer Weitstrecken-Funkvorrichtung an ihrem Installationsknoten an einer entfernten Position als schwierig herausstellen, weil die Ethernet-Verbindungen, RS-232-Seriellanschluss-Verbindungen und RS-485-Seriellanschluss-Verbindungen ebenfalls eine entsprechende Stromversorgung für die zu konfigurierende Vorrichtung benötigen. Und wie bereits genannt, ist eine derartige Stromversorgung gewöhnlich vor Ort nicht verfügbar. Außerdem kann die Verbindung einer Funkvorrichtung mit einer Netzstromversorgung oder einer anderen externen Stromversorgung, die die Funkvorrichtung nach der Konfiguration und Installation verwendet, unpraktisch sein, wenn die Funkvorrichtungen auf Mästen, in Schaltschränken oder in anderen Umgebungen montiert werden, wo nur schwierig auf sie zugegriffen werden kann.
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Insbesondere wenn die Funkvorrichtungen mit einer externen Stromquelle verdrahtet werden, die eine Vollbetrieb-Stromversorgung für die Funkvorrichtung an deren Installationsort vorsieht, ist die Herstellung von RS-232- oder RS-485-Seriellanschluss-Verbindungen zwischen den Funkvorrichtungen und einem Computer, der die spezielle Software für die Konfiguration der Funkvorrichtungen enthält, häufig unpraktisch oder sogar unmöglich, auch wenn die spezielle Software in einem Laptop- oder Notebook-Computer gespeichert ist. Zum Beispiel kann es schwierig sein, auf die RS-232- oder RS-485-Anschlüsse an der Funkvorrichtung zuzugreifen, nachdem die Funkvorrichtung an ihrem Installationsort (wie etwa einem Schaltpaneel) montiert wurde und die Stromversorgungsverbindung hergestellt wurde. Außerdem können Beschränkungen hinsichtlich der Kabel gegeben sein, wobei insbesondere die zum Erreichen bestimmter Funkvorrichtungen nach der Installation erforderliche Kabellänge für einen Techniker vor Ort nicht verfügbar sein kann, sodass der Techniker die Funkvorrichtungen nicht konfigurieren kann, nachdem sie installiert und mit einer externen Stromversorgung verbunden wurden. Also auch wenn eine Konfiguration von Funkvorrichtungen nach der Verbindung mit einer externen Stromversorgung an sich möglich ist, erhöhen sich die Arbeitskosten für die Installation der Funkvorrichtungen unweigerlich.
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Um diese und andere Schwierigkeiten an entfernten Installationsorten zu vermeiden, können industrielle Funkvorrichtungen auch zuerst an einem designierten, zentralisierten Ort konfiguriert werden. Dazu werden die Funkvorrichtungen vorübergehend mit einer ausreichenden Betriebsleistung versorgt, mit einem Computer verbunden, in dem eine spezielle Konfigurationssoftware gespeichert ist, anschließend von der vorübergehenden Stromersorgung und dem Computer getrennt und dann zu den verschiedenen Installationsorten transportiert. Das Konfigurieren von mehreren Funkvorrichtungen mit Ethernet-, RS-232- oder RS-485-Verbindungen kann jedoch zeitaufwändig sein. Es wäre deshalb wünschenswert, wenn die Funkvorrichtungen mit höheren Datenübertragungsraten als mit den herkömmlichen Ethernet-, RS-232- und RS-485-Anschlüssen möglich konfiguriert werden könnten.
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Wenn mehrere vorkonfigurierte Funkvorrichtungen gemeinsam transportiert werden, um dann an verschiedenen Installationsorten vor Ort installiert zu werden, kann es auch geschehen, dass Unsicherheiten auftreten, wo welche Funkvorrichtung installiert werden soll. Wenn also ein Techniker oder eine Gruppe von Technikern eine Gruppe von vorkonfigurierten Funkvorrichtungen an verschiedenen Positionen installieren soll, können die jeweils für bestimmte Installationsorten konfigurieren Funkvorrichtungen verwechselt werden. Eine versehentliche Installation einer für die Verwendung an einem Ort konfigurierten Funkvorrichtung an einem anderen Ort kann gewöhnlich korrigiert werden, wobei dies jedoch zusätzliche Kosten und eine Verzögerung bis zur Implementierung eines vollständigen SCADA-Systems mit sich bringt. Die Techniker können natürlich verschiedene Vorsichtsmaßnahmen ergreifen, um derartige Fehler zu vermeiden, aber menschliche Fehler sind niemals auszuschließen.
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Diese und andere Schwierigkeiten werden durch die Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung beseitigt, mit denen Weitstrecken-Funkvorrichtungen effektiv an oder in der Nähe ihrer Installationsorte konfiguriert werden können. Dies wird bewerkstelligt, indem Weitstrecken-Funkvorrichtungen vorgesehen werden die unter Verwendung einer beschränkten Stromversorgung, die geringer als die Vollbetrieb-Stromversorgung der Funkvorrichtung während des normalen Betriebs ist, mit Netzwerkprotokoll-Kommunikationsparametern konfiguriert werden können. Außerdem kann die beschränkte Stromversorgung für die Konfiguration auch durch ein anderes batteriebetriebenes Gerät wie etwa einen Laptop- oder Notebook-Computer unter Verwendung einer USB-Verbindung zu den Funkvorrichtungen zugeführt werden. Weiterhin kann die Funkvorrichtung mit einem internen Web-Server ausgestattet sein, der eine Konfiguration der Funkvorrichtung mittels einer über das Internet verfügbaren Software ermöglicht. Dabei muss der Laptop- oder Notebook-Computer keine spezielle Software enthalten, wobei die höheren Datenübertragungsraten der USB-Verbindung zudem eine kürzere Konfigurationszeit als bei den relativ langsameren RS-232- oder RS-485-Verbindungen ermöglicht. Der mit der Installation beschäftigte Techniker kann die Funkvorrichtungen also schnell und effizient mit Netzwerkprotokollinformationen von einem bequemen Standort wie etwa einem entfernten Standort aus konfigurieren.
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1 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Weitstrecken-Funkvorrichtung 100 zeigt. In dem gezeigten Beispiel ist die Funkvorrichtung 100 eine Prozessor-basierte Vorrichtung, die einen Prozessor 102 und einen Speicher 104, in dem ausführbare Befehle und Steueralgorithmen sowie andere Daten und Informationen wie etwa Kommunikationsnetzwerk- und Protokollparameter für einen zufriedenstellenden Betrieb der Funkvorrichtung 100 gespeichert sind, gespeichert sind. Der Speicher 104 der Prozessor-basierten Vorrichtung kann zum Beispiel ein RAM oder ein anderer in Verbindung mit einem RAM verwendeter Speicher wie etwa ein FLASH-Speicher, ein PROM oder ein EEPROM sein.
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Unter einer „Prozessor-basierten Vorrichtung” ist hier eine Vorrichtung mit einem Prozessor oder Mikroprozessor zu verstehen, wobei sie aber auch um ein anderes äquivalentes Element wie etwa einen Mikrocontroller, einen Mikrocomputer, eine speicherprogrammierbare Steuerung, eine RISC-Schaltung, eine anwendungsspezifische Schaltung oder aber um eine andere programmierbare, logische oder äquivalente Schaltung oder um eine beliebige Schaltung bzw. einen beliebigen Prozessor, der die nachfolgend beschriebenen Funktionen ausführen kann, enthalten kann. Die oben aufgeführten Prozessor-basierten Vorrichtungen sind nur beispielhaft zu verstehen und beschränken in keiner Weise die Definition und/oder Bedeutung des Begriffs „Prozessor-basierte Vorrichtung”.
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Die Funkvorrichtung 100 umfasst weiterhin ein Funkübertragungselement 106, das einen Sender 108 und einen Empfänger 110 enthalten kann. Alternativ hierzu können der Sender 108 und der Empfänger 110 auch zu einer einzelnen Einrichtung kombiniert sein, die als Sendeempfänger bezeichnet wird. Das Funkübertragungselement 106 sendet und empfängt drahtlose Datensignale unter Verwendung von bekannten Hochfrequenz-Übertragungstechniken. Die durch das Funkübertragungselement 106 übertragenen Daten und Informationen können durch den Prozessor 102 unter Verwendung von in dem Speicher 100 gespeicherten Informationen verarbeitet, formatiert oder zu einem entsprechenden Kommunikationsprotokoll gewandelt werden. Zum Beispiel können digitale Hochfrequenzsignale unter Verwendung eines für den Inhalt der in einem bestimmten Kommunikationsnetzwerk gesendeten Datenmitteilungen spezifizierten Protokolls gesendet und empfangen werden. Die Parameter für die Netzwerkkommunikation können Daten und Informationen wie etwa die Größe (d. h. die Anzahl der Bits) der übertragenen Datensignale, die Reihenfolge der Bits in der Mitteilung, eindeutige Funkkennzeichnungen, Hardware- und Software-Codes, Sicherheitscodes, Diagnosecodes und ähnliche dem Fachmann bekannte Details umfassen. In einigen Kommunikationsnetzwerken müssen dreißig bis vierzig verschiedene Kommunikationsparameter in der Funkvorrichtung 100 bekannt sein, um eine Kommunikation in einem bestimmten Netzwerk unter Verwendung eines spezifizierten Kommunikationsprotokolls, das durch den Endbenutzer oder einen Betreiber einer industriellen Anwendung gewählt werden kann, effektiv ausführen zu können.
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Außerdem kann eine gewünschte Signalverarbeitung wie etwa eine Verstärkung, Filterung, Wandlung (z. B. DC zu AC) oder Diagnose durchgeführt werden. Algorithmen und Befehle zum Ausführen von spezifischen Kommunikationsprotokollen und Prozeduren sind zum Beispiel in dem Speicher 104 gespeichert und werden durch den Prozessor 102 ausgeführt, um die Informationen über ein Kommunikationsnetzwerk zu kommunizieren, das Teil eines SCADA-Systems 112 sein kann. Die Funkvorrichtung 100 kann Teil einer entfernten Terminaleinheit (RTU) in einem SCADA-System 112 sein.
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Die Funkvorrichtung 100 ist mit Eingabeeinrichtungen wie etwa Sensoren, Messwandlern und ähnlichen Überwachungs- und Bedingungserfassungselementen für den zu überwachenden und zu steuernden industriellen Prozess, die gesammelt hier als „Sensoren” bezeichnet und durch die Bezugszeichen 113 und 114 angegeben werden, sowie weiterhin mit einem Ausgabeelement 116 wie etwa einer Steuereinrichtung für den industriellen Prozess verbunden. Die Sensoren 113 und 114 erzeugen Steuerrückkopplungssignale, die den Zustand des industriellen Prozesses wiedergeben, und die Steuereinrichtung 116 nimmt eine Einstellung des überwachten Prozesses an dem Punkt der Sensoren 113 und 114 vor, um den Zustand zu verändern. Es sind zahlreiche Sensoren bekannt, die verschiedene Aspekte des überwachten Zustands erfassen können, wobei es sich um einen Maschinenzustand, einen Komponentenzustand, einen Prozessschritt oder andere für das SCADA-System interessante Parameter handeln kann. Zum Beispiel können die durch die Sensoren 113 und 114 überwachten Aspekte eines industriellen Prozesses elektrische Zustände oder Bedingungen (z. B. Strom- oder Spannungsbedingungen), mechanische Zustände oder Bedingungen (z. B. Position, Geschwindigkeit, mechanische Spannung), physikalische Zustände oder Bedingungen (z. B. Temperatur, Phase oder Formel), Umgebungszustände oder -bedingungen (z. B. Rauschen, Vibration, Luftqualität) sowie andere interessante Zustände oder Bedingungen sein.
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Dem Fachmann sind zahlreiche Steuereinrichtungen 116 bekannt, die verwendet werden können, um auf anormale oder unannehmbare Zustände oder Bedingungen an verschiedenen Punkten in dem industriellen Prozess zu reagieren. Die Steuereinrichtung 116 kann Schaltelemente, Maschinensteuerungen und Komponentensteuerungen enthalten oder koordinieren, um eine Änderung in dem Zustand oder der Bedingung ohne menschliches Eingreifen zu bewerkstelligen, den industriellen Prozess zu unterbrechen, um unerwünschte Folgen von erfassten Zuständen oder Bedingungen zu vermeiden oder Alarmelemente und Einrichtungen für durch den Bediener auszuführende Reaktionen oder zu treffende Entscheidungen zu aktivieren. Es ist zu beachten, dass sich das Steuerelement 116 an derselben oder einer anderen physikalischen Position befinden kann wie die Sensoren 113, 114. Das Steuerelement 116 kann also vor oder hinter den Sensoren 113, 114 in dem industriellen Prozess vorgesehen sein, sodass die Sensoren 113, 114 und das Steuerelement 116 in der Praxis unter Umständen nicht mit derselben Funkvorrichtung 100 verbunden sind.
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Es sind hier zwei Sensoren 113, 114 und eine Steuereinrichtung 116 gezeigt, wobei jedoch zu beachten ist, dass auch andere Anzahlen von Sensoren und Steuereinrichtungen mit einer oder mehreren Funkvorrichtungen 100 verbunden sein können. In anderen Ausführungsformen können die Sensoren 113 und 114 mit der Funkvorrichtung 100 verdrahtet sein oder können drahtlos mit der Funkvorrichtung 100 kommunizieren, wobei es sich aber auch um Kombinationen aus verdrahteten und drahtlosen Einrichtungen handeln kann. Gewöhnlich ist eine Anzahl von Funkvorrichtungen über den industriellen Prozess verteilt, wobei jede Funkvorrichtung mit anderen Sensoren verbunden ist, um Steuereingaben und Rückkopplungen in dem industriellen Prozess vorzusehen. Die Funkvorrichtungen kommunizieren in dem Netzwerk unter Verwendung des spezifizierten Kommunikationsprotokolls.
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Außerdem können anstelle der gezeigten dedizierten Sensoren und Steuereinrichtungen die Funktionen dieser Einrichtungen auch zu einer oder mehreren Ein-/Ausgabeeinrichtungen kombiniert werden, die bidirektional mit der oder den Funkeinrichtung(en) 100 kommunizieren können. In jedem Fall werden die über die Sensoren und/oder Steuereinrichtungen erhobenen Daten und Informationen in den Funkvorrichtungen 100 in dem SCADA-System 112 gesammelt und unter Verwendung des spezifizierten Kommunikationsprotokolls zu einer entfernten Position gesendet. Außerdem können Informationen wie etwa Steuerbefehle durch die Funkvorrichtung 100 von einer entfernten Position in Übereinstimmung mit dem spezifizierten Kommunikationsprotokoll empfangen und zu der Steuereinrichtung 116 gesendet.
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Die Funkvorrichtung 100 kann als eine Weitstrecken-Funkvorrichtung konfiguriert sein, die Hochfrequenzsignale per Funk über Distanzen von zum Beispiel 10–20 km senden kann. Im Vergleich zu anderen Funkvorrichtungen weist die Funkvorrichtung 100 eine relativ hohe Leistung auf, um Signale über größere Distanzen senden zu können. Dazu ist eine externe Stromquelle 118 mit der Funkvorrichtung 100 verbunden, weil Batterien und andere Energiespeichereinrichtungen keine ausreichenden Leistungspegel bereitstellen, um die Funkvorrichtungen über die für SCADA-Systeme erforderlichen längeren Zeitperioden zu betreiben. Die externe Stromquelle 118 ist also von einer internen Stromquelle wie etwa einer Batterie oder einer anderen Energiespeichereinrichtung in der Funkvorrichtung 100 zu unterscheiden.
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In anderen Ausführungsformen kann die externe Stromquelle 118 eine Wechselstrom (AC)- oder eine Gleichstrom (DC)-Stromquelle sein, die über zum Beispiel ein externes Stromversorgungskabel mit der Funkvorrichtung 100 verbunden ist. Allgemein können permanente, festverdrahtete Stromversorgungsverbindungen unter Verwendung von bekannten Schraubanschlussverbindungen oder anderen geeigneten Techniken für derartige mit einer relativ hohen Leistung betriebene Vorrichtungen vorgesehen werden. Außerdem können Transformatoren, Leistungsverstärker und ähnliche Einrichtungen in der Vorrichtung 100 vorgesehen sein, um die von der externen Stromversorgung 114 zugeführte Leistung nach Bedarf zu erhöhen oder zu vermindern. Es können auch AC/DC- oder DC/AC-Wandler vorgesehen sein.
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Wie in 1 gezeigt, kann die Funkvorrichtung 100 weiterhin mit einem Web-Server 119 versehen sein, der verwendet werden kann, um die entsprechenden Algorithmen, Befehle und Informationen für den Betrieb der Funkvorrichtung von einem entfernt angeordneten Computersystem, das eine entsprechende Software für die Konfiguration von Funkvorrichtungen enthält, herunterzuladen. Die Funkvorrichtung 100 kann also schnell und bequem mit den Kommunikationsparametern für ein bestimmtes Netzwerkkommunikationsprotokoll über das Internet oder eine andere Computernetzwerk-Verbindung konfiguriert werden. Es muss keine spezielle Software auf dem vor Ort verwendeten Computer installiert sein, um die Funkvorrichtung 100 mit den Netzwerkkommunikationsparametern zu konfigurieren.
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2 zeigt schematisch eine Weitstrecken-Funkvorrichtung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, die mit einer durch eine beschränkte Stromversorgung betriebenen Konfigurationseinrichtung 120 wie etwa einem Laptop- oder Notebook-Computer verbunden ist.
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Dementsprechend ist die mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung 120 wie in dem Beispiel von 2 gezeigt ebenfalls eine Prozessor-basierte Vorrichtung, die einen Prozessor 122 und einen Speicher 124 zum Speichern von ausführbaren Befehlen und Steueralgorithmen für den Betrieb der Vorrichtung 120 umfasst. Die mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung 120 umfasst weiterhin ein Eingabeelement 126 wie etwa eine Tastatur oder eine Maus sowie eine Anzeige 128 zum Anzeigen von Informationen für einen Benutzer. Die mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung 120 kann auch einen Web-Browser 128 umfassen, der eine Verbindung mit dem Internet 130 herstellt, um Informationen von einem entfernten und ebenfalls mit dem Internet verbundenen Computersystem einzusehen und herunterzuladen, wobei das entfernte Computersystem eine spezielle Software zum Konfigurieren der Funkvorrichtung 100 mit Netzwerkkommunikations- und Protokollparametern enthält. Wie bereits weiter oben genannt, muss die spezielle Software nicht an der Vorrichtung 120 selbst vorgesehen werden, sondern kann auf einem entfernt angeordneten Computersystem gespeichert sein, auf das über das Internet zugegriffen wird.
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Die mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung 120 umfasst weiterhin eine integrierte Stromversorgung 132 wie etwa eine wiederaufladbare Batterieeinheit oder einen wiederaufladebaren Batteriepack. Derartige Stromversorgungen 132 sind dem Fachmann bekannt und werden deshalb hier nicht näher beschrieben. Die mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung umfasst weiterhin einen USB-Anschluss 134 für die Verbindung mit einer externen Vorrichtung wie etwa der Funkvorrichtung 100, die ebenfalls einen USB-Anschluss 136 aufweist. Ein allgemein als USB-Kabel bezeichnetes Verbindungskabel 138 stellt die physikalische Verbindung zwischen der mit einer beschränkten Stromversorgung betriebenen Konfigurationsvorrichtung 120 und der Funkvorrichtung 100 her. Der USB-Anschluss 134 und das Kabel 138 ermöglichen auch eine Stromversorgung von der integrierten Stromversorgung 132 des mit einer beschränkten Stromversorgung betriebenen Konfigurationsvorrichtung 120 zu der Funkvorrichtung 100 für Konfigurationszwecke. Die zwischen den Vorrichtungen 120 und 100 übertragene Leistung ist jedoch wesentlich geringer als die für den Betrieb der Funkvorrichtung 100 benötigte Vollbetrieb-Stromversorgung.
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Zum Beispiel kann die von der Vorrichtung 120 für Konfigurationszwecke zu der Funkvorrichtung 100 übertragene Leistung einer Stromversorgung mit nur ungefähr 50 mA oder weniger entsprechen, während die volle Betriebsleistung für die normal betriebene Funkvorrichtung 100 einer Stromversorgung mit ungefähr 300 mA entspricht. Es ist jedoch zu beachten, dass in anderen beispielhaften Ausführungsformen auch eine größere oder kleinere beschränkte Stromversorgung und eine größere oder kleinere Vollbetrieb-Stromversorgung vorgesehen sein können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. In beispielhaften Ausführungsformen ist die Vollbetrieb-Stromversorgung der als Weitstrecken-Funkvorrichtung in einem SCADA-System verwendeten Funkvorrichtung viel größer als die nur für Konfigurationszwecke vorgesehene beschränkte Stromversorgung. Oder anders gesagt, ist die beschränkte, nur für Konfigurationszwecke vorgesehene Stromversorgung viel geringer als die normale Vollbetrieb-Stromversorgung für den gewöhnlichen Betrieb der Funkvorrichtung.
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Dabei reicht die von der Vorrichtung 120 über den USB-Anschluss 134 und das Kabel 138 übertragene und dementsprechend an dem USB-Anschluss 136 der Funkvorrichtung 100 empfangene Leistung nicht für den normalen Betrieb der Funkvorrichtung 100 aus und reicht lediglich aus, um die Funkvorrichtung 100 mit den entsprechenden Protokollinformationen und Parametern über das Internet 130 zu konfigurieren. Die hier genannte „beschränkte Stromversorgung” unterscheidet sich also von der normalen Betriebsleistung, bei der die Funkvorrichtung ihre Funktion ausführen kann. Die beschränkte Stromversorgung wird also nur für die Konfiguration der Netzwerkkommunikation und des Protokolls durch die mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung 120 vorgesehen, während die Vollbetrieb-Stromversorgung für den normalen Betrieb durch die externe Stromquelle 118 vorgesehen wird. Anders gesagt, kann die Funkvorrichtung in einem Niedrigleistungsmodus über eine temporäre Verbindung mit einer tragbaren Stromquelle wie etwa der Vorrichtung 120 konfiguriert werden und anschließend permanent mit einer allgemein fixierten und permanenten externen Stromversorgung wie etwa der Stromquelle 118 für den vollen Funktionsumfang der Funkvorrichtung in einem Hochleistungsmodus verbunden werden.
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Das Flussdiagramm von 3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Konfigurieren einer Weitstrecken-Funkvorrichtung wie etwa der Funkvorrichtung 100. Wie in 3 gezeigt, umfasst das Verfahren Schritte 202 und 204 zum Vorsehen einer Funkvorrichtung (wie etwa der oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Funkvorrichtung 100) und zum Vorsehen einer mit einer beschränkten Stromversorgung betriebenen Konfigurationsvorrichtung (wie etwa der oben mit Bezug auf 2 beschriebenen Vorrichtung 120).
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In Schritt 206 wird die mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung mit der Funkvorrichtung verbunden und wird die Funkvorrichtung unter Verwendung der mit einer beschränkten Stromversorgung betriebenen Konfigurationsvorrichtung mit den Netzwerkkommunikations- und Protokollparametern wie oben mit Bezug auf 2 erläutert konfiguriert. In dem beschriebenen Beispiel wird die Verbindung unter Verwendung der USB-Anschlüsse an der Funkvorrichtung und an der mit einer beschränkten Stromversorgung betriebenen Konfigurationsvorrichtung hergestellt, wobei die mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung Leistung zu der Funkvorrichtung zuführt und die Konfiguration mittels eines über das Internet oder eine andere Computernetzwerkverbindung erfolgenden Zugriffs auf eine spezielle Software durchführt.
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Sobald die Konfiguration abgeschlossen ist, wird die Funkvorrichtung von der mit einer beschränkten Stromversorgung betriebenen Konfigurationsvorrichtung getrennt, damit sie dann in Schritt 210 permanent an der vorgesehenen Position installiert und mit einer Vollbetrieb-Stromversorgung verbunden werden kann, die wie in 1 gezeigt durch eine permanente und fixe externe Stromquelle zugeführt wird.
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In den Schritten 212 und 214 werden Eingabeeinheiten wie etwa Sensoren und auch Steuereinrichtungen wie in 1 gezeigt mit der Funkvorrichtung verbunden. Wie weiter oben erwähnt, können die Verbindungen für die Sensoren und die Steuereinrichtung durch festverdrahtete Verbindungen, drahtlose Kommunikationstechniken oder Kombinationen aus denselben vorgesehen werden.
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Die Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sind zahlreich und umfassen etwa die nachfolgend erläuterten.
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Weil die mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung 120 eine tragbare Vorrichtung wie etwa ein Laptop- oder Notebook-Computer sein kann, kann sie bequem vor Ort zu dem Installationsort für die Funkvorrichtung 100 transportiert werden. Dort kann die mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung 120 mit der Funkvorrichtung verbunden werden und die für die Konfiguration der für diesen besonderen Installationsort vorgesehenen Funkvorrichtung 100 benötigte beschränkte Leistung zuführen. Die mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung 120 kann über bestehende WLAN-Verbindungen oder ähnliche Verbindungen mit dem Internet 130 verbunden werden, um Informationen für das Herunterladen zu der Funkvorrichtung 100 unter Verwendung von bekannten Techniken und Protokollen wie etwa Ethernet-Protokollen abzurufen.
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Wenn die Funkvorrichtung 100 an einem entfernten Ort installiert werden soll, kann die mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung 120 bequem in einem Fahrzeug zusammen mit der Funkvorrichtung transportiert werden, wobei die Funkvorrichtung dann vor der Installation an dem Installationsort mit den Netzwerkkommunikationsparametern konfiguriert werden kann. Das Fahrzeug kann Stromversorgungsanschlüsse oder ähnliches aufweisen, über welche die mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung 120 Leistung aus dem Stromversorgungssystem des Fahrzeugs erhalten kann oder aufgeladen werden kann. Das Fahrzeug kann weiterhin auch mit einer Satelliteneinrichtung oder ähnlichem ausgestattet sein, um eine Internetverbindung an entfernten Installationsorten herzustellen.
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Weil die Netzwerkkonfiguration der Funkvorrichtung 100 bequem am Installationsort der Funkvorrichtung 100 bewerkstelligt werden kann, können Verwechslungen und eine daraus resultierende Installation von vorkonfigurierten Funkvorrichtungen an falschen Installationsorten vermieden werden.
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Außerdem sind die Datenübertragungsraten bei USB-Verbindungen allgemein höher als bei herkömmlichen Ethernet-Verbindungen und RS-232- und RS-485-Verbindungen. Die Konfiguration kann also innerhalb einer kürzeren Zeit als bei Verwendung der herkömmlichen Techniken durchgeführt werden.
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Es können aber auch zahlreiche Anpassungen an dem oben beschriebenen Aufbau vorgenommen werden. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen auf den Web-Server 119 in der Funkvorrichtung verzichtet werden. Die Funkvorrichtung kann zum Beispiel einen einfachen seriellen Schnittstellenanschluss wie etwa einen RS-232- und/oder einen RS-485-Anschluss umfassen, wobei ein einfaches Befehls-/Antwortprotokoll über den seriellen Kanal verwendet werden kann, um einfache serielle Daten über einen USB-Anschluss zu übertragen. Dabei kann die USB-Verbindung dennoch vorgesehen sein, um eine beschränkte Stromversorgung nur für Konfigurationszwecke für die Funkvorrichtung zu ermöglichen, auch wenn kein Web-Server enthalten ist.
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Eine beschränkte Stromversorgung nur für Konfigurationszwecke kann bequem über die beschriebenen USB-Anschlüsse und USB-Kabel vorgesehen werden. Wenn die Stromquelle 132 der Vorrichtung 120 leer ist, kann sie schnell und bequem durch eine andere beschränkte Stromquelle 132 ersetzt werden. Wenn ein Laptop- oder Notebook-Computer als mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung 120 verwendet wird, kann eine leere Batterieeinheit schnell und einfach durch eine andere zuvor aufgeladene Batterieeinheit ersetzt werden. Es kann also eine größere Anzahl von Funkvorrichtungen 100 effektiv mit minimalen Auszeiten und einem reduzierten Arbeitsaufwand im Vergleich zu der herkömmlichen Vorgehensweise installiert werden, in der jede Funkvorrichtung einzeln für die Konfiguration mit einer Vollbetrieb-Stromversorgung verbunden werden muss.
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Die Vorteile des erfinderischen Konzepts sollten aus den verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen deutlich werden.
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Es wurde eine beispielhafte Ausführungsform einer Funkvorrichtung beschrieben, die einen Prozessor, ein Funkübertragungselement, das bei Zuführung einer Vollbetrieb-Stromversorgung für eine Weitstrecken-Kommunikation von Daten konfiguriert ist, und einen mit dem Prozessor assoziierten Speicher umfasst, wobei der Speicher Kommunikationsparameter für die Weitstrecken-Kommunikation der Daten in einem Kommunikationsnetzwerk, das ein spezifiziertes Kommunikationsprotokoll verwendet, speichert. Der Speicher kann unter Zuführung einer beschränkten, nur für Konfigurationszwecke vorgesehenen Stromversorgung konfiguriert werden, die geringer als die Vollbetrieb-Stromversorgung der Funkvorrichtung ist.
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Optional kann die Funkvorrichtung einen USB-Anschluss umfassen und kann die beschränkte, nur für Konfigurationszwecke vorgesehene Stromversorgung über den USB-Anschluss empfangen werden. Die niedrige, nur für Konfigurationszwecke vorgesehene Stromversorgung kann durch eine separat und extern vorgesehene, batteriebetriebene Vorrichtung zugeführt werden. Die batteriebetriebene Vorrichtung kann ein Computer sein. Die Funkvorrichtung kann weiterhin einen Web-Server für die Konfiguration des Speichers mit den Kommunikationsparametern enthalten, wobei über den USB-Anschluss auf den Web-Server zugegriffen werden kann. Eine externe Vorrichtung einschließlich eines Web-Servers kann mit dem USB-Anschluss verbunden werden, um den Speicher unter Verwendung der nur für Konfigurationszwecke vorgesehenen Stromversorgung zu konfigurieren.
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Weiterhin kann das Kommunikationsnetzwerk ein SCADA-Kommunikationsnetzwerk sein. Das Funkübertragungselement kann einen Sender, einen Empfänger und/oder einen Sendeempfänger enthalten. Das Funkübertragungselement kann ein digitales Hochfrequenz-Übertragungssignal übertragen. Die nur für Konfigurationszwecke vorgesehene Stromversorgung wird durch eine tragbare Stromquelle zugeführt, während die volle Betriebsleistung durch eine fixe Stromquelle zugeführt wird.
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Weiterhin wird eine beispielhafte Ausführungsform einer Prozessor-basierten Funkvorrichtung angegeben, die umfasst: ein Funkübertragungselement, das bei Zuführung einer Vollbetrieb-Stromversorgung für eine Weitstrecken-Kommunikation von Daten konfiguriert ist, und einen Speicher zum Speichern von Kommunikationsparametern, die für die Weitstrecken-Kommunikation von Daten in einem Kommunikationsnetzwerk, das ein spezifiziertes Kommunikationsprotokoll verwendet, benötigt werden. Der Speicher kann in einem Niedrigleistungsmodus mit einer geringeren Stromversorgung konfiguriert werden, die für den normalen Berieb der Funkvorrichtung nicht ausreicht. Die Funkvorrichtung kann anschließend in einem Hochleistungsmodus mit dem vollen Funktionsumfang betrieben werden.
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Optional kann die Prozessor-basierte Funkvorrichtung weiterhin einen USB-Anschluss umfassen, wobei die Funkvorrichtung in dem Niedrigleistungsmodus die beschränkte, nur für Konfigurationszwecke vorgesehene Stromversorgung über den USB-Anschluss empfängt. Die Funkvorrichtung kann weiterhin auch einen Web-Server für die Konfiguration des Speichers mit den Kommunikationsparametern über den USB-Anschluss enthalten, während eine separat vorgesehene Vorrichtung einen Web-Browser enthält. Die separat vorgesehene Vorrichtung kann ein Laptop- oder Notebook-Computer sein. Die separat vorgesehene Vorrichtung kann eine Batterie enthalten, wobei die Batterie die beschränkte, nur für Konfigurationszwecke vorgesehene Stromversorgung zuführt.
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Weiterhin wird ein beispielhaftes Verfahren zum Konfigurieren einer Funkvorrichtung angegeben. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Verbinden einer separat vorgesehenen und mit einer beschränkten Stromversorgung betriebenen Konfigurationsvorrichtung mit der Funkvorrichtung; Zuführen einer beschränkten, nur für Konfigurationszwecke vorgesehenen Stromversorgung von der mit einer beschränkten Stromversorgung betriebenen Konfigurationsvorrichtung zu der Funkvorrichtung, wobei die beschränkte, nur für Konfigurationszwecke vorgesehene Stromversorgung wesentlich geringer ist als die Vollbetrieb-Stromversorgung für den normalen Betrieb der Funkvorrichtung; und Konfigurieren der Funkvorrichtung mit Netzwerkkommunikationsparametern unter Verwendung der beschränkten, nur für Konfigurationszwecke vorgesehen Stromversorgung.
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Optional umfasst das Verbinden der separat vorgesehenen und mit einer beschränkten Stromversorgung betriebenen Konfigurationsvorrichtung mit der Funkvorrichtung das Verbinden eines Kabels zwischen einem USB-Anschluss an der mit einer beschränkten Stromversorgung betriebenen Konfigurationsvorrichtung mit einem USB-Anschluss an der Funkvorrichtung. Die mit einer beschränkten Stromversorgung betriebene Konfigurationsvorrichtung kann ein Laptop- oder Notebook-Computer sein, wobei das Konfigurieren der Funkvorrichtung mit Netzwerkkommunikationsparametern unter Verwendung der beschränkten, nur für Konfigurationszwecke vorgesehenen Stromversorgung das Herstellen einer Internetverbindung mit dem Laptop- oder Notebook-Computer und das Herunterladen der Netzwerkkommunikationsparameter zu der Funkvorrichtung umfasst.
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Es wurden hier verschiedene Ausführungsformen einschließlich einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, damit der Fachmann die Erfindung umsetzen kann. Der Erfindungsumfang wird durch die folgenden Ansprüche definiert und kann durch den Fachmann auch durch verschiedene andere Ausführungsformen als die hier beschriebenen realisiert werden. Derartige weitere Ausführungsformen können Komponenten enthalten, die den in den Ansprüchen genannten Komponenten entsprechen oder äquivalent zu denselben sind.
