DE102012200282A1

DE102012200282A1 - Verfahren zum Informationstausch auf einem Bussystem der Automatisierungstechnik

Info

Publication number: DE102012200282A1
Application number: DE102012200282A
Authority: DE
Inventors: Denis Juillet; Michael Maneval
Original assignee: Endress and Hauser Process Solutions AG
Current assignee: Endress and Hauser Process Solutions AG
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Informationstausch zwischen Feldgeräten (10) der Automatisierungstechnik, die über ein Bussystem (BS, FB) mit einem Engineering System (1) kommunizieren, und einem Plant Asset Managementsystem (7), wobei über das Plant Asset Managementsystem (7) parallel zu dem Engineering System (1) auf die Feldgeräte (10) über zumindest einen Teilbereich des Bussystems (BS, FB) zugegriffen wird, wobei die Feldgeräte (10) über entsprechende Gerätetreiber (5) in das Engineering System (1) integriert sind, wobei zumindest einem der Gerätetreiber (5) eine Zusatzfunktion (PAMfct()) zugeordnet wird, über die die Treiber-Funktionen des Gerätetreibers (5) so erweitert werden, dass die Information von dem Feldgerät (10) über eine Schnittstelle (8) des Plant Asset Managementsystems (7) ausgetauscht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Informationstausch zwischen Feldgeräten der Automatisierungstechnik, die über ein Bussystem mit einem Engineering System kommunizieren, und einem Plant Asset Managementsystem oder einem Vendor Asset Managementsystem. Bei den ausgetauschten Informationen handelt es sich beispielsweise – aber keineswegs ausschließlich – um Diagnosedaten, Statusinformationen, usw.
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 hinaus 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.
In modernen Industrieanlagen erfolgt die Kommunikation zwischen zumindest einem Engineeringsystem und den Feldgeräten in der Regel über ein Bussystem, wie beispielsweise Profibus^® PA, Foundation Fieldbus^® oder HART^®. Die Bussysteme können sowohl drahtgebunden als auch drahtlos ausgestaltet sein. Die übergeordnete Steuereinheit dient zur Prozesssteuerung, zur Prozessvisualisierung, zur Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme und Bedienung der Feldgeräte.
Die Integration von Feldgeräten in Engineeringsysteme erfolgt über Gerätebeschreibungen, die dafür sorgen, dass die von den Feldgeräten gelieferten Daten in dem Engineeringsystem erkannt und interpretiert werden können. Bereit gestellt werden die Gerätebeschreibungen für jeden Feldgerätetyp bzw. für jeden Feldgerätetyp in unterschiedlichen Applikationen in der Regel von dem jeweiligen Gerätehersteller. Für die unterschiedlichen Feldbussysteme müssen unterschiedliche Gerätebeschreibungen erstellt werden.
Zwecks Schaffung einer einheitlichen Beschreibungssprache für die Feldgeräte, haben die Fieldbus Foundation (FF), die HART Communication Foundation (HCF) und die Profibus Nutzerorganisation (PNO) eine einheitliche elektronische Gerätebeschreibungssprache (Electronic Device Description Language EDDL) erstellt. Die EDDL bzw. die entsprechende Electronic Device Description EDD ist in der Norm IEC 61804-2 definiert. Neben den zuvor beschriebenen Gerätebeschreibungen werden in zunehmendem Maße sog. Device Type Manager (DTM) bzw. Gerätemanager oder Gerätetreiber eingesetzt, die als Laufzeitumgebung eine Rahmenapplikation benötigen. Gerätetreiber DTMs dienen zur vollumfänglichen Bedienung der Feldgeräte und entsprechen beispielsweise der FDT-Field Device Tool-Spezifikation. Die als Industriestandard geltende FDT-Spezifikation entspricht einer Schnittstellenspezifikation und wurde von der PNO – Profibus Nutzer Organisation – in Zusammenarbeit mit dem ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- und Elektroindustrie – entwickelt.
Die jeweils aktuelle FDT-Spezifikation ist über den ZVEI bzw. die PNO bzw. die FDT-Group erhältlich.
Der online Informationsaustausch von gerätetypspezifischen Informationen von den Feldgeräten zu einem parallel zu dem Engineeringsystem installierten Plant Asset Management Systemen eines Drittanbieters ist in der Regel wegen fehlender oder nicht offengelegten Software-Schnittstellen im Engineeringsystem nicht möglich (Bezugszeichen 18 in 1). Auch ein Zugriff auf das Bussystem über die Steuerung (Bezugszeichen 19 in 1) ist in der Regel nicht über eine Standard-Schnittstelle möglich.
Drittanbietern bleibt nur die Möglichkeit, die Plant Asset Managementsysteme über einen parallelen zweiten Zugang an das Bussystem unterhalb der Steuererung anzuschließen und so die gerätetypspezifischen Informationen von den Feldgeräten abzurufen. Hierzu sind aber für alle Komponenten der Feldbustopologie, die in das Bussystem zur Umsetzung des Busprotokolls dienen, entsprechende Treiber wie z. B. gemäß FDT Standard: CommDTMs und Gateway DTMs bereitzustellen. Da diese CommDTMs und GatewayDTMs für die Funktion des Engineeringsystems nicht benötigt werden, werden diese in der Regel nicht vom Hersteller bereitgestellt. Somit ist ein paralleler Zugriff über Standard-Schnittstellen nicht möglich.
Hieraus ergibt sich der Nachteil, dass bei Nichtvorhandensein der benötigten Treiber, wie CommDTMs und GatewayDTMs, ein paralleler Zugang auf das Bussystem ausgeschlossen ist und dem separaten PAM System somit keine aktuellen Informationen über die Feldgeräte zur Verfügung stehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, das den parallelen Zugriff des Plant Asset Managementsystems auf Feldgeräte erlaubt, die über ein Bussystem mit einem Engineeringsystem kommunizieren.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass über das Plant Asset Managementsystem parallel zu dem Engineering System auf die Feldgeräte über das Bussystem oder über zumindest einen Teil des Bussystems zugegriffen wird. Die Feldgeräte selbst sind über entsprechende Gerätetreiber in das Engineering System integriert.
Erfindungsgemäß ist zumindest einem der Gerätetreiber eine Zusatzfunktion zugeordnet, über die die Treiber-Funktionen des Gerätetreibers so erweitert werden, dass die Information von dem Feldgerät über eine Schnittstelle des Plant Asset Managementsystems ausgetauscht wird. Beispielsweise wird ein aktueller Gerätedatensatz, der vom Gerätetreiber aus dem Feldgerät ausgelesen wird, in das PAM System übermittelt. Anhand der Daten kann das PAM System z. B. eine Historie der Gerätekonfigurationen erstellen und die aufgezeichneten Daten miteinander vergleichen. Gemäß einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Lösung wird der Gerätetreiber um eine Zusatz-funktion erweitert, die eine PAM System Schnittstelle aufruft, über die der Informationsaustausch zu dem PAM System ermöglicht wird. Diese Variante stellt eine proprietäre Lösung dar, bei der jeder Gerätetreiber um die Zusatzfunktion erweitert werden muss.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Lösung sieht vor, dass der Gerätetreiber mit der Zusatzfunktion ein Interpreter-Treiber ist. Ein Interpreter Treiber stellt einen Gerätetreiber dar, der eine zum Gerät passende Gerätebeschreibungsdatei wie zum Beispiel EDD interpretiert Insbesondere handelt es sich bei dem Interpreter-Treiber um einen Interpreter DTM – Device Type Manager, der der FDT Spezifikation entspricht.
Als besonders vorteilhaft wird es in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erachtet, dass jeder einem Feldgerät zugeordnete feldgerätetypspezifische Gerätetreiber ohne inhaltliche Änderung um die Zusatzfunktion erweitert wird. Insbesondere wird durch das erfindungsgemäße Verfahren sichergestellt, dass durch das Hinzufügen der Zusatzfunktion keine Änderung in den sonstigen Treiber-Funktionen der Gerätetreiber der Feldgeräte vorgenommen wird.
Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in dem Engineering System zwischen einen Kommunikationstreiber, einem sog. Vater CommDTM, und den Gerätetreibern ein kommunikationstechnisch transparenter Gateway-Treiber für das Plant Asset Managementsystem integriert wird. Kommunikationstechnisch transparent bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Kommunikation zwischen dem unveränderten Gerätetreiber und dem Vater CommDTM ungestört abläuft. Beim Auslösen der Zusatzfunktion wird die Zusatzfunktion für alle darunter liegenden Gerätetreiber automatisch ausgelöst wird, sofern von diesen eine entsprechende Schnittstelle zur Verfügung gestellt wird. Bei dieser Lösung ist die Zusatzfunktion quasi eine geräteübergreifende Funktion, die gegenüber der zuvor genannten Lösung Vorteile aufweist. Insbesondere muss hier das Auslösen des Informationsaustauschs nicht mehr jeweils im User Interface erfolgen, was bei vielen Feldgeräten sehr zeitaufwändig ist, da ein Nutzer jeden Gerätetreiber einzelnen öffnen muss.
Eine weitere alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens schlägt Folgendes vor: Es wird ein Hüllen-Treiber erstellt, der so konfiguriert wird, dass alle Schnittstellen und Treiber-Funktionen des Gerätetreibers aggregiert werden und darüber hinaus die Zusatzfunktion bzw. die PAM Austauschfunktion angeboten wird. Diese Lösung hat den Vorteil, dass nunmehr sowohl die proprietär erweiterten Gerätetreibern eines Herstellers als auch die Gerätetreiber von Drittanbietern in die Kommunikation mit dem PAM System integriert werden können. Auch in diesem Zusammenhang ist es äußerst wichtig, dass die Zusatzfunktion keine Änderungen im unveränderten Gerätetreiber oder den Feldgeräten auslöst.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Funktion im Hüllen-Treiber Informationen aus den entsprechenden elektronischen Gerätebeschreibungen, z. B. EDDs, der Feldgeräte importiert und diese über eine Interpreterfunktion ausgewertet werden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1: eine Darstellung einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2: eine Darstellung einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3; eine Darstellung einer dritten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
4: eine detaillierte Darstellung eines Teilbereichs der in 3 dargestellten Ausgestaltung.
1 zeigt eine Darstellung einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Engineeringsystem 1, das auf der sog. Leitsystem- oder Steuerebene SE angeordnet ist, ist über ein Bussystem BS, auf dem die Kommunikation mit hohen Datenübertragungsraten erfolgt, mit der Steuerung CONTROL und mit einem Gateway GW verbunden. Das Gateway GW hat u. a. die Aufgabe, die Umsetzung zwischen dem auf dem Bussystem BS laufenden Protokoll und dem Feldbusprotokoll FB, das auf der Feldebene FE angewendet wird, vorzunehmen. Das Bussystem BS, FB kann aus mehreren Teilbereichen bestehen. Beispiele für Feldbusprotokolle wurden bereits an vorhergehender Stelle genannt.
Parallel zu dem Engineering System 1 greift das Plant Asset Managementsystem 7 auf die Feldgeräte 10 zu. Der Zugriff erfolgt über den sog. Plant Access Point 20, der neben der Protokollumsetzerfunktion üblicherweise auch eine ScanFunktion beinhaltet und somit in der Lage ist, die an den Feldbus FB angeschlossenen Feldgeräte 10 zu scannen. Die Feldgeräte 10 sind über die entsprechenden Gerätetreiber 5 in das Engineering System 1 integriert.
Zumindest einzelne Gerätetreiber 5, hier die beiden Gerätetreiber DTM1, DTM3, sind erfindungsgemäß um eine Zusatzfunktion PAMfct() erweitert. Hierdurch werden die Treiber-Funktionen der Gerätetreiber 5 so ausgestattet, dass Informationen von den entsprechenden Feldgeräten 10 über eine Schnittstelle 8 des Plant Asset Managementsystems 7 ausgetauscht werden können. Die Erweiterung mit der Zusatzfunktion PAMfct() wird durch einen Nutzer 21 über das User Interface 13 der Gerätetreiber 5 vorgenommen. Bei einer großen Anzahl von Gerätetreibern 5 ist diese Vorgehensweise zeitaufwändig.
Noch einige Anmerkungen zu dem Begriff „Plant Asset Management”. Unter den Begriff ”Plant Asset Management (PAM)” subsumiert man die Verwaltung von Vermögenswerten in Form von Anlagegütern eines Unternehmens. Ziel des Plant Asset Management ist es, die Wartung und Instandhaltung der Anlagegüter zielgerichtet zu betreiben und die Nutzung der eingesetzten Anlagegüter zu optimieren. Plant Asset Managementsysteme in der Automatisierungstechnik stellen Funktionen zur Verwaltung und besseren Nutzung der physikalischen Assets zur Verfügung. Das Asset Management hat insbesondere die folgenden Aufgaben und Ziele:

– Verwalten der Assets über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Von besonderem Interesse sind Identifikation, Historie des Assets, betriebswirtschaftliche und technische Daten;
– Organisation des Einsatzes und der Zustanderhaltung der Assets;
– Erzeugen und Bereitstellen von Informationen, insbesondere über Verlauf und Prognose des Zustandes des Assets.

Mittels eines Plant Asset Managementsystems 7 kommt es zu einer erhöhten Zuverlässigkeit und Effizienz, zu einer Nutzungserweiterung und zu einer Reduktion des Ersatzbedarfs in einer Prozessanlage.
Der gesamte Lebenszyklus eines Assets umfasst allgemein die Phasen Planung, Engineering, Beschaffung, Inbetriebnahme, Betrieb, Austausch und Entsorgung. Beim Plant Asset Management (PAM) wird im Wesentlichen die Betriebszeit, also der Einsatz in einem Unternehmen bzw. in einer Prozessanlage, betrachtet.
2 zeigt eine Darstellung einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Damit nicht jeder einzelne Gerätetreiber 5, der um die Zusatzfunktion PAMfct() erweitert werden soll, von dem User 21 über das User Interface 13 einzeln geöffnet werden muss, ist zwischen den Kommunikationstreiber ComDTM und die Gerätetreiber 5, hier DTM1, DTM3, ein kommunikationstechnisch transparenter PAM-Gateway Treiber 12 geschaltet. Der PAM-Gateway Treiber 12 bietet eine Zusatzfunktion 13 an, die geeignet ist, die PAM-System Schnittstelle 8 zu konfigurieren und die Informationsaustausch-Funktion PAMfct() für alle darunter liegenden Gerätetreiber 5 auszulösen, sofern diese jeweils das entsprechende Interface der PAMfct anbieten. Einsetzbar ist diese Variante nur bei den Gerätetreibern 5 eines Herstellers.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Zusatzfunktion PAMfct() nicht nur für die proprietär erweiterten Gerätetreiber DTM1, DTM3 eines Herstellers, sondern auch für die Gerätetreiber DTM2 eines Drittanbieters genutzt werden kann. Eine hierzu geeignete Lösung ist in 3 zu sehen. Es wird ein Hüllen-Treiber (HüllenDTM) 17 erstellt, der so konfiguriert wird, dass er alle Funktionen des eigentlichen Gerätetreibers 5 an diesen weiterreicht und zusätzlich noch die PAM Informationsaustauschfunktion 16 anbietet. Da diese Funktionen 16 des Gerätetreibers 17 in der Regel gerätetypspezifisches Wissen erfordert, werden die entsprechenden EDDs 15 importiert und über eine Interpreterfunktion ausgewertet.
In 4 ist eine detaillierte Darstellung eines Teilbereichs der in 3 dargestellten Ausgestaltung zu sehen. Diese Lösung kann selbstverständlich auch für die eigenen Gerätetreiber 5 des Herstellers angewendet werden; diese werden einfach unverändert übernommen. Wichtig ist hierbei, dass die hinzugefügte Funktion PAMfct() keine Änderungen in den Feldgeräten 10 vornimmt, da der Gerätetreiber 5, 6 über diese Änderungen nicht informiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm IEC 61804-2 [0006]

Claims

Verfahren zum Informationstausch zwischen Feldgeräten (10) der Automatisierungstechnik, die über ein Bussystem (BS, FB) mit einem Engineering System (1) kommunizieren, und einem Plant Asset Managementsystem (7), wobei über das Plant Asset Managementsystem (7) parallel zu dem Engineering System (1) auf die Feldgeräte (10) über zumindest einen Teilbereich des Bussystems (BS, FB) zugegriffen wird, wobei die Feldgeräte (10) über entsprechende Gerätetreiber (5) in das Engineering System (1) integriert sind, wobei zumindest einem der Gerätetreiber (5) eine Zusatzfunktion (PAMfct()) zugeordnet wird, über die die Treiber-Funktionen des Gerätetreibers (5) so erweitert werden, dass die Information von dem Feldgerät (10) über eine Schnittstelle (8) des Plant Asset Managementsystems (7) ausgetauscht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gerätetreiber (5) mit der Zusatzfunktion (PAMfct()) ein Interpreter-Treiber, insbesondere ein Interpreter DTM – Device Type Manager – ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder einem Feldgerät (10) zugeordnete feldgerätetypspezifische Gerätetreiber (5) ohne inhaltliche Änderung um die Zusatzfunktion (PAMfct()) erweitert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Engineering System (1) zwischen einen Kommunikationstreiber (3) und den Gerätetreibern (5) ein kommunikationstechnisch transparenter Gateway-Treiber (12) für das Plant Asset Managementsystem (7) integriert wird und wobei beim Auslösen der Zusatzfunktion (PAMfct()) die entsprechende Zusatzfunktion (PAMfct()) für alle darunter liegenden Gerätetreiber (5) ausgelöst wird, sofern von diesen eine entsprechende Schnittstelle (8) zu dem Plant Asset Managementsystem (7) zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Hüllen-Gerätetreiber (17) erstellt wird, der so konfiguriert wird, dass alle Schnittstellen (23), z. B. FDT Schnittstellen, und Treiber-Funktionen des Gerätetreibers (5) aggregiert werden und wobei zusätzlich die Zusatzfunktion (PAMfct()) angeboten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei über entsprechende Treiber-Funktionen des Gerätetreibers (5) Informationen aus den entsprechenden elektronischen Gerätebeschreibungen (EDD) der Feldgeräte (10) importiert und über eine Interpreterfunktion zur Nutzung in der PAMfct() ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei sichergestellt wird, dass die Zusatzfunktion (PAMfct()) keine Änderung in den Treiber-Funktionen der Gerätetreiber (5) der Feldgeräte (10) vornehmen.