DE102013103454A1 - Messumformerspeisegerät, System zum Einsatz in der Automatisierungstechnik, sowie Verfahren zum Bedienen eines solchen Systems - Google Patents
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Abstract
Messumformerspeisegerät (1) zum Einsatz in der Automatisierungstechnik welches über eine Zweidrahtleitung (2) die Anbindung zumindest eines Feldgerätes (3) an eine übergeordnete Einheit (4) ermöglicht, wobei das Messumformerspeisegerät (1) zumindest einen Schalter (5), ein Funkmodul (6) und eine Schaltung (7) umfasst, wobei das Funkmodul (6) mittels des Schalters (5) aktivierbar oder deaktivierbar ist und die Schaltung (7) die Umsetzung zwischen Signalen der Zweidrahtleitung (2) und Signalen des Funkmodules (6) realisiert, so dass das zumindest eine über die Zweidrahtleitung (2) an das Messumformerspeisegerät (1) angeschlossene Feldgerät (3) mittels des Funkmoduls (6) durch eine drahtlose Kommunikationsverbindung (13) bedienbar ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Messumformerspeisegerät, ein System zum Einsatz in der Automatisierungstechnik sowie ein Verfahren zum Bedienen des Systems.
- In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Massendurchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotential-Messgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte etc., die als Sensoren die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeitswert erfassen.
- Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen so genannte Aktoren, z. B. Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt steuern oder Pumpen, die den Füllstand in einem Behälter ändern.
- Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser® hergestellt und vertrieben.
- Häufig sind Feldgeräte mit übergeordneten Einheiten z. B. Leitsystemen oder Steuereinheiten verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung.
- Die Energie- und/oder Signalübertragung zwischen Feldgeräten und übergeordneten Einheiten erfolgt häufig nach dem bekannten 4 bis 20 mA Standard, bei dem eine 4 bis 20 mA Stromschleife bzw. eine Zweidrahtleitung zwischen dem Feldgerät und der übergeordneten Einheit ausgebildet ist.
- Auf diesem 4 bis 20 mA Standard baut das HART-Protokoll auf. Mit Hilfe des HART-Protokolls und der somit ermöglichten bidirektionalen Kommunikation, lassen sich die eingangs beschriebene Feldgeräte sehr flexibel parametrieren, in Betrieb nehmen oder auch Datensätze auslesen, die auf dem Feldgerät gespeichert sind. Das HART-Protokoll ermöglicht somit eine sehr einfache Bedienung des Feldgerätes mittels einer Bedieneinheit.
- Hierzu wird auf das 4 bis 20 mA Signal bzw. die 4 bis 20 mA Stromschleife die zu übertragenden Daten aufmoduliert, um so digital zwischen Feldgerät und der Bedieneinheit zu kommunizieren, während gleichzeitig die analoge Signalübertragung stattfindet.
- Handelt es sich bei den Feldgeräten bspw. um Sensoren, so werden die von dem Sensor erfassten Messwerte als analoges Stromsignal über die Zweidrahtleitung an die übergeordnete Einheit übertragen. Der Messbereich der Sensoren wird dabei linear auf das 4 bis 20 mA Stromsignal abgebildet. Gleichzeitig steht über die digitale HART Kommunikation eine wechselseitige Kommunikation zur Verfügung, um bspw. eine Parametrierung des Feldgerätes mittels der Bedieneinheit durchzuführen. Neben dem HART-Protokoll gibt es weitere Protokolle wie bspw. Foundation Fieldbus, und/oder Profibus PA die ähnliche Funktionen wie HART ermöglichen.
- Die Energieversorgung der Feldgeräte erfolgt ebenfalls über das 4 bis 20 mA Stromsignal, so dass neben der Zweidrahtleitung keine zusätzliche Versorgungsleitung notwendig ist. Normalerweise wird die Energieversorgung nicht durch die übergeordnete Einheit, sondern durch ein Messumformerspeisegerät realisiert, welches mit der 4 bis 20 mA Stromschleife bzw. der Zweidrahtleitung verbunden und typischerweise von der übergeordneten Einheit abgesetzt angeordnet ist.
- Für den Einsatz von Feldgeräten im Ex-Bereich sind gewisse Maßnahmen im Hinblick auf die Eigensicherheit notwendig. So ist eine galvanische Trennung bei der Übertragung der Signale zwischen der übergeordneten Einheit, die im sicheren Bereich angeordnet ist, und dem Feldgerät, das im eigensicheren Bereich angeordnet ist nötig.
- Aus dem Stand der Technik sind Bedieneinheiten bekannt, die zur Kommunikation mit dem Feldgerät physikalisch an die 4 bis 20 mA Stromschleife angeschlossen werden, um so die Bedienung des Feldgerätes über die 4 bis 20 mA Stromschleife mittels des HART-Protokolls zu ermöglichen. Derartige Bedieneinheiten weisen den Nachteil auf, dass sie, wie bereits erwähnt, physikalisch an die 4 bis 20 mA Stromschleife angeschlossen bzw. angeklemmt werden müssen. Hierzu muss die Zweidrahtleitung derartig modifiziert bspw. abisoliert und/oder durchtrennt werden, dass die Bedieneinheit angeschlossen werden kann. Dies führt dazu, dass das eigentliche analoge Stromsignal, welches die Messwerte des Feldgerätes überträgt, für den Zeitraum des Anschlusses der Bedieneinheit nicht übertragen wird. In anderen Worten wird die analoge Übertragung der Messwerte unterbrochen.
- Ebenfalls ist aus dem Stand der Technik bekannt, Funkmodule zur leichteren Bedienung von Feldgeräten zu verwenden. Es sind Lösungen bekannt, bei denen die Feldgeräte integrierte Funkmodule aufweisen. Es ist aber auch bekannt geworden, Feldgeräte mit Funkmodulen nachzurüsten, so dass die Feldgeräte dann drahtlos durch Bedieneinheiten, die ebenfalls ein Funkmodul aufweisen, bedient werden können.
- Derartige Lösungen weisen den Nachteil auf, dass das Funkmodul zusätzlich zu dem Feldgerät an sich, mit Energie versorgt werden muss. Die Energieversorgung der Feldgeräte als auch des Funkmoduls erfolgt dabei, wie eingangs erwähnt, über die 4 bis 20 mA Stromschleife. Die Speisung der 4 bis 20 mA Stromschleife mit elektrischer Energie erfolgt dabei bspw. über ein eingangs beschriebenes Messumformerspeisegerät. Dieses liefert die zum Einstellen eines Stromwertes in der Stromschleife erforderliche elektrische Spannung. Oftmals reicht die der Stromschleife zuführbare Energie nicht aus, um das Feldgerät mit der zum Betrieb des integrierten Funkmoduls benötigten Energie über die Signalleitung zu versorgen.
- Abhilfe wird diesem Nachteil geleistet, in dem, wie in der
DE 10 2004 020 393 A vorgeschlagen, eine separate Energieversorgung für das Funkmodul in Form einer Batterie vorgesehen ist. - Diese Lösung weist wiederum den Nachteil auf, dass die Wartung, insbesondere die Kontrolle des Batteriezustandes, einen erheblichen Aufwand für den Bediener eines solchen Feldgerätes darstellt.
- Darüber hinaus weisen derartige Lösungen den Nachteil auf, dass die Feldgeräte, die mit Funkmodulen ausgerüstet sind nicht immer kontrollierbar sind, so dass ungewolltes Bedienen oder auch eine bewusste Manipulationen ausgeschlossen oder verhindert werden kann. So kann es bspw. vorkommen, dass ein Bediener der sich in Reichweite des Funkmodules zur drahtlosen Kommunikation befindet, versehentlich mit einem Feldgerät verbindet und so ein ungewolltes Bedienen dieses Feldgerätes herbeiführt. Neben diesem ungewollten Bedienen kann es aber zu bewussten Handlungen in Form von Manipulationen an Feldgeräten, die mit solchen Funkmodulen ausgestattet sind, kommen. Speziell in großen Automatisierungsanlagen, in denen die Feldgeräte über einen weiten Bereich verteilt sind, ist eine effektive Kontrolle der Feldgeräte äußerst schwierig und es kann nicht ausgeschlossen werden, dass eine Manipulation, bspw. in Form eines Hackerangriffes, eines Feldgerätes stattfindet.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein erhöhte Bedienerfreundlichkeit für ein Feldgerät, welches in der Automatisierungstechnik eingesetzt wird, zu ermöglichen.
- Die Aufgabe wird durch ein Messumformerspeisegerät, ein System zum Einsatz in der Automatisierungstechnik sowie ein Verfahren zum Bedienen des Systems gelöst.
- Hinsichtlich des Messumformerspeisegerätes wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Messumformerspeisegerät zum Einsatz in der Automatisierungstechnik gelöst, welches über eine Zweidrahtleitung die Anbindung zumindest eines Feldgerätes an eine übergeordnete Einheit ermöglicht, wobei das Messumformerspeisegerät zumindest einen Schalter, ein Funkmodul und eine Schaltung umfasst, wobei das Funkmodul mittels des Schalters aktivierbar oder deaktivierbar ist und die Schaltung die Umsetzung zwischen Signalen der Zweidrahtleitung und Signalen des Funkmodules realisiert, so dass das zumindest eine über die Zweidrahtleitung an das Messumformerspeisegerät angeschlossene Feldgerät mittels des Funkmoduls durch eine drahtlose Kommunikationsverbindung bedienbar ist.
- Erfindungsgemäß wird in ein Messumformerspeisegerät, welches über eine Zweidrahtleitung die Anbindung zumindest eines Feldgerätes an eine übergeordnete Einheit ermöglicht, ein Funkmodul integriert. Über einen Schalter ist das Funkmodul aktivierbar bzw. deaktivierbar, so dass eine Bedieneinheit drahtlos mit Hilfe des Messumformerspeisegerätes mit dem Feldgerät kommunizieren kann. Die Kommunikation zwischen dem mindestens einen Feldgerät und der Bedieneinheit erfolgt hierbei vorzugsweise über das eingangs beschriebene HART-Protokoll. Denkbar ist aber auch Foundation Fieldbus und/oder Profibus PA.
- Durch die Integration des Funkmodules in das Messumformerspeisegerät ergibt sich eine Reihe von Vorteilen.
- So ist, durch die Integration eines Funkmodules in ein Messumformerspeisegerät zur Bedienung eines Feldgerätes, das Anklemmen und Abklemmen der Bedieneinheit an die Zweidrahtleitung hinfällig. Damit einhergehend ist eine kontinuierliche Kommunikation zwischen dem Feldgerät und der übergeordneten Einheit auch während der Kommunikation zwischen der Bedieneinheit und dem Feldgerät gegeben.
- Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Funkmodul nicht mehr über die 4 bis 20 mA Zweidrahtleitung mit Energie versorgt werden muss, da es unmittelbar von dem Messumformerspeisegerät mit Energie versorgt wird. Hierdurch reduziert sich der Wartungsaufwand, da eine Kontrolle der ordnungsgemäßen Energieversorgung, bspw. des Batteriezustandes, des Funkmodules nicht mehr nötig ist.
- Darüber hinaus ist durch den Schalter, der das Funkmodul ein- bzw. auszuschalten, der Zugriff auf das Feldgerät einfacher zu kontrollieren. Zum einen bedarf es somit einer bewussten Aktivierung des Funkmodules eines spezifischen Feldgerätes durch den Bediener und zum anderen ist das Funkmodul nicht durchgängig aktiviert und somit die Zeiträume in denen eine Manipulation stattfinden kann deutlich kleiner.
- Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass die Bedienung eines Feldgerätes, welches bspw. auf einem Tank sitzt und somit nicht ohne weiteres zugänglich ist erleichtert wird, da die Bedienung des Feldgerätes über das Messumformerspeisegerät ermöglicht wird, welches typischerweise in gut zugänglichen Bereichen der Automatisierungsanlage angeordnet ist.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem Messumformerspeisegerät eine galvanische Trennung zwischen dem Feldgerät und der übergeordneten Einheit realisiert.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Funkmodul derartig ausgebildet, dass die drahtlose Kommunikationsverbindung vorzugsweise mittels Bluetooth und/oder Nahfeldkommunikation möglich ist. Denkbar ist aber auch ein Funkmodul, welches eine drahtlose Kommunikationsverbindung bspw. gemäß ANT, WirelessHART, ZigBee, nanoNET ermöglicht.
- Hinsichtlich des Systems wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein System zum Einsatz in der Automatisierungstechnik gelöst, welches zumindest folgendes aufweist:
- – ein Messumformerspeisegerät nach zumindest einer der vorhergehenden Ausgestaltungen,
- – eine übergeordnete Einheit die über das Messumformerspeisegerät mittels einer Zweidrahtleitung an das Feldgerät angebunden ist,
- – ein mobiles Endgerät, welches eine zu dem Funkmodul korrespondierende Einheit für die drahtlose Kommunikationsverbindung aufweist.
- Als mobiles Endgerät kommt bspw. ein Smartphone, Mobiltelefon, Laptop, Tablet-PC, PDA, Netbook, UMPC, etc. in Betracht.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Schaltschrank vorgesehen, in dem das Messumformerspeisegerät befestigt ist. Insbesondere ist das Messumformerspeisegerät mittels einer Hutschiene im Schaltschrank befestigt.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung läuft auf dem mobilen Endgerät eine Bediensoftware ab, die die Bedienung des Feldgerätes ermöglicht.
- Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Bedienen eines Systems wie es in einer der vorhergehenden Ausgestaltungen beschrieben ist, gelöst, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- – Betätigung des Schalters des Messumformerspeisegerätes, so dass das Funkmodul aktiviert wird,
- – Aufbauen einer drahtlosen Kommunikationsverbindung zwischen dem Funkmodul des Messumformerspeisegerätes und der dazu korrespondierenden Einheit des mobilen Endgerätes,
- – Bedienen des an das Messumformerspeisegeräts angebundenen Feldgerätes durch die drahtlose Kommunikationsverbindung zwischen dem Messumformerspeisegerätes und dem mobilen Endgerät,
- – Betätigung des Schalters des Messumformerspeisegerätes, so dass das Funkmodul deaktiviert wird.
- Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
-
1 : ein System zum Einsatz in der Automatisierungstechnik, welches ein erfindungsgemäßes Messumformerspeisegerät umfasst. -
1 zeigt ein System8 zum Einsatz in der Automatisierungstechnik, welches ein Messumformerspeisegerät1 , ein Feldgerät3 sowie eine übergeordnete Einheit4 umfasst. Das Feldgerät3 ist dabei über eine Zweidrahtleitung2 mit der übergeordneten Einheit4 verbunden, um so Messwerte und/oder Stellwerte im Falle eines Aktors zwischen dem Feldgerät3 und der übergeordneten Einheit4 zu übermitteln bzw. transferieren. - Die übergeordnete Einheit
4 kann z. B. ein Leitsystem oder eine Steuereinheit darstellen, die zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung dienen. Die übergeordnete Einheit4 ist dabei typischerweise abgesetzt von dem Feldgerät3 in einer Leitwarte angeordnet. Von dieser übergeordneten Einheit4 geht die Zweidrahtleitung2 über das Messumformerspeisegerät1 , welches an einer Hutschiene11 im Schaltschrank10 befestigt ist, an das Feldgerät3 . Derartige Messumformerspeisegeräte1 sind dabei in Automatisierungsanlagen oftmals in dem Schaltschrank10 zentral zusammen gefasst. - Das erfindungsgemäße Messumformerspeisegerät
1 umfasst dabei einen Schalter5 , mittels dem ein integriertes Funkmodul6 aktivierbar oder deaktivierbar ist, sowie eine Schaltung7 , die die Umsetzung zwischen Signalen der Zweidrahtleitung2 gemäß dem HART-Protokoll und den Signalen des Funkmodules6 realisiert. Auf diese Weise ist das Feldgerät3 , welches an das Messumformerspeisegerät1 angeschlossene ist, mittels des Funkmoduls6 durch eine drahtlose Kommunikationsverbindung13 bedienbar. - Mit Hilfe des in das Messumformerspeisegerät
1 integrierten Funkmoduls6 kann über ein mobiles Endgerät9 , welches eine zu dem Funkmodul6 korrespondierende Einheit14 für die drahtlose Kommunikationsverbindung13 aufweist, das an das Messumformerspeisegerät1 angeschlossene Feldgerät3 bedient werden. - Das Funkmodul
6 sowie die dazu korrespondierende Einheit14 des mobilen Endgerätes9 sind dabei derartig ausgestaltet, dass eine drahtlose Kommunikationsverbindung13 mittels Bluetooth und/oder Nahfeldkommunikation möglich ist. Denkbar ist aber auch eine Ausgestaltung, bei der eine drahtlose Kommunikationsverbindung13 bspw. gemäß ANT, WirelessHART, ZigBee und/oder nanoNET möglich ist. - Auf dem mobilen Endgerät
9 läuft eine Bediensoftware12 ab, die die Bedienung des Feldgerätes3 ermöglicht. - Auf diese Weise kann bei Durchführung der folgenden Verfahrensschritte das Feldgerät
3 mittels des mobilen Endgerätes9 , bspw. durch einen Servicetechniker sicher bedient werden. - Im ersten Schritt muss der Schalter
5 des Messumformerspeisegerätes1 derartig betätigt werden, dass das Funkmodul6 aktiviert wird. - Im zweiten Schritt wird dann der Aufbau der drahtlosen Kommunikationsverbindung
13 zwischen dem Funkmodul6 des Messumformerspeisegerätes1 und der dazu korrespondierenden Einheit14 des mobilen Endgerätes9 mittels der Bediensoftware12 realisiert. - Im dritten Schritt wird das Feldgerät
3 , dass an das Messumformerspeisegerät1 angebunden ist und durch die drahtlose Kommunikationsverbindung13 zwischen dem mobilen Endgerät9 und dem Funkmodul6 des Messumformerspeisegerätes1 bedienbar ist, bedient. - Im letzten Schritt wird nach abgeschlossener Bedienung des Feldgerätes
3 der Schalter5 des Messumformerspeisegerätes1 erneut betätigt, so dass das Funkmodul6 deaktiviert wird. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Messumformerspeisegerät
- 2
- Zweidrahtleitung
- 3
- Feldgerät
- 4
- Übergeordnete Einheit
- 5
- Schalter
- 6
- Funkmodul
- 7
- Schaltung
- 8
- System
- 9
- Mobiles Endgerät
- 10
- Schaltschrank
- 11
- Hutschiene
- 12
- Bediensoftware
- 13
- Drahtlose Kommunikationsverbindung
- 14
- Einheit des mobilen Endgerätes, welche zum Funkmodul korrespondiert
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004020393 A [0015]
Claims (8)
- Messumformerspeisegerät (
1 ) zum Einsatz in der Automatisierungstechnik welches über eine Zweidrahtleitung (2 ) die Anbindung zumindest eines Feldgerätes (3 ) an eine übergeordnete Einheit (4 ) ermöglicht, wobei das Messumformerspeisegerät (1 ) zumindest einen Schalter (5 ), ein Funkmodul (6 ) und eine Schaltung (7 ) umfasst, wobei das Funkmodul (6 ) mittels des Schalters (5 ) aktivierbar oder deaktivierbar ist und die Schaltung (7 ) die Umsetzung zwischen Signalen der Zweidrahtleitung (2 ) und Signalen des Funkmodules (6 ) realisiert, so dass das zumindest eine über die Zweidrahtleitung (2 ) an das Messumformerspeisegerät (1 ) angeschlossene Feldgerät (3 ) mittels des Funkmoduls (6 ) durch eine drahtlose Kommunikationsverbindung (13 ) bedienbar ist. - Messumformerspeisegerät nach Anspruch 1, wobei in dem Messumformerspeisegerät (
1 ) eine galvanische Trennung zwischen dem Feldgerät (3 ) und der übergeordneten Einheit (4 ) realisiert ist. - Messumformerspeisegerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Funkmodul (
6 ) derartig ausgebildet ist, dass die drahtlose Kommunikationsverbindung (13 ) mittels Bluetooth und/oder Nahfeldkommunikation ermöglicht. - System zum Einsatz in der Automatisierungstechnik, welches zumindest folgendes aufweist: – ein Messumformerspeisegerät (
1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1–3, – eine übergeordnete Einheit (4 ) die über das Messumformerspeisegerät (1 ) mittels einer Zweidrahtleitung (2 ) an das Feldgerät (3 ) angebunden ist, – ein mobiles Endgerät (9 ), welches eine zu dem Funkmodul (6 ) korrespondierende Einheit (14 ) für die drahtlose Kommunikationsverbindung (13 ) aufweist. - System nach Anspruch 5, wobei ein Schaltschrank (
10 ) vorgesehen ist, in dem das Messumformerspeisegerät (1 ) befestigt ist. - System nach Anspruch 6, wobei das Messumformerspeisegerät (
1 ) mittels einer Hutschiene (11 ) im Schaltschrank (10 ) befestigt ist. - System nach einem der Ansprüch 4 bis 6, wobei auf dem mobilen Endgerät (
9 ) eine Bediensoftware (12 ) abläuft, die die Bedienung des Feldgerätes (3 ) ermöglicht. - Verfahren zum Bedienen eines Systems (
8 ) nach zumindest einem der Ansprüche 4–7, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Betätigung des Schalters (5 ) des Messumformerspeisegerätes (1 ), so dass das Funkmodul (6 ) aktiviert wird, – Aufbauen einer drahtlosen Kommunikationsverbindung (13 ) zwischen dem Funkmodul (6 ) des Messumformerspeisegerätes (1 ) und der dazu korrespondierenden Einheit (14 ) des mobilen Endgerätes (9 ), – Bedienen des an das Messumformerspeisegeräts (1 ) angebundenen Feldgerätes (3 ) durch die drahtlose Kommunikationsverbindung (13 ) zwischen dem Messumformerspeisegerätes (1 ) und dem mobilen Endgerät (9 ), – Betätigung des Schalters (5 ) des Messumformerspeisegerätes (1 ), so dass das Funkmodul (6 ) deaktiviert wird.
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