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Die Erfindung betrifft ein Adaptersystem mit Feldgeräten, d.h. Sensoren und/oder Aktoren, RIFID-Reader, Ventile, Motorstarter und dergleichen.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Kontrolleinheit zur Verwendung in einem solchen Adaptersystem.
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In der Industrie ist es üblich über Feldgeräte, d.h. Sensoren und/oder Aktoren, RIFID-Reader, Ventile, Motorstarter und dergleichen, den Zustand von Anlagen und Prozessen zu überwachen und ggf. darüber Einfluss auf die Anlagen und Prozesse zu nehmen, sie zu steuern und zu regeln.
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Zur Inbetriebnahme, Wartung, Änderung solcher Feldgeräte ist es deshalb notwendig, die Funktion der Feldgeräte auf einfache Weise überprüfen zu können und ggf. die Feldgeräte parametrieren zu können.
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Es besteht zu diesem Zweck ein dringender Bedarf an besonders einfachen Lösungen zur Ermöglichung einer bequemen und umfassenden Prüfung und Parametrierung von Feldgeräten.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Adaptersystem und eine Kontrolleinheit zur Verfügung zu stellen, die es ermöglichen mit einfachen Mitteln Feldgeräte zu prüfen, zu warten und ggf. zu parametrieren.
- [A1] Bei einem Adaptersystem mit Feldgeräten, d.h. Sensoren und/oder Aktoren, RIFID-Reader, Ventile, Motorstarter und dergleichen, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Kontrolleinheit vorgesehen ist, die eine drahtlose Verbindung zu einem intelligenten mobilen Endgerät, insbesondere einem Smartphone oder Tablett-Computer, aufbauend ausgebildet ist und eine Schnittstelle zu mindestens einem Feldgerät aufweist.
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Die Kontrolleinheit bietet eine multifunktionale Parametrier- und Kontrollmöglichkeit. Sie stellt eine Interface-Funktion zwischen Sensor-Schnittstelle und mobilem Bedienteil her, indem sie für das mobile Endgerät einen drahtlosen Zugang zu den leitungsgebundenen Signalen des Feldgerätes darstellt.- Die Kontrolleinheit kann in Signalverbindungen zwischen Master und Feldgerät eingeschleift oder in das Feldgerät integriert werden. Bei geeigneter Programmierung der Kontrolleinheit kann sie auch Master-Funktionalität übernehmen. Im uni-direktionaler Betrieb bietet sie via Funk-Interface nur Mitlesen und Kontrollfunktionen. Im bi-direktionaler Betrieb können via Funk-Interface zusätzlich Funktionen zur Parametrierung des Feldgeräts hinzutreten.
- [A2] In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kontrolleinheit eine Kommunikationsfunktion mit dem mindestens einem Feldgerät aufweist und die drahtlose Verbindung als eine Funkverbindung ausgebildet ist, die insbesondere als eine Verbindung nach einem WLAN-Standard oder Bluetooth-Standard oder einem anderen Funkschnittstellenstandard ausgebildet ist.
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Damit stellt die Kontrolleinheit ein aus Hard- und Software-Komponenten bestehendes durchgängiges Konzept bereit zur Schließung der Lücke zwischen den Service-Schnittstellen moderner Feldgeräte und mobilen Consumer-Endgeräten. Der Einsatz von Smart¬phones oder Tablet Computern zur Einrichtung und Parametrierung von Sensoren wird damit komfortabel und aufwandsarm ermöglicht, weil die Datenübertragung zwischen Feldgerät und mobilem Bediengerät drahtlos erfolgt.
- [A3] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird mit Vorteil vorgeschlagen, dass die Kommunikationsfunktion mit dem Feldgerät drahtgebunden ausgebildet ist, wobei eine Energieversorgung der Kontrolleinheit vorzugsweise über das Feldgerät verwirklicht ist. Es ist dadurch möglich, die Kontrolleinheit an jedem beliebigen Ort der Verkabelung in diese Einzuschleifen. Das geschieht über übliche Anschlusseinheiten, die auch nachzurüsten sind.
- [A4] Alternativ dazu kann auch die die Kontrolleinheit eine NFC-Schnittstelle aufweisen, wobei vorzugsweise eine Authentifizierungsfunktion über die NFC-Schnittstelle realisiert ist. Dazu ist jedoch eine entsprechende Funktionalität im Feldgerät Voraussetzung. Eine NFC-Schnittstelle (near field communication) ist in vielen mobilen Endgeräten bereits eingebaut und kann durch ein entsprechendes Programm, eine sogenannte App, vorteilhaft auch für die Zwecke der Authentisierung und Parametrierung bi-direktional genutzt werden.
- [A5] Wenn die Kontrolleinheit und/oder das Feldgerät eigene Intelligenz in Form einer Programme abarbeitenden Prozessoreinheit aufweist, ergeben sich universelle Einsatzmöglichkeiten.
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Dabei wirken folgende Bestandteile zusammen: eine Software, welche die Datenaufbereitung auf der Sensor-Seite übernimmt. Diese Software kann auf dem Sensor selbst implementiert sein oder auf der Kontrolleinheit laufen. Die Kontrolleinheit mit einem Wireless-Adapter beinhaltet ein WLAN- oder Bluetooth-Modul oder ein anderes Funkschnittstellen-Modul sowie einen Controller zur Pufferung und Aufbereitung der Datenströme. Schließlich übernimmt eine auf dem mobilen Endgerät laufende Applikation, d.h. App, den Verbindungsaufbau, Datenverkehr und Visualisierung auf dem Mobilgerät.
- [A6] Dadurch, dass die Kontrolleinheit über ein Kabel mit einem überwachenden Master in einem System zur Automation von Anlagen und/oder Prozessen zusammenwirkt und eine Schaltfunktion zum Durchleiten oder Trennen eines Kommunikationsaustausches zwischen Feldgerät und Master aufweist, kann sie auch bei Nichtbenutzung im Leitungsverlauf verbleiben. Im deaktivierten Zustand ist die Kontrolleinheit für den Datenfluss völlig transparent. Bei Bedarf kann zur Wartung dann die Kontrolleinheit aktiviert werden und ihre Funktion übernehmen.
- [A7] Sollte die drahtlose Verbindungsschnittstelle nicht bereit sein, kann es von Vorteil sein, wenn das intelligente mobile Endgerät eine Kamera als Scanner zum Auslesen codierter optisch lesbarer Feldgerätedaten aufweist. Dann kann die Kennung des Feldgerätes gescannt und auf diese Weise beispielsweise zu Authentisierungszwecken bereitgestellt werden.
- [A8] Von Vorteil ist auch eine Ausgestaltung, bei der das intelligente mobile Endgerät eine Netzverbindung zu einer Datenbank aufweist. Über GPRS, UMTS, Edge etc. kann das mobile Endgerät zusätzliche Daten aus Datenbanken abrufen, die über Internet zur Verfügung gestellt werden, was die Wartung wesentlich erleichtern kann.
- [A9] Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Kontrolleinheit zur Verwendung in einem Adaptersystem gelöst, wenn die Kontrolleinheit einerseits eine peer to peer Schnittstelle zu einem Feldgerät und andererseits eine drahtlose Verbindung zu einem intelligenten mobilen Endgerät aufweist, sowie eine eigene Intelligenz zur Abarbeitung von Programmen aufweist. Die Kontrolleinheit beinhaltet folglich ein WLAN- oder Bluetooth-Modul oder ein anderes Funkschnittstellenmodul sowie einen Controller zur Pufferung und Aufbereitung der Datenströme. Mit Vorteil auf der Kontrolleinheit auch die Software, welche die Datenaufbereitung auf der Sensor-Seite übernimmt. Diese Software kann auch auf dem Sensor selbst implementiert sein. Ein weiteres Programm läuft auf dem mobilen Endgerät als App und dient für den Verbindungsaufbau, Datenverkehr und Visualisierung auf dem Mobilgerät.
- [A10] Für die Inbetriebnahme oder Wartung von Anlagen ist es von besonderem Vorteil, wenn die Intelligenz der Kontrolleinheit und/oder eine Applikation des mobilen Endgerätes Funktionen des Masters ausführend ausgebildet ist. Dadurch kann beispielsweise auch die Funktionalität des Masters mit überprüft werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird beispielhaft an Hand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
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1 ein Schema einer üblichen Verkabelung mit erfindungsgemäßer Kontrolleinheit,
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2 ein Schema einer erfindungsgemäßen Kontrolleinheit mit Endgerät,
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3 eine erste Anwendungsweise eines erfindungsgemäßen Kontrolleinheit,
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4 eine zweite Anwendungsweise eines erfindungsgemäßen Kontrolleinheit,
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5 eine dritte Anwendungsweise eines erfindungsgemäßen Kontrolleinheit,
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6–8 verschiedene Nutzungsmodi der erfindungsgemäßen Kontrolleinheit,
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9 einen deaktivierten Schaltzustand der erfindungsgemäßen Kontrolleinheit,
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10 einen aktivierten Schaltzustand der erfindungsgemäßen Kontrolleinheit,
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11 ein Blockschema der erfindungsgemäßen Kontrolleinheit und
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12 ein Schema zur Erfassung von Feldgerätedaten.
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In 1 sind die verschiedenen Ebenen einer bekannten Verkabelung gezeigt. Die unterste Ebene stellt beispielsweise die IOLink-Ebene 21 dar, auf der viele Sensoren 3 und Aktoren 4 können durch eine 2-Draht-Leitung 22 vernetzt sind, die auch den Strom für die als Slave 23 bezeichneten Sensoren und Aktoren), RIFID-Reader, Ventile, Motorstarter und dergleichen liefert.. Dank der einfachen elektromechanischen Schnittstelle definiert die IOLink-Verkabelung ein bewährtes System, das durch die frei wählbare Netzwerk-Topologie und einfache Konfiguration die Installation viel einfacher macht.
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Mehrere solcher Kabeläste können auf der höheren Ebene 24 zu automatisierten Anlagen und Prozessen zu einem System 7 zusammengefasst werden. Auf der Steuerungsebene 25 übernimmt ein Master 6 die Kontrolle der als Slaves 23 geschalteten Sensoren 3 und Aktoren 4 in Abhängigkeit der Vorgaben durch eine Speicher-Programmierbare Steuerung (SPS), eines PCs oder anderer Steuerungsgeräte. Vorteilhaft werden zu den genannten Zwecken auch IO-Link oder Digital I/O zur Verkabelung von Feldgeräten in Prozessen und Anlagen eingesetzt.
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An einem der gezeichneten Slaves ist zusätzlich über die Leitung 27 und Schnittstelle 11 die erfindungsgemäße Kontrolleinheit 8 an das Feldgerät angeschlossen, die über eine drahtlose bidirektionale Verbindung 9 mit einem mobilen Endgerät 10 verbunden ist. Dadurch ist eine multifunktionale Parametrier- und Kontroll-Vorrichtung geschaffen, die eine Interface-Funktion zwischen Sensor-Schnittstelle und mobilem Bedienteil bereitstellt. Sie ermöglicht einen drahtlosen Zugang zu den leitungsgebundenen Signalen dar und kann in Signalverbindungen eingeschleift oder in das Feldgerät integriert werden. Mit geeigneter Software kann sie auch Master-Funktionalität übernehmen. Bei uni-direktionaler Betrieb kann via Funk-Interface nur mitgelesen werden bei bi-direktionalem Betrieb auch via Funk-Interface zusätzlich die Parametrierung von Sensoren erfolgen.
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Der Einsatz von Smartphones oder Tablet Computern zur Einrichtung und Parametrierung von Sensoren wird damit komfortabel und aufwandsarm ermöglicht. Die Datenübertragung zwischen Sensor und mobilem Bediengerät erfolgt dabei drahtlos.
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In 2 sind die zusammenwirkenden Komponenten des Adaptersystems 1 schematisch dargestellt.
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Eine Software 28 übernimmt die Datenaufbereitung auf der Feldgeräte-Seite. Diese Software kann auf dem Feldgerät selbst implementiert sein oder auf der Kontrolleinheit 8 laufen. Die Kontrolleinheit 8 beinhaltet ein WLAN- oder Bluetooth-Modul 26 sowie einen Controller 14 zur Pufferung und Aufbereitung der Datenströme. Eine auf dem mobilen Endgerät 10 installierte App 29 ist das Programm für den Verbindungsaufbau, Datenverkehr und Visualisierung auf dem Mobilgerät.
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Durch die Schnittstellensoftware 28 wird der physikalische drahtlose Verbindungsaufbau durchgeführt, welcher aus dem Paarungs- und Authentifizierungs-Vorgang besteht.
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Die Kontrolleinheit 8 besteht weiter aus einem Bluetooth- oder WLAN-Modul 26 und einem Controller 14. Dieser übernimmt die Anpassung der über die Sensor-Schnittstelle 11 übertragenen Datenströme an die Anforderungen des Drahtlos-Moduls 26. Die Kontrolleinheit 8 kann als externe Anschaltbox („Bridge“) ausgeführt oder in einem Feldgerät, z.B: einem Sensor, integriert sein.
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Es stehen WLAN und Bluetooth als Drahtlos-Technologie zur Verfügung. Beide Techniken werden von mobilen Endgeräten 10 unterstützt und es sind kompakte Module sowohl WLAN als auch Bluetooth handelsüblich.
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Die App läuft komplett auf dem mobilen Endgerät 10. Die App 29 empfängt während des Paarungs-Vorgangs Feldgerät-ID, Feldgerät-Typ und Seriennummer der Feldgeräte im Empfangsbereich und stellt die Feldgeräte dem Benutzer zur Auswahl zur Analyse oder Parametrierung bereit.
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Die Kontrolleinheit 10 ist als Oberbegriff für die Verbindung zwischen Feldgerät-Ebene und mobilen Endgeräten zu verstehen und in verschiedenen Szenarien anwendbar. Als Eingänge können vorteilhafter Weise die Standards IOLink, RS232, USB, Ethernet etc. verarbeitet werden.
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In 3 ist eine erste Anwendung der Kontrolleinheit 10 dargestellt, in der die Kontrolleinheit 8 drahtgebunden mit einem optischen Sensor 3 verbunden, der den Prozess 30 überwacht. Der in der Kontrolleinheit vorhandene Wireless-Adapter 26 verbindet den Sensor 3 somit über eine RS232/485 Schnittstelle als externes Gerät drahtlos 9 mit dem mobilen Endgerät 10.
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Die Kontrolleinheit 8 wird an den RS232/RS485-Stecker angeschlossen und von dort mit Spannung versorgt.
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Eine andere Schaltungsmöglichkeit zeigt 4, in der die Kontrolleinheit 10 in die Sensor-Zuleitung mit IOLink eingeschleift ist.
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Schließlich ist es möglich, wie in 5 gezeigt, die Kontrolleinheit 10 in den Sensoren 3 zu integrieren.
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6 und 7 entsprechen den in 3 und 4 dargestellten Anwendungsmöglichkeiten mit dem Unterschied, dass die Teile als Blöcke dargestellt sind und zusätzlich die Verbindung zur Steuerungsebene 25 mit Master 6 mittels Kabel 5, der als 2-Draht-Leitung 22 ausgeführt ist.
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8 zeigt die Kontrolleinheit 8 wie sie in eine 3-Draht-Sensor-Zuleitung 31 eingeschleift ist und bei Aktivierung den in der Steuerung befindlichen IOLink-Master 6 ersetzt.
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Die beiden Schaltzustände sind in den 9 und 10 detaillierter dargestellt. 9 zeigt den deaktivierten Zustand bei dem die 3-Draht-Leitungen 31 vom Prozessor 14 mit Hilfe der Schnittstellensoftware 28 vom Feldgerät zum Master 6 durchgeschaltet sind und das WLAN-Modul 26 nicht in Betrieb ist.
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10 zeigt den aktivierten Zustand bei dem zwischen die 3-Draht-Leitungen 31 vom Feldgerät zum Master 6 die Schnittstellensoftware 28 zwischengeschaltet ist und dabei zum Feldgerät 2 hin Masterfunktionen erfüllt werden. Zum Master 6 kann die Software 28 die Schnittstelle eines Feldgerätes darstellen. Das WLAN-Modul 26 ist in Betrieb und der Datenverkehr kann mit dem nicht dargestellten Endgerät 10 und der darauf installierten App analysiert und beeinflusst werden.
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In 11 ist ein „Switch Modus“ gezeigt, bei dem über Bluetooth ein paralleler, nur lesender Zugang zu den Feldgerätedaten möglich ist.
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Für den Fall, dass die Indentifikation des Feldgerätes und Authentisierung nicht über das Kabel erfolgen kann, ist es von Vorteil eine Scanfunktion des mobilen Endgerätes zu nutzen, was in 12 dargestellt ist.
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Die Kamera nimmt dazu einen auf dem Feldgerät 2 aufgebrachten Code 17 auf und sendet diesen über eine GSM-Verbindung an eine über Internet 34 im Zugriff stehende Datenbank 19 aus der dann die Feldgerätedaten ausgelesen werden, um daraus sich Authentifizieren zu können und Zugriff über die drahtlose Verbindung 9 und Kontrolleinheit 8 auf das Kabel 5 und auf das Feldgerät 2 zu erhalten.
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Alternativ kann statt der Kamera 16 auch eine NFC-Schnittstelle 13 des Endgerätes 10 genutzt werden, die dann ein RIFID-Etikett oder die NFC_Schnittstelle 32 des Feldgerätes ausliest, um dann wie zuvor beschrieben aus dem Internet die gewünschten Daten abzurufen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Adapterystem
- 2
- Feldgeräten
- 3
- Sensoren
- 4
- Aktoren
- 5
- Kabel
- 6
- Master
- 7
- System
- 8
- Kontrolleinheit
- 9
- drahtlose Verbindung
- 10
- intelligenten mobilen Endgerät
- 11
- Schnittstelle
- 12
- Kommunikationsfunktion
- 13
- NFC-Schnittstelle
- 14
- Prozessoreinheit/Controller
- 15
- Schaltfunktion
- 16
- Kamera
- 17
- Code
- 18
- Netzverbindung
- 19
- Datenbank
- 20
- Applikation
- 21
- IOLink-Ebene
- 22
- 2-Draht-Leitung
- 23
- Slave
- 24
- Feldebene
- 25
- Steuerungsebene
- 26
- WLAN-Modul
- 27
- Leitung
- 28
- Schnittstellensoftware
- 29
- App (Applikation)
- 30
- Prozeß
- 31
- 3-Draht-Zuleitung
- 32
- RIFID-Etikett oder NFC Schnittstelle
- 33
- GSM-Verbindung
- 34
- Internet
