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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenkommunikation zwischen mindestens einer mobilen Bedieneinheit und mindestens einem Feldgerät, wobei auf die mobile Bedieneinheit mindestens ein Anwendungsprogramm geladen und/oder auf der mobilen Bedieneinheit mindestens ein Anwendungsprogramm aktiviert wird, wobei Daten von der mobilen Bedieneinheit an eine Datenkommunikationsvorrichtung übertragen und/oder Daten von einer Datenkommunikationsvorrichtung an die mobile Bedieneinheit übertragen werden, wobei Daten von der Datenkommunikationsvorrichtung an eine Pfortenvorrichtung übertragen und/oder Daten von einer Pfortenvorrichtung an die Datenkommunikationsvorrichtung übertragen werden und wobei Daten von der Pfortenvorrichtung an eine Übertragungsvorrichtung des Feldgeräts übertragen und/oder Daten von einer Übertragungsvorrichtung des Feldgeräts an die Pfortenvorrichtung übertragen werden, wobei die Daten, die von der mobilen Bedieneinheit an die Datenkommunikationsvorrichtung übertragen werden, von der mobilen Bedieneinheit für das Feldgerät kodiert werden, für das die Daten bestimmt sind.
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In der modernden Prozessautomatisierung ist es vielfach üblich, Prozesse oder Medien zu überwachen, indem insbesondere durch Feldgeräte in Form von Messgeräten Messgrößen ermittelt oder in Bezug auf Änderungen überwacht werden. So ist es beispielsweise bekannt, den Durchfluss eines fließfähigen Mediums durch Rohre oder Kanäle zu ermitteln, indem beispielsweise Messgeräte zur Anwendung kommen, die nach dem Coriolis- oder Vortex-Verfahren arbeiten, bei denen Ultraschallsignale verwendet werden oder die den Durchfluss kalorimetrisch ermitteln.
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Für die Bestimmung des Füllstands eines Mediums, das dabei eine Flüssigkeit oder auch ein Schüttgut sein kann, ist es weiterhin im Stand der Technik bekannt, die Laufzeit von elektromagnetischen Signalen nach dem Radar- oder speziell dem TDR-Verfahren auszuwerten. Auch kann der Doppler-Effekt angewendet werden oder es werden Lote benutzt. Weiterhin gibt es eine Vielzahl von Ausgestaltungen, um das Erreichen von gewissen Füllständen kapazitiv, induktiv oder durch mechanisch schwingfähige Elemente zu erkennen.
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Um weitere Informationen über die Medien oder Prozesse zu erhalten, kommen auch Messgeräte zur Anwendungen, mit denen der pH-Wert, die Temperatur, die Viskosität, eine elektrische Leitfähigkeit oder ein elektrischer Widerstand gemessen werden.
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Auf der anderen Seite werden auch solche Feldgeräte verwendet, über die in die entsprechenden Prozesse eingegriffen wird. Solche Feldgeräte werden daher auch als Aktoren oder Stellglieder bezeichnet. Dazu gehören beispielsweise Ventile, über die das Zu- oder Abfließen eines Mediums gesteuert werden kann. Weiterhin kann ein Feldgerät auch ein Element sein, dass auf die Temperatur einwirkt, indem es beispielsweise heizt. Eine Aktor kann zudem ein Rührwerk sein.
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Um auch komplexe Prozesse optimal verwalten, steuern und regeln zu können, sind die Feldgeräte in aller Regel mit einer Leitwarte (auch bezeichnet als Leitstand, Schaltwarte oder Messwarte) verbunden, die damit Teil eines Prozessleitsystems (oft abgekürzt als PLS) sind.
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Im Bereich der industriellen Anwendung werden für die Verbindung zwischen Feldgerät und Leitwarte oft sogenannte Feldbusse mit entsprechenden Protokollen verwendet. Dabei sind Verbindungen über Kabel oder ohne Kabel, z. B. per Funk bekannt. Geläufige Feldbusse bzw. Protokolle sind dabei EtherNet, Foundation Fieldbus (FF), Profibus DP oder PA, Modbus usw.
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Über die jeweiligen Feldbusse werden Daten von den Feldgeräten an die Leitwarte übertragen bzw. erhalten die Feldgeräte Daten, z. B. Parameterwerte oder Softwarekomponenten usw. von der Leitwarte.
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Damit geht einher, dass viele Feldgeräte keinen direkten Zugriff erlauben, sondern nur noch mit der Leitwarte kommunizieren.
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Daher verfügen viele Feldgerät weder über eine eigene Anzeigeeinheit (andere Bezeichnung ist Display) noch über eine Eingabeeinheit, z. B. in Form einer Tastatur oder einer Minimalkonfiguration an Tasten (z. B. Pfeiltasten + Bestätigungstaste).
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Viele Feldgeräte verfügen jedoch weiterhin über solche sogenannten Human-Machine-Interfaces (oft abgekürzt als HMI, Mensch-Maschine-Schnittstelle oder auch Benutzerschnittstelle), die eine direkte Anzeige z. B. der Messwerte oder auch eine direkte Einwirkung auf das jeweilige Feldgerät erlauben.
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Manche Feldgeräte verfügen über Schnittstellen, die z. B. auch beim im Prozess installierten Feldgerät noch das Einspielen von Soft- oder Firmware oder für speziell geschultes Personal den Zugriff auf tiefere Schichten des Feldgeräts erlauben. Solche Schnittstellen sind manchmal sogenannte Service-Schnittstellen.
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Um dem Betriebspersonal das Arbeiten mit den Feldgeräten zu erleichtern bzw. zu ermöglichen, ist es ebenfalls bekannt, sogenannte Handhelds zu verwenden.
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Diese mobilen - also weitgehend tragbaren - Handgeräte erlauben teilweise eine unmittelbare Verbindung direkt mit einem Feldgerät oder sie können mit dem jeweiligen Feldbus verbunden werden, um über diese Verbindung auf das Feldgerät einzuwirken oder beispielsweise Daten auszulesen.
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Die Parametrisierung der unterschiedlichen Feldgeräte geschieht beispielweise über den Rückgriff auf spezielle Device Description Language (DDL)-Dateien.
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Da die Feldgeräte von unterschiedlichen Herstellern und auch teilweise vom gleichen Produzenten unterschiedliche Programme, Zugriffsdaten, Datenverarbeitungsmöglichkeiten usw. erforderlich machen, ist es daher gegebenenfalls erforderlich, dass die Handgeräte entsprechend große Bibliotheken an Steuer- oder sonstigen Zugriffsdaten bzw. -programmen vorhalten oder dass sogar unterschiedliche Handgeräte verwendet werden müssen.
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Neben den Kosten für die Handgeräte zeigt sich oft auch nachteilig, dass solche Geräte insbesondere im Vergleich mit der modernen Verbraucher-Elektronik umständlicher zu bedienen sind oder nicht den Komfort bieten, den das Bedienpersonal durch die Erfahrungen als Verbraucher gewöhnt ist. Zu nennen ist dabei beispielsweise auch die eher intuitive Handhabung, wie sie bei modernen sogenannten Smartphones üblich ist.
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Bei solchen Smartphones ist es beispielsweise üblich, sogenannte Apps (als Kurzform von Application software, Anwendungssoftware) zu laden, die auf dem Smartphone spezielle Anwendungen erlauben.
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Die einfachere Handhabung aus dem Bereich der Consumer- (also Verbraucher-)Elektronik hat also noch keinen Eingang gefunden in das Feld der Prozessautomatisierung oder speziell der Interaktion mit einzelnen Feldgeräten.
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Jedoch gerade im Fall der Datenkommunikation zwischen einer mobilen Einheit und einem Feldgerät, das in einer Prozessanlage installiert ist, wäre es vorteilhaft, wenn zumindest der Umgang mit der mobilen Bedieneinheit möglichst einfach wäre. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Bedingungen in solchen Prozessanlagen (z. B. sehr hohe oder sehr geringe Temperaturen, extreme Luftfeuchtigkeit oder -trockenheit, störende Geräuschpegel oder unangenehme Gerüche usw.) meist für das Bedienpersonal eher unangenehm sind.
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Weiterhin erfordert auch ein gewissenhafter Umgang mit dem Feldgerät selbst ein hohes Maß an Konzentration, so dass die verwendeten Werkzeuge (hier insbesondere die mobile Bedieneinheit) möglichst einfach sein sollten.
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Tritt dabei eine Bedienperson an ein Feldgerät heran, um zumindest aus ihrer mobilen Bedieneinheit und dem Feldgerät eine im Allgemeinen nur temporäre Kommunikationsanordnung zur Datenkommunikation zu schaffen, so werden dabei je nach Anwendungsfall über die Bedieneinheit Daten in das Feldgerät eingegeben oder es werden Daten vom Feldgerät empfangen.
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Bei den eingegebenen Daten handelt es sich beispielweise um Parameter für Messungen bei einem Messgerät als Feldgerät oder für das Einwirken auf den Prozess bei einem Aktor als Feldgerät. Es kann sich weiterhin auch um Kalibrations- oder sonstige Korrekturdaten handeln. Alternativ oder ergänzend handelt es sich um Soft- oder Firmware, die in das Feldgerät eingespielt wird.
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Umgekehrt gibt es Anwendungen, bei denen die mobile Einheit von dem Feldgerät Daten empfängt. Dies sind beispielsweise aktuelle Messwerte oder Historiendaten. Weiterhin kann es auch relevant sein, die Daten auszulesen, mit denen das Feldgerät arbeitet, so z. B. die Versionsnummern der benutzten Software usw. Schließlich erlaubt je nach Anwendung ein Zugriff einer mobilen Bedieneinheit auf ein Feldgerät das Abspeichern der Daten, die im Zusammenhang mit vorhergehenden Zugriffen auf das Feldgerät stehen.
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Aus der
DE 10 2004 029 022 A1 ist ein Verfahren zur sicheren Kommunikation zwischen einer mobilen Bedieneinheit und einem bzw. mehreren Feldgeräten bekannt. Die Kommunikationsanordnung ist derartig ausgelegt, dass mehrere Kommunikationspfade gleichzeitig oder alternativ realisiert werden können, je nachdem, über welchen Kommunikationspfad die Kommunikation am erfolgreichsten erscheint.
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Aus der
DE 10 2009 011 552 A1 ist eine Anordnung bekannt, bei der zwischen einem Gerät und einem Bediengerät eine Vorrichtung zur Datenübertragung angeordnet ist. Die Vorrichtung verfügt über eine Zugriffsapplikation, die für die Datenkommunikation auf das Bediengerät übertragen und dort auf das jeweilige Gerät angepasst wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Datenkommunikation zwischen einer mobilen Bedieneinheit und einem Feldgerät vorzuschlagen, das einen gewissen Komfort der Handhabbarkeit erlaubt.
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Unter mobiler Bedieneinheit sei dabei im Folgenden jede Art von tragbarer oder transportierbarer Einheit verstanden, die eine Eingabe von Daten oder Informationen, eine Auswahl zwischen Alternativen, eine Anzeige von Daten oder Abläufen oder eine andere Art der Realisierung der Mensch-Maschine-Kommunikation - hier insbesondere mit einem Feldgerät - erlaubt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Bedieneinheit die Daten, die für das Feldgerät bestimmt sind, über die Datenkommunikationsvorrichtung und die Pfortenvorrichtung sendet, die einem weiteren Feldgerät zugeordnet sind, wobei das weitere Feldgerät die Datenkommunikationsvorrichtung, die Pfortenvorrichtung und die Übertragungsvorrichtung umfasst.
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Bei dem Verfahren wird auf die mobile Bedieneinheit mindestens ein Anwendungsprogramm geladen und/oder auf der mobilen Bedieneinheit wird mindestens ein Anwendungsprogramm aktiviert.
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Ein solches Anwendungsprogramm ist beispielsweise ein sogenanntes App, das entweder für die Kommunikation mit dem jeweiligen Feldgerät auf die mobile Bedieneinheit geladen (z. B. in Form eines sogenanntes Downloads) wird oder dort - z. B. in einer entsprechenden Speichereinheit - vorliegt und dann für den jeweiligen Anwendungsfall aktiviert wird.
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In einer Variante wird das Anwendungsprogramm bei einem ersten Kontakt mit dem Feldgerät auf die Bedieneinheit geladen, wird aktiv verwendet und steht nach dem Ende der Kommunikation mit dem Feldgerät für zukünftige Datenkommunikationen in einem inaktivierten Zustand bereit, aus dem heraus es wieder aktivierbar ist.
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Das Anwendungsprogramm zeichnet sich in einer Ausgestaltung insbesondere dadurch aus, dass es überhaupt die Datenkommunikation mit dem Feldgerät ermöglicht.
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Weiterhin erlaubt das Anwendungsprogramm in einer weiteren Ausgestaltung die jeweils spezielle Art des Datenaustauschs mit dem Feldgerät, so dass z. B. die einstellbaren und von der Art des Feldgeräts abhängigen Parameter angezeigt werden oder für eine Auswahl verfügbar werden oder dass passend zu dem jeweiligen Feldgerät eine gefällige Visualisierung benutzt wird.
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Insgesamt begründet bzw. hilft oder unterstützt das Anwendungsprogramm die Datenkommunikation.
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Insbesondere in Verbindung mit dem Anwendungsprogramm oder beispielsweise durch dieses veranlasst, werden Daten von der mobilen Bedieneinheit an eine Datenkommunikationsvorrichtung übertragen (und dort vorzugsweise auch empfangen). Alternativ oder ergänzend werden Daten von einer Datenkommunikationsvorrichtung an die mobile Bedieneinheit übertragen (und dort vorzugsweise empfangen).
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Insgesamt werden also Daten zwischen der mobilen Bedieneinheit und einer Datenkommunikationsvorrichtung zumindest in eine Richtung und vorzugsweise in beide Richtungen übertragen.
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Insbesondere für die bidirektionale Datenübertragung sind vorzugsweise die mobile Bedieneinheit und die Datenkommunikationsvorrichtung so ausgestaltet und aufeinander abgestimmt, dass zwischen beiden eine Datenkommunikation möglich ist. Beide verfügen also insbesondere über entsprechende Schnittstellen, die das Senden und vorzugsweise auch das Empfangen von Daten erlauben. Hierfür ist es auch vorteilhaft, wenn sich beide der gleichen Art der Datenübertragung und insbesondere des gleichen Datenprotokolls bedienen.
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In einer Ausgestaltung findet zwischen der mobilen Bedieneinheit und der Datenkommunikationsvorrichtung eine kabellose Datenübertragung statt. Dies vereinfacht zusätzlich das Einleiten der und die Vorbereitung auf die Datenkommunikation. Die Datenübertragung erfolgt beispielsweise über Funk, also über das Senden und Empfangen von elektromagnetischer Strahlung.
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Die Datenkommunikationsvorrichtung dient insgesamt in einer Ausgestaltung als Anknüpfungspunkt oder -stelle in Bezug auf die Datenkommunikation für die Ankopplung der mobilen Bedieneinheit an die der Datenkommunikation dienenden Peripherie des Feldgeräts.
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Weiterhin werden Daten zwischen der Datenkommunikationsvorrichtung und einer Pfortenvorrichtung übertragen und insbesondere entsprechend empfangen. Für die Kommunikation der Daten ist in einer Ausgestaltung immer nur eine Richtung vorgesehen. In einer weiteren Ausgestaltung ist auch die bidirektionale Datenübertragung realisiert, d. h. die Datenkommunikationsvorrichtung und die Pfortenvorrichtung tauschen in beide Richtungen Daten aus, sind also sowohl Sender als auch Empfänger in Bezug aufeinander.
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Die Pfortenvorrichtung ist dabei in einer Ausgestaltung insbesondere für die Konvertierung der Daten zwischen unterschiedlichen Datenprotokollen vorgesehen. Dies bezieht sich insbesondere auf die über eine Eingangsschnittstelle und gemäß einem Protokoll empfangenen Daten, die entsprechend in ein anderes Protokoll übersetzt und über eine Ausgangsschnittstelle weitergereicht werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Pfortenvorrichtung für die Überwachung und Regulierung des Datenverkehrs vorgesehen. Durch sie kann in dieser besagten Ausgestaltung also auch der Datenzugriff auf das Feldgerät erlaubt oder verboten werden.
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Schließlich werden Daten zwischen der Pfortenvorrichtung und einer Übertragungsvorrichtung des Feldgeräts übermittelt, also von einer Vorrichtung ausgegeben und von der anderen Vorrichtung empfangen. Auch hier ist die Datenrichtung in einer Ausgestaltung nur von der einen zur anderen Komponente und in einer anderen Ausgestaltung findet der Datenfluss bidirektional statt.
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Für die Datenkommunikation werden also nach dem Laden und Aktivieren oder dem Aktivieren eines bereits vorhandenen Anwendungsprogramms Daten entweder in folgender Richtung übertragen: von der mobilen Bedieneinheit an die Datenkommunikationsvorrichtung, von der Datenkommunikationsvorrichtung an die Pfortenvorrichtung und von der Pfortenvorrichtung an die Übertragungsvorrichtung des Feldgeräts. Oder Daten werden umgekehrt übertragen: vom Feldgerät über die Übertragungsvorrichtung an die Pfortenvorrichtung und von der Pfortenvorrichtung über die Datenkommunikationsvorrichtung an die mobile Bedieneinheit. Daten können jedoch je nach Ausgestaltung und Anwendung auch in beide Richtungen übertragen werden. Zudem werden ggf. Daten zwischen den Komponenten zwischen der mobilen Bedieneinheit und dem Feldgerät noch zusätzlich in entgegengesetzte Richtung übertragen, z. B. in der Art einer Rückfrage, ob Daten richtig empfangen worden sind.
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In einer Ausgestaltung ist die Übertragungsvorrichtung des Feldgeräts eine spezielle Schnittstelle zur Datenübertragung zusätzlich zu einer normalen Standardschnittstelle des Feldgerätes. Eine Standardschnittstelle ist beispielsweise eine 4...20 mA-Schnittstelle, eine HART-Schnittstelle oder eine andere im Bereich der Prozessautomatisierung übliche Schnittstelle.
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Alternativ oder ergänzend ist in einer Ausgestaltung ebenfalls die Übertragungsvorrichtung zumindest ein Teil einer solchen Standardschnittstelle oder ist die Übertragungsvorrichtung eine Standardschnittstelle.
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Die Übertragungsvorrichtung ist in einer Ausgestaltung innerhalb des Feldgeräts angeordnet und ist in einer ergänzenden Ausgestaltung durch eine Komponente des Feldgeräts realisiert. Die Art der Anordnung und die Art der Verbindung wirken sich entsprechend auch auf die Art der Datenkommunikation bzw. des entsprechend verwendeten Protokolls aus.
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Bei den jeweils zwischen den oben beschriebenen Komponenten zwischen der mobilen Bedieneinheit und dem Feldgerät übertragenen Daten handelt es sich in einer Ausgestaltung jeweils um die - zumindest inhaltlich - gleichen Daten.
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In einer weiteren Ausgestaltung handelt es sich um zumindest teilweise unterschiedliche Daten, da beispielsweise zwischen den einzelnen Komponenten Veränderungen an den Daten vorgenommen werden oder z. B. ausgehend von den jeweils empfangenen Daten andere Daten in Abhängigkeit davon übermittelt werden oder mehrere Daten gesammelt und dann erst gebündelt weitertransferiert werden.
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Insgesamt werden Daten zwischen der mobilen Bedieneinheit und der Datenkommunikationsvorrichtung, zwischen der Datenkommunikationsvorrichtung und der Pfortenvorrichtung und zwischen der Pfortenvorrichtung und der Übertragungsvorrichtung des Feldgeräts übertragen. Dabei findet die Datenübertragung in wenigstens einem und vorzugsweise in allen Fällen in jeweils beide Richtungen, d. h. bidirektional statt.
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Die Datenübertragungen erlauben damit eine Übertragung von Daten zwischen der mobilen Bedieneinheit und dem Feldgerät, jeweils initiiert, unterstützt oder zumindest vermittels des Anwendungsprogramms auf der mobilen Bedieneinheit.
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Durch die Ausgestaltung der Komponenten - wie z. B. gemäß den folgenden Ausgestaltungen - ist es möglich, auf die besonderen Anforderungen und Herausforderungen der Datenkommunikation im Prozess und mit einem dort installierten Feldgerät einzugehen.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass für die Datenkommunikation zwischen der mobilen Bedieneinheit und der Datenkommunikationsvorrichtung ein Datenprotokoll verwendet wird. Das Datenprotokoll ist dabei grundlegend davon abhängig, ob die Kommunikation beispielsweise über ein Kabel oder kabellos, z. B. über Funk erfolgt. Weiterhin ist das Datenprotokoll auch von den jeweiligen Schnittstellen abhängig, über welche die miteinander Daten austauschenden Komponenten verfügen.
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In der vorgenannten Ausgestaltung wird weiterhin für die Datenkommunikation zwischen der Übertragungsvorrichtung des Feldgeräts und der Pfortenvorrichtung ein zweites Datenprotokoll verwendet. Dabei unterscheiden sich das erste Datenprotokoll und das zweite Datenprotokoll voneinander.
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In dieser Ausgestaltung werden also zwischen der mobilen Bedieneinheit und der Datenkommunikationsvorrichtung und zwischen der Übertragungsvorrichtung und der Pfortenvorrichtung zwei unterschiedliche Datenprotokolle verwendet.
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In einer Ausgestaltung unterscheiden sich das erste und das zweite Datenprotokoll zumindest darin, dass die Datenübertragung über unterschiedliche Medien erfolgt - also einmal kabelgebunden und einmal kabellos.
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In einer weiteren Ausgestaltung, die die vorausgehende Ausgestaltung ergänzt bzw. alternativ dazu ist, unterscheiden sich die Datenprotokolle prinzipiell hinsichtlich der Datenverpackung bzw. -aufbereitung.
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Beispielsweise bezieht sich ein Datenprotokoll auf eine WLAN- oder eine Ethernet-Kommunikation und ein anderes Datenprotokoll auf eine Profibus PA- oder eine Zigbee-Kommunikation.
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In einer weiteren Ausgestaltung ergibt sich ein Datenprotokoll dadurch, dass die miteinander kommunizierenden Komponenten fest miteinander verbunden sind, so dass die Daten z. B. direkt in digitaler oder analoger Form, z. B. als Strom- oder Spannungssignal, zwischen den Komponenten übermittelt werden.
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In einer Ausgestaltung wird als mobile Bedieneinheit ein Gerät aus dem Bereich der Consumer-Elektronik verwendet. So handelt es sich beispielsweise um einen Laptop, ein Tablett oder ein Smartphone. Damit geht einher, dass solche Bedieneinheiten dem Benutzer auch die entsprechenden Möglichkeiten und Vorteile, die im Verbraucher-Bereich oft üblich sind, zur Verfügung stellen.
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Als Feldgerät wird ein Gerät aus dem Bereich der Industrie-Elektronik verwendet, das auch die dortigen Anforderungen erfüllt.
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In dieser Ausgestaltung werden also für die Datenkommunikation ein Gerät aus der Consumer-Elektronik und ein Gerät aus der Industrie-Elektronik miteinander verbunden bzw. über eine Bedieneinheit aus dem Bereich der Consumer-Elektronik wird der Zugriff auf das Feldgerät der Industrie-Elektronik realisiert.
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Diese Zusammenführung von Geräten aus unterschiedlichen Anwendungs-Welten und Technologie- bzw. Elektronikbereichen wird durch die dazwischengeschalteten Komponenten - Datenkommunikationsvorrichtung, Pfortenvorrichtung und Übertragungsvorrichtung - ermöglicht. Umgekehrt erlauben diese Komponenten auch die Regelung oder Kanalisierung der Datenübertragung zwischen den Geräten, die teilweise unterschiedlichen Sicherheitsstandards entsprechen.
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Ein Vorteil bei der Verwendung einer mobilen Bedieneinheit aus dem Bereich der Consumer-Elektronik ist, dass so das Bedienpersonal auf das Wissen und die Erfahrung aus dem eher alltäglichen Umgang zurückgreifen kann.
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In einer Ausgestaltung wird insbesondere die mobile Bedieneinheit aus dem Bereich der Consumer-Elektronik mit den dort üblichen Betriebssystemen und Programmen verwendet. Bei Betriebssystemen ist dabei an Linux, Unix, Windows, Android oder Mac OS oder die Entsprechungen für Smartphones zu denken.
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In einer Ausgestaltung erlaubt beispielsweise auch das Anwendungsprogramm, dass die auf der mobilen Bedieneinheit vom Feldgerät empfangenen Daten mit den aus dem Bereich der Consumer-Elektronik bekannten Programmen darstellbar und/oder bearbeitbar sind. Dies bezieht sich beispielsweise auf Text-, Tabellenkalkulation- oder Graphik-Programme.
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So sieht es auch eine Ausgestaltung vor, dass das erste Datenprotokoll aus dem Bereich der Anwendung von Consumer-Elektronik und dass das zweite Datenprotokoll aus dem Bereich der Anwendung von Industrie-Elektronik entnommen wird.
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Das erste Datenprotokoll bezieht sich dabei auf WLAN-, Ethernet- oder http-Kommunikationen. Das zweite Datenprotokoll ist z. B. nach dem Modbus-Standard, Profibus PA, Fieldbus Foundation usw. ausgeführt.
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Gemäß einer weiteren Lehre wird eine Kommunikationsanordnung beschrieben, die zumindest dadurch gekennzeichnet ist, dass auf die mobile Bedieneinheit mindestens ein Anwendungsprogramm ladbar und/oder auf der mobilen Bedieneinheit mindestens ein Anwendungsprogramm aktivierbar ist, dass mindestens eine Datenkommunikationsvorrichtung zum Übertragen von Daten an die mobile Bedieneinheit und/oder zum Empfangen von Daten von der mobilen Bedieneinheit vorgesehen ist, dass mindestens eine Pfortenvorrichtung zum Übertragen von Daten an die Datenkommunikationsvorrichtung und/oder zum Empfangen von Daten von der Datenkommunikationsvorrichtung vorgesehen ist und dass das Feldgerät über mindestens eine Übertragungsvorrichtung zum Übertragen von Daten an die Pfortenvorrichtung und/oder zum Empfangen von Daten von der Pfortenvorrichtung verfügt.
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Unter einer Kommunikationsanordnung sei dabei eine Anordnung verstanden, die sich zumindest für eine gewisse Zeit ergibt, wenn über eine mobile Bedieneinheit auf ein Feldgerät zugegriffen, d. h. wenn ein Datentransfer stattfinden soll.
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Einer Kommunikationsanordnung ergibt sich insbesondere im direkten Umfeld des Feldgeräts, so dass beispielsweise sogenannte Nahfelddatenprotokolle verwendbar sind bzw. dass die mobile Bedieneinheit auch direkt über ein Kabel mit dem Feldgerät verbunden werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung ergibt sich die Kommunikationsanordnung über größere Abstände, indem beispielsweise weitere Komponenten oder z. B. sogenannte Router zur Datenübertragung verwendet werden.
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In einer Ausgestaltung wird ein sogenanntes Ad-hoc-Netz geformt, dass die Kommunikationsanordnung bildet und daher auch größere Abstände zwischen der mobilen Bedieneinheit und dem Feldgerät erlaubt.
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Weiterhin können in die Kommunikationsanordnung auch mehrere Feldgeräte eingebunden sein bzw. alternativ oder ergänzend sind mehrere mobile Bedieneinheiten an einer Kommunikationsanordnung beteiligt.
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Die Kommunikationsanordnung umfasst zumindest die mobile Bedieneinheit, eine Datenkommunikationsvorrichtung, eine Pfortenvorrichtung und eine Übertragungsvorrichtung des Feldgeräts. Über diese Komponenten werden Daten zumindest in eine Richtung und vorzugsweise auch in beide Richtungen übertragen. Insgesamt wird jedoch realisiert, dass Daten zumindest von der mobilen Bedieneinheit zum Feldgerät oder vom Feldgerät zur mobilen Einheit gelangen.
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Der Begriff Daten sei dabei weit verstanden, so handelt es sich beispielsweise um Mess- oder Steuerdaten, um Parameterwerte, um Identifikationsdaten, um Soft- oder Firmware usw.
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Die Datenkommunikationsvorrichtung, die Pfortenvorrichtung und die Übertragungsvorrichtung sind dabei je nach Ausgestaltung in gemeinsamen Vorrichtungen gruppiert bzw. sind unterschiedliche Funktionalitäten einer Einheit.
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In einer Ausgestaltung ist insbesondere die Übertragungsvorrichtung eine Art Schnittstelle des Feldgeräts und gehört damit auch direkt zum Feldgerät.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst beispielsweise das Feldgerät die Datenkommunikationsvorrichtung, die Pfortenvorrichtung und die Übertragungsvorrichtung, wobei dies in einer Ausgestaltung durch teilweise von einander reversibel trennbare Komponenten realisiert ist.
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In einer Ausgestaltung bilden die Datenkommunikationsvorrichtung und die Pfortenvorrichtung, die einerseits mit der mobilen Bedieneinheit und andererseits über die Übertragungsvorrichtung mit dem Feldgerät kommunizieren, eine gemeinsame Vorrichtung.
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Erfindungsgemäß sind Komponenten eines zweiten Feldgeräts an der Kommunikationsanordnung funktional beteiligt, in der die mobile Bedieneinheit mit dem ersten und eigentlichen Feldgerät Daten kommuniziert.
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So ist erfindungsgemäß die Pfortenvorrichtung zugehörig zu einem zusätzlichen und hier hilfsweise eingebundenen Feldgerät, das durch seine Pfortenvorrichtung die Kommunikation zwischen der mobilen Bedieneinheit und dem eigentlichen Feldgerät ermöglicht.
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In einer anderen nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung verfügt die mobile Bedieneinheit über die Datenkommunikationsvorrichtung und/oder die Pfortenvorrichtung.
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In einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind die Datenkommunikationsvorrichtung und/oder die Pfortenvorrichtung fest integrierte Bestandteile der mobilen Bedieneinheit.
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In einer alternativen Ausgestaltung sind/ist zumindest die Datenkommunikationsvorrichtung und/oder die Pfortenvorrichtung temporär mit der mobilen Bedieneinheit verbindbar. Bei der letzten Ausgestaltung wird beispielsweise eine mobile Bedieneinheit über das Ankoppeln von Datenkommunikationsvorrichtung und/oder Pfortenvorrichtung zu einer mobilen und vorzugsweise tragbaren Vorrichtung, die je nach Ausgestaltung direkt mit einer Übertragungsvorrichtung des Feldgeräts in Verbindung treten kann.
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Über die vorgenannten Komponenten werden Daten zumindest in eine Richtung und vorzugsweise auch in beide Richtungen übertragen. Insgesamt wird jedoch realisiert, dass Daten zumindest von der mobilen Bedieneinheit zum Feldgerät oder vom Feldgerät zur mobilen Einheit gelangen.
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Für die Datenkommunikation können zum einen unterschiedliche Trägerformen (also z. B. kabelgebunden oder kabellos oder über ein Spannungs- oder Stromsignal oder über elektromagnetische Signale in beliebigen Frequenzbereichen) verwendet werden. Zum anderen können auch unterschiedliche Arten der Datenaufbereitung bzw. der Datenvermittlung zur Anwendung kommen. Letzteres bezieht sich auf die sogenannten Protokolle.
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Daher sieht es eine Ausgestaltung vor, dass die mobile Bedieneinheit und die Datenkommunikationsvorrichtung für die Datenkommunikation ein erstes Datenprotokoll verwenden und dass die Übertragungsvorrichtung des Feldgeräts und die Pfortenvorrichtung für die Datenkommunikation ein zweites Datenprotokoll verwenden, wobei sich das erste Datenprotokoll und das zweite Datenprotokoll voneinander unterscheiden.
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In einer Ausgestaltung unterscheiden sich das erste und das zweite Datenprotokoll dadurch voneinander, dass sie sich auf unterschiedliche Übertragungsmedien (z. B. Kabel und über Funk) beziehen.
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In einer weiteren Ausgestaltung, die auch unabhängig von der Art und Beschaffenheit der verwendeten Komponenten bzw. Gerätschaften oder Vorrichtungen ist, ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das erste Datenprotokoll aus dem Bereich der Anwendung von Consumer-Elektronik stammt und dass das zweite Datenprotokoll aus dem Bereich der Anwendung von Industrie-Elektronik stammt.
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Im Bereich der industriellen Anwendung und im Bereich der Verbraucher- oder Consumer-Elektronik werden unterschiedliche Protokolle verwendet, die sich jeweils auf die besonderen Anforderungen oder herrschenden Standards beziehen. Dabei ist es im Allgemeinen nicht üblich, ein Protokoll in einem anderen Bereich anzuwenden. Dies liegt teilweise an den unterschiedlichen zur Verfügung stehenden Ressourcen, an den zu erreichenden Geschwindigkeiten der Datenübertragung oder an den zu erfüllenden Sicherheitskriterien.
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In der vorgenannten Ausgestaltung kommuniziert die mobile Bedieneinheit mit der Datenkommunikationsvorrichtung mit einem Datenprotokoll der Consumer-Elektronik und die Übertragungsvorrichtung des Feldgeräts und die Pfortenvorrichtung tauschen zumindest in eine Richtung oder in beide Richtungen Daten mit einem Datenprotokoll der Industrie-Elektronik aus.
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Bei dem Datenprotokoll der Industrie-Elektronik handelt es sich in einer Ausgestaltung vor allem um ein Datenprotokoll aus dem Bereich der Prozessautomatisierung.
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Da die Datenprotokolle aus unterschiedlichen Elektronik-Bereichen stammen, findet in dieser Ausgestaltung insbesondere eine Vermittlung bzw. eine Übersetzung zwischen den Protokollen im Bereich zwischen der Datenkommunikationsvorrichtung und der Übertragungsvorrichtung, also insbesondere bei der Datenkommunikationsvorrichtung und/der der Pfortenvorrichtung statt.
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In einer Ausgestaltung dient die Pfortenvorrichtung der eigentlichen Vermittlung zwischen den beiden Protokollen bzw. für die Gewährleistung der jeweils erforderlichen Rahmen- und ggf. auch Sicherheitsbedingungen.
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In einer Ausgestaltung wird der Gedanke der Verwendung unterschiedlicher Elektronikbereiche weitergeführt bzw. alternativ aufgegriffen, indem vorgesehen ist, dass die mobile Bedieneinheit ein Gerät aus dem Bereich der Consumer-Elektronik ist und dass als Feldgerät ein Gerät aus dem Bereich der Industrie-Elektronik ist.
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Im Bereich der Consumer-Elektronik sind beispielsweise Tablets, Smartphones, Palm- oder Laptops üblich. Diese zeichnen sich zumindest durch eine hohe Leistungsfähigkeit und hohen Bedienkomfort aus.
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Nachteilig - insbesondere aus der Sicht der Industrieanwendung - kann jedoch sein, dass nicht unbedingt alle Schutzklassen erfüllt sind, so z. B. die Einhaltung des Explosionsschutzes. Ursache dafür ist, dass sich auch hierin die Anforderungen für Industrie- und Verbraucheranwendungen voneinander unterscheiden.
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Daher ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die mobile Bedieneinheit für spezielle Anwendungen in eine Schutzeinheit eingebracht wird, die für die Einhaltung der im Bereich des Feldgeräts herrschenden Schutzbedingungen sorgt und die weiterhin die Bedienung der mobilen Bedieneinheit erlaubt bzw. möglichst wenig beschränkt.
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Das Feldgerät stammt umgekehrt aus dem Bereich der Industrie-Elektronik, ist also beispielsweise im Bereich der Prozessautomatisierung beheimatet.
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Dabei ist das Feldgerät entweder ein Messgerät, so dass vorzugsweise auch wenigstens eine Sensoreinheit vorgesehen ist, oder das Feldgerät ist ein sogenanntes Stellglied, über welches auf einen Prozess oder ein Medium eingewirkt werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das Feldgerät sowohl Sensor als auch Aktor.
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Gemäß einer weiteren Lehre bezieht sich die Erfindung noch auf eine Pfortenvorrichtung, die eine Datenkommunikation zwischen einer mobilen Bedieneinheit und einem Feldgerät zumindest unterstützt und/oder ermöglicht.
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Die Pfortenvorrichtung verfügt dabei über mindestens eine Eingangsschnittstelle und mindestens eine Ausgangsschnittstelle. Dabei kommuniziert - d. h. sendet bzw. empfängt - die Pfortenvorrichtung über die Eingangsschnittstelle Daten mit einem Datenprotokoll und über die Ausgangsschnittstelle mit einem anderen Datenprotokoll. Dafür sind die Schnittstellen entsprechend ausgestaltet, um Daten gemäß dem jeweiligen Protokoll zu senden bzw. zu empfangen.
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In einer Ausgestaltung funktioniert die Ausgangsschnittstelle auch als Eingangsschnittstelle und in einer weiteren Ausgestaltung dient die Eingangsschnittstelle auch als Ausgangsschnittstelle.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung verfügt die Pfortenvorrichtung insgesamt über zwei Ein-/Ausgangsschnittstellen, wobei eine erste Ein-/Ausgangsschnittstellen Daten mit dem Datenprotokoll und die zweite Ein-/Ausgangsschnittstellen Daten mit dem anderen Datenprotokoll kommuniziert, also ausgibt bzw. empfängt.
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Die Pfortenvorrichtung ist derartig ausgestaltet, dass sie Daten gemäß einem Datenprotokoll empfängt und Daten gemäß einem anderen Datenprotokoll ausgibt.
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In einer Ausgestaltung handelt es sich im Wesentlichen inhaltlich um die gleichen Daten, die also jeweils in einem anderen Format gesendet bzw. empfangen werden. Daher dient die Pfortenvorrichtung auch der Übersetzung von einem in das andere Protokoll.
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Weiterhin dient die Pfortenvorrichtung in einer Ausgestaltung der Anpassung der unterschiedlichen Anforderungen, die im Bereich der Datenübertragung mit den einzelnen Protokollen verbunden sind.
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In einer Ausgestaltung kontrolliert die Pfortenvorrichtung die Datenkommunikation zwischen den beiden Seiten, zu denen die Ein- bzw. Ausgangsschnittstelle gehören bzw. zugeordnet sind. So blockiert beispielsweise die Pfortenvorrichtung in einer Ausgestaltung die Übertragung von Daten zum Feldgerät, wenn keine entsprechende Berechtigung gegeben ist.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind die Ein- und Ausgangsschnittstelle hinsichtlich der Datenprotokolle miteinander getauscht.
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Eine Ausgestaltung bezieht sich auf die Datenprotokolle und spezifiziert sie genauer.
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So ist in dieser Ausgestaltung vorgesehen, dass das Datenprotokoll aus dem Bereich der Anwendung von Consumer-Elektronik stammt und dass das andere Datenprotokoll im Bereich der Anwendung von Industrie-Elektronik üblich ist.
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In dieser Ausgestaltung ist also vorgesehen, dass die Datenprotokolle aus Anwendungsbereichen stammen, die sich deutlich durch Ziel- und Performance-, aber auch durch Sicherheitsvorgaben voneinander unterscheiden.
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Die Pfortenvorrichtung erfüllt dabei den Zweck, zwischen den Protokollen der Consumer- und der Industrie-Elektronik zu vermitteln und für einen sauberen und zuverlässigen Datenübergang zu sorgen.
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Die Pfortenvorrichtung ist also tatsächlich auch eine Art Gate, das den Übergang zwischen unterschiedlichen Gebieten oder sogar Welten ermöglicht oder ggf. verwehrt.
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In einer Ausgestaltung erlaubt die Pfortenvorrichtung das Senden bzw. Empfangen über eine Vielzahl von unterschiedlichen Datenprotokollen.
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In einer anderen Ausgestaltung ist die Pfortenvorrichtung fest auf die zwei Datenprotokolle (also erste und zweites Datenprotokoll) fixiert.
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Weiterhin ist in einer Ausgestaltung die Pfortenvorrichtung auf ein spezifisches Feldgerät und/oder eine spezifische mobile Bedieneinheit festgelegt, so dass eine Kommunikation mit anderen Feldgeräten und/oder anderen mobilen Bedieneinheiten prinzipiell nicht möglich ist.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist für eine Datenkommunikation die Pfortenvorrichtung gesondert zu aktivieren bzw. ggf. über eine Art von Code freizuschalten.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das andere Datenprotokoll, mit dem die Pfortenvorrichtung über die Ausgangsschnittstelle kommuniziert, das oben beschriebene zweite Datenprotokoll für die Datenübertragung zwischen der Pfortenvorrichtung und der Übertragungsvorrichtung des Feldgeräts ist.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Pfortenvorrichtung mit der Eingangsschnittstelle mit einer Datenkommunikationsvorrichtung und mit der Ausgangsschnittstelle mit einer Übertragungsvorrichtung eines Feldgerätes verbindbar ist.
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Insgesamt ist die Pfortenvorrichtung eine vermittelnde Komponente für den Übergang von der Seite der mobilen Bedieneinheit zu der Seite des Feldgeräts.
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Die Bezeichnungen Aus- und Eingangsschnittstelle sind dabei in einer Ausgestaltung bezogen auf einen Moment der Datenübertragung. Werden somit in einem folgenden Moment Daten in die umgekehrte Richtung übertragen, so tauschen sich die Bezeichnungen entsprechend um.
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Schließlich ist weiterhin beschrieben ein Anwendungsprogramm, das auf der mobilen Bedieneinheit ablauffähig ist und dort dabei im Rahmen der Datenkommunikation zwischen der mobilen Bedieneinheit und einem Feldgerät aktiv ist.
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Bei dem Anwendungsprogramm handelt es sich in einer Ausgestaltung insbesondere um ein App, das beispielsweise aus einer entsprechenden Bibliothek geladen werden kann, das beispielsweise das Feldgerät zur Verfügung stellt oder das in einem Datenspeicher der mobilen Bedieneinheit hinterlegt ist.
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Die obigen Ausführungen, Ausgestaltungen und Erläuterungen bezüglich des Verfahrens bzw. der Kommunikationsanordnung bzw. der Pfortenvorrichtung oder auch das Anwendungsprogramms gelten jeweils auch entsprechenden füreinander.
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Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren, die Anordnung oder auch die Pfortenvorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Kommunikationsanordnung als Blockschaltbild,
- 2 eine schematische Darstellung von Komponenten einer Kommunikationsanordnung gemäß einer alternativen Ausgestaltung,
- 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung einer Kommunikationsanordnung,
- 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Variation der Ausführung einer Kommunikationsanordnung,
- 5 eine schematische Darstellung einer anderen Ausgestaltung einer Kommunikationsanordnung,
- 6 ein erstes Flussdiagramm für die Einleitung einer Datenkommunikation,
- 7 ein zweites Flussdiagramm für eine alternative Variante zum Einleiten einer Datenkommunikation,
- 8 eine sehr schematische Darstellung eines Anwendungsfalls für eine Datenkommunikation innerhalb einer Prozessanlage.
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In der 1 ist ein Beispiel dafür gezeigt, wie eine mobile Bedieneinheit 1 mit einem Feldgerät 2 der Prozessautomatisierung kommuniziert.
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Dafür wird in einem ersten Schritt ein Anwendungsprogramm 3 auf die mobile Einheit 1 geladen. Dieses Anwendungsprogramm 3, das beispielweise in der Form eines Apps vorliegt, dient insbesondere der Kommunikation zwischen der mobilen Bedieneinheit 1 und dem Feldgerät 2.
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Ist das Anwendungsprogramm 3 beispielsweise durch das Bedienpersonal gestartet worden, so beginnt - in der dargestellten Ausgestaltung und für den dortigen Moment - eine Datenkommunikation zwischen der mobilen Bedieneinheit 1 und einer Datenkommunikationsvorrichtung 4.
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Alternativ - und hier nicht dargestellt - ist vorgesehen, dass das Anwendungsprogramm selbststätig, z. B. über einen entsprechenden Sensor als Teil der mobilen Bedieneinheit erkennt, dass sich das Feldgerät in der Nähe befindet und dass das Anwendungsprogramm davon ausgehend automatisch mit einer Datenkommunikation oder wenigstens der grundlegenden Aufnahme einer solchen Kommunikation beginnt.
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Im hier gezeigten Fall sendet die mobile Bedieneinheit 1 Daten an die Datenkommunikationsvorrichtung 4, wobei eine kabellose Verbindung, z. B. über elektromagnetische Signale erzeugt wird.
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Die Datenkommunikationsvorrichtung 4 dient hier als Empfänger für die Signale bzw. Daten der mobilen Bedieneinheit 1 und übermittelt diese Daten an die Pfortenvorrichtung 5. Die Daten werden insbesondere von der Datenkommunikationsvorrichtung 4 an die Eingangsschnittstelle 6 der Pfortenvorrichtung 5 übertragen.
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Hierbei werden die Daten über eine Leitung zwischen der Datenkommunikationsvorrichtung 4 und der Eingangsschnittstelle 6 übertragen.
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Die Pfortenvorrichtung 5 verarbeitet die Daten und gibt sie über die Ausgangsschnittstelle 7 an die Übertragungsvorrichtung 9 des Feldgeräts 2 aus.
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Zwischen der Eingangsschnittstelle 6 und der Ausgangsschnittstelle 7 verläuft dabei eine Art von Grenze 8, die den Bereich der verwendeten Komponenten voneinander trennt.
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So befinden sich auf der Seite der Grenze 8, auf der sich die mobile Bedieneinheit 1 befindet, Komponenten, die der Consumer-Elektronik entstammen oder die für die Anwendung mit Consumer-Elektronik ausgestaltet sind.
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Auf der anderen Seite der Grenze 8 mit dem Feldgerät 2 sind Komponenten aus dem Bereich der Industrie-Elektronik und besonders der ProzessAutomatisierung in Verwendung.
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Die Komponenten auf beiden Seiten unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Möglichkeiten, Anforderungsprofile, Leistungsfähigkeit, aber auch Zuverlässigkeit oder Schutzklassen.
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Überdies werden im Allgemeinen auch unterschiedliche Datenprotokolle für die Übertragung von Daten verwendet. So sind beispielsweise 4...20mA-Signale relativ selten für die Datenkommunikation zwischen Computern zu finden.
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Zwischen den beiden Seiten bzw. Arten der Elektronikvorrichtungen steht die Pfortenvorrichtung 5 und stellt eine Übertragungsfunktion bzw. auch eine Anpassungsfunktion zwischen den beiden Seiten dar.
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Die Daten werden von der Pfortenvorrichtung 5 über die Ausgangsschnittstelle 7 - hier ebenfalls über eine Leitung - an die Übertragungsvorrichtung 9 des Feldgerätes 2 übermittelt. Die Übertragungsvorrichtung 9 ist dabei in der hier dargestellten Ausgestaltung eine Art von Schnittstelle zum Ausgeben und hier auch zum Empfangen von Signalen.
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In der gezeigten Ausgestaltung ist die Übertragungsvorrichtung 9 überdies ein Teil des Feldgerätes 2 selbst.
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Insgesamt werden Daten von der mobilen Bedieneinheit 1 an die Datenkommunikationsvorrichtung 4, von dort an die Pfortenvorrichtung 5 und von dort schließlich an die Übertragungsvorrichtung 9 und damit in der gezeigten Ausgestaltung letztendlich an das Feldgerät 2 selbst übertragen.
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Die Wege der Daten zwischen den Komponenten - mobile Bedieneinheit 1, Datenkommunikationsvorrichtung 4, Pfortenvorrichtung 5, Übertragungsvorrichtung 9 und Feldgerät 2 - sind hier nur in einer Richtung verlaufend beschrieben. Die Daten werden jedoch vorzugsweise auch bidirektional übermittelt. Damit geht dann beispielweise auch einher, dass die Pfortenvorrichtung 5 über zwei Ein-/Ausgangsschnittstellen 6, 7 verfügt.
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Für die Kommunikation der Daten werden weiterhin jeweils entsprechende Datenprotokolle verwendet.
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In Bezug auf die Grenze 8 und die damit verbundenen unterschiedlichen Elektronik-Komponenten auf den beiden Seiten ist auch vorgesehen, dass zwischen der mobilen Bedieneinheit 1 und der Datenkommunikationsvorrichtung 4 ein erstes Datenprotokoll 10 und zwischen der Pfortenvorrichtung 6 und der Übertragungsvorrichtung 9 ein zweites Datenprotokoll 11 zur Anwendung kommt.
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Dabei unterscheiden sich die zwei Datenprotokolle 10, 11 voneinander und zwar nicht nur in Bezug darauf, dass einmal eine kabellose (erstes Datenprotokoll 10) und einmal eine kabelgeführte Art (zweites Datenprotokoll 11) der Kommunikation zur Anwendung kommt.
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Die zwei Datenprotokolle 10, 11 unterscheiden sich weiterhin dadurch voneinander, dass sie Standard bei der Anwendung von der Art von Elektronik-Komponenten sind, auf deren Seite relativ zur Grenze 8 sie sich befinden.
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So ist das erste Datenprotokoll 10 üblich für die Anwendung von Consumer-Elektronik, z. B. Bluetooth oder WLAN. Das zweite Datenprotokoll 11 dahingegen ist üblich bei der Industrie-Elektronik und ist hier beispielsweise üblich für HART- oder 4...20 mA-Signale.
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Insgesamt bilden die mobile Bedieneinheit 1, die Datenkommunikationsvorrichtung 4, die Pfortenvorrichtung 5, die Übertragungsvorrichtung 9 und das Feldgerät 2 eine Kommunikationsanordnung 12, durch die hier insbesondere eine Grenze 8 verläuft, die sich auf die Geräte- und Anwendungsbereiche bezieht, aus denen die verwendeten Komponenten entnommen sind.
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Ein Vorteil stellt sich insbesondere dadurch ein, dass die mobile Bedieneinheit 1 aus dem Bereich der Consumer-Elektronik stammt und dass daher für den Benutzer bzw. das Bedienpersonal eine größere Bandbreite an verfügbaren Geräten als Endgeräten zur Verfügung steht. Dazu kommt noch der Vorteil, dass die Benutzung auch über Programme möglich wird, die der Benutzer aus der normalen und nicht Industrie- oder Prozessautomatisierungsanwendung her kennt und gewohnt ist.
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Die Pfortenvorrichtung 5 kommuniziert über die Eingangsschnittstelle 6 mit der Datenkommunikationsvorrichtung 4 zudem über ein Datenprotokoll 13, das ebenfalls dem Bereich der Anwendung der Consumer-Elektronik entlehnt ist und das deshalb auch unterschiedlich zu dem zweiten Datenprotokoll 11 ist.
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In der gezeigten Ausgestaltung unterscheiden sich zudem das Datenprotokoll 13 und das erste Datenprotokoll 10 voneinander, wobei - abgesehen von der Funk- bzw. Kabelübertragung - auch eine andere Kodierung der Daten vorgesehen ist.
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Das Feldgerät 2 verfügt - zusätzlich zu der als Schnittstelle ausgeführten Übertragungsvorrichtung 9 - noch über eine Standardschnittstelle 14.
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Die Standardschnittstelle 14 bezieht sich dabei auf einen der Standards, die im Bereich der Feldgeräte bzw. der Prozessautomatisierung bzw. der Industrie-Elektronik üblich sind.
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Hier handelt es sich insbesondere um eine sogenannte Zweileiterschnittstelle, welche eine Datenübertragung in Form der Stromstärke erlaubt.
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Die mobile Bedieneinheit 1 ist mit einer Speichereinheit 15 versehen, in der je nach Anwendung Daten abgespeichert werden können, die vom Feldgerät 2 ausgegeben worden sind.
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In einer anderen Ausgestaltung sind unterschiedliche Anwendungsprogramme 3 in der Speichereinheit 15 abgelegt, die passend zu unterschiedlichen Feldgeräten 2 aktiviert werden.
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In einer anderen Anwendung sind in der Speichereinheit 15 Daten in Form von Parametern oder Software vorhanden, die in das Feldgerät 2 zu übertragen sind.
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In einer Ausgestaltung umfasst die Speichereinheit 15 Kalibrierungsdaten, die in das Feldgerät 2 eingespielt werden, so dass das Feldgerät 2 z. B. Messdaten soweit fertig aufbereiten kann, dass die ermittelten Werte direkt an eine Leitwarte übermittelt werden können, ohne dass eine weitere Verarbeitung der Werte oder eine besondere Aufarbeitung notwendig wären.
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In der 2 ist ein Feldgerät 2 gezeigt, bei welchem es sich um ein Messgerät zur Abstands- bzw. Füllstandsbestimmung handelt. Hierfür ist eine Antenne vorgesehen.
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Das Feldgerät 2 verfügt über einen Datenspeicher 16, in dem aktuelle und alte Messdaten als sogenannte Historiendaten abgelegt werden.
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In dem Feldgerät 2 befinden sich die Übertragungsvorrichtung 9 und direkt damit verbunden die Pfortenvorrichtung 5. Damit geht einher, dass auch die Grenze 8 zwischen dem Bereich der Consumer- und der Industrie-Elektronik durch das Feldgerät 2 selbst verläuft.
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Das gezeigte Feldgerät 2 empfängt daher über die Eingangsschnittstelle 6 der Pfortenvorrichtung 5 und dadurch gleichzeitig auch über die Eingangsschnittstelle 6 des Feldgeräts 2 auch Daten mit einem Datenprotokoll, das im Bereich der Anwendung der Consumer-Elektronik üblich ist (z. B. WLAN, Ethernet, Bluetooth).
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Die Verbindung zwischen der Übertragungsvorrichtung 9 und der Ausgangsschnittstelle 7 der Pfortenvorrichtung 5 ist über unmittelbare Kontaktierung realisiert.
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Zusätzlich zu der Ausgangsschnittstelle 6, die eine Kommunikation mit einem Datenprotokoll der Consumer-Elektronik erlaubt, verfügt das Feldgerät 2 auch über die Standardschnittstelle 14 aus dem Bereich der Industrie-Elektronik bzw. speziell der Prozessautomatisierung.
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Das Feldgerät 2 ist also mit zwei unterschiedlichen Schnittstellen 6, 14 für die Ausgabe und insbesondere auch das Empfangen von Daten versehen.
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Zu der Datenkommunikationsvorrichtung 4 besteht von der Eingangsschnittstelle 6 aus, die hier insbesondere auch eine bidirektionale Datenübertragung erlaubt, eine Verbindung über eine elektrische Leitung, über die die Daten in Form eines Datenprotokolls aus der Consumer-Elektronik übertragen werden.
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Die Datenkommunikationsvorrichtung 4 kommuniziert kabellos über Funk mit der - hier nicht dargestellten - mobilen Bedieneinheit.
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Das Feldgerät 2 der 3 ist über die Standardschnittstelle 14 direkt mit einem Feldbus 17 verbunden und kommuniziert unmittelbar mit einer - hier nicht dargestellten - Leitwarte.
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Das Feldgerät 2 umfasst die Übertragungsvorrichtung 9, die hier durch eine Komponente des Feldgeräts 2 realisiert und ausgeführt ist.
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Es handelt sich dabei beispielsweise um einen Mikroprozessor, der von der ebenfalls in dem Feldgerät 2 integrierten Pfortenvorrichtung 5 Daten empfängt bzw. über die entsprechende Schnittstelle 7 an die Pfortenvorrichtung 5 übergibt.
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Die Ein- 6 und Ausgangsschnittstellen 7 der Pfortenvorrichtung 5 erlauben bei der dargestellten Ausgestaltung also vorzugsweise eine Datenübertragung in beide Richtungen und sind deshalb auch Ein-/Ausgangsschnittstellen.
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Insbesondere die Ausgangsschnittstelle 7 ist in der gezeigten Ausgestaltung eine elektrische Kontaktierung, über die eine Verbindung zwischen der Pfortenvorrichtung 5 und der Übertragungsvorrichtung 9 besteht.
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Die Eingangsschnittstelle 6 und die Datenkommunikationsvorrichtung 4 fallen zu einer Komponente zusammen, so dass die Pfortenvorrichtung 5 über die Datenkommunikationsvorrichtung 4 als Schnittstelle 6 verfügt.
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Die Komponenten für die Datenübertragung und für die Realisierung der Kommunikationsanordnung 12 - Datenkommunikationsvorrichtung 4, Pfortenvorrichtung 5 und Übertragungsvorrichtung 9 - sind hier kompakt im Feldgerät 2 untergebracht und zwischen den Komponenten findet lediglich eine interne Kommunikation statt.
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Das Feldgerät 2 ist hier als Stellglied - bzw. speziell als Ventil - ausgestaltet und erlaubt eine Kommunikation über ein Protokoll der Consumer-Elektronik mit einer mobilen Bedieneinheit 1.
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In der 4 ist das Feldgerät 2 als Messgerät ausgestaltet und dient der Analyse von - hier nicht dargestellten - Medien, z. B. durch die Bestimmung des pH-Werts. Die bereits vollständig aufbereiteten Messdaten werden dabei über die Standardschnittstelle 14 und den Feldbus 17 unmittelbar an eine - hier nicht dargestellte - Leitwarte übermittelt.
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In der dargestellten Kommunikationsanordnung 12 bilden die Datenkommunikationsvorrichtung 4 und die Pfortenvorrichtung 5 eine Einheit, durch die damit auch die Grenze 8 zwischen Consumer-Elektronik (insbesondere die mobile Bedieneinheit 1) und der Industrie-Elektronik (insbesondere das Feldgerät 2) verläuft.
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Die Eingangsschnittstelle 6 der Pfortenvorrichtung 5 ist dabei insgesamt auch die Schnittstelle der Einheit aus Datenkommunikationsvorrichtung 4 und Pfortenvorrichtung 5, zu der die mobile Bedieneinheit 1 Daten überträgt (hier durch die Wellen angedeutet) bzw. von der die mobile Bedieneinheit 1 vorzugsweise auch Daten empfängt.
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Auf der anderen Seite ist die Ausgangsschnittstelle 7 vorgesehen, über die von der Pfortenvorrichtung 5 Daten an die Übertragungsvorrichtung 9 übermittelt werden bzw. über die die Pfortenvorrichtung 5 in umgekehrter Richtung auch Daten von der Übertragungsvorrichtung 9 und damit von dem Feldgerät 2 empfängt.
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In der gezeigten Ausgestaltung beziehen sich das erste Datenprotokoll 10 und das zweite Datenprotokoll 11 jeweils auf eine kabellose Datenübertragung.
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Dabei fallen auch das Datenprotokoll 13, mit dem die Pfortenvorrichtung 5 Daten über die Eingangsschnittstelle 6 überträgt bzw. empfängt mit dem ersten Datenprotokoll 10 zusammen. Gleichzeitig ist das andere Datenprotokoll zur Ausgabe von Daten über die Ausgangsschnittstelle 7 gleich dem zweiten Datenprotokoll 11.
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Die gesamte Anordnung ist in der gezeigten Ausgestaltung also durch die Reduktion der Anzahl der beteiligten Komponenten deutlich vereinfacht.
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Durch die teilweise symmetrische Anordnung wird auch deutlich, dass die Pfortenvorrichtung 5 für die Trennung zwischen den zwei Bereichen und daher auch der Konvertierung der Daten zwischen den unterschiedlichen Protokollen dient.
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In der 5 ist eine Kommunikationsanordnung 12 gezeigt, bei der zusätzlich zu dem Feldgerät 2 noch ein weiteres Feldgerät 18 vorhanden ist.
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Diesem weiteren Feldgerät 18 sind eine Datenkommunikationsvorrichtung 4 und eine Pfortenvorrichtung 5 zugeordnet, so daß eine Kommunikation mit der Übertragungsvorrichtung 9 des weiteren Feldgeräts 18 - wie beispielsweise in der 1 dargestellt - stattfinden kann.
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In dem dargestellten Fall der 5 soll jedoch eine Datenkommunikation zwischen der mobilen Bedieneinheit 1 und dem eigentlichen Feldgerät 2 realisiert werden.
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Daher wird hier die Kommunikationsanordnung 12 über die Datenkommunikationsvorrichtung 4 und die Pfortenvorrichtung 5 des weiteren Feldgeräts 18 erzeugt.
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Einen Verlauf von Daten über diese Kommunikationsanordnung 12, die gleichsam einen Umweg nimmt, weil ein direkter Weg nicht gegeben ist, verdeutlich die 5 über die Wellensignale.
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Die mobile Bedieneinheit 1 sendet daher Daten über die Datenkommunikationsvorrichtung 4 und die Pfortenvorrichtung 5, die dem weiteren Feldgerät 18 zugeordnet sind.
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Dann werden jedoch die Daten von der Pfortenvorrichtung 5 nicht an die Übertragungsvorrichtung 9 des weiteren Feldgeräts 18, sondern an die Übertragungsvorrichtung 9 des Feldgeräts 2, in dessen Nähe sich auch die mobile Bedieneinheit 1 befindet, gesendet, wobei das zweite Datenprotokoll 11 angewendet wird.
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Um diese Orientierung der Signalübertragung zu gewährleisten, kodiert in einer Ausgestaltung die mobile Bedieneinheit 1 die zu übertragenden Daten mit einem Code für das Feldgerät 2, für welches die Daten bestimmt sind.
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So versendet die Pfortenvorrichtung 5 beispielsweise die Daten so, dass sie nur von dem ausgewählten Feldgerät 2 interpretiert werden können, indem eine Verschlüsselung angewendet wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung werden für die einzelnen Feldgerät 2, 18 unterschiedliche Frequenzbereiche verwendet.
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Eine solche Überbrückung, indem Komponenten von anderen Feldgeräten 18 verwendet werden, ermöglicht je nach Anwendungsfall auch Kommunikationsanordnungen über größere Entfernungen hinweg oder erlaubt auch in dem Fall, dass Komponenten für die Datenkommunikation eines Feldgerätes defekt sind, dass dennoch eine Kommunikationsanordnung erzeugt werden kann.
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Die Einbindung von weiteren Komponenten wie beispielsweise - hier nicht dargestellten - Routern zur Übertragung der Daten ist ebenfalls möglich.
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Solche Umleitungen können auch in solchen Fällen hilfreich sein, in denen beispielsweise das zu kontaktierende Feldgerät sich außerhalb der Reichweite des Bedienpersonals oder an sehr schwer zugänglichen Stellen befindet.
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In der 6 ist ein Ablaufplan für den Aufbau einer Datenkommunikation zwischen einer mobilen Bedieneinheit und einem Feldgerät dargestellt, wobei hier insbesondere eine Variante beschrieben werden soll, durch die die mobile Bedieneinheit das Anwendungsprogramm - also beispielsweise das App - für die Datenkommunikation erhält.
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In dem ersten Schritt 100 wird die mobile Bedieneinheit in die Nähe des relevanten Feldgeräts gebracht. Die mobile Bedieneinheit verfügt dabei über eine rudimentäre Form eines Anwendungsprogramms, um wenigstens einen ersten, grundlegenden Datenkontakt mit dem Feldgerät aufnehmen zu können.
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Im Schritt 101 sendet die mobile Bedieneinheit über die Datenkommunikationsvorrichtung, die Pfortenvorrichtung und die Übertragungsvorrichtung eine Anfrage an das Feldgerät.
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In einer Ausgestaltung wird die Anfrage unter Ausnutzung der RFID-Technologie realisiert und zwar dergestalt, dass das Feldgerät einen RFID-Transponder der mobilen Bedieneinheit in seiner Nähe erkennt und dies als Anfrage interpretiert.
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Diese Anfrage wird in einer Ausgestaltung von der Pfortenvorrichtung und einer anderen Ausgestaltung vom Feldgerät im Schritt 102 überprüft.
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Es wird also beispielsweise festgestellt, ob die mobile Bedieneinheit für eine Datenkommunikation zulässig ist oder ob mit dieser Bedieneinheit überhaupt Daten ausgetauscht werden können.
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In einer Variante ist auch vorgesehen, dass mit der Anfrage ein Zugangscode zu dem Feldgerät übermittelt wird, über den gewährleistet wird, dass nur eine berechtigte Person auf das Feldgerät zugreift.
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Im Schritt 103 übermittelt das Feldgerät - bei erfolgreicher Prüfung - das erforderliche Anwendungsprogramm für die eigentliche Datenkommunikation zwischen der mobilen Bedieneinheit und dem Feldgerät.
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In einer Ausgestaltung ist im Schritt 103 auch vorgesehen, dass das Feldgerät die mobile Bedieneinheit mit Energie versorgt, die von der mobilen Bedieneinheit beispielsweise in einem Akkumulator gesammelt wird.
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In einer anderen Ausgestaltung erwidert die mobile Bedieneinheit den Empfang des Anwendungsprogramms, indem die Bedieneinheit das Feldgerät mit einer Energiemenge versorgt, die den erhöhten Bedarf an Energie für die sich anschließende Datenkommunikation ausgleicht.
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Im Schritt 104 wird vom Benutzer an der mobilen Bedieneinheit das App gestartet.
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Im Schritt 105 findet dann die Datenkommunikation statt, die je nach Anwendung beispielsweise darin besteht, Daten aus dem Feldgerät in die mobile Bedieneinheit auszulesen, oder darin, Parameter in das Feldgerät einzuspielen.
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In der weiteren Ausgestaltung gemäß der 7 verfügt die mobile Bedieneinheit über eine Bibliothek von Anwendungsprogrammen.
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Daher wird im ersten Schritt 106 ebenfalls die mobile Bedieneinheit in die Nähe des Feldgerätes gebracht oder zumindest für die Kommunikation mit einem speziellen Feldgerät ausgerichtet.
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Da das Anwendungsprogramm jedoch bereits auf der mobilen Bedieneinheit vorliegt, kann sogleich im Schritt 107 das Anwendungsprogramm vom Nutzer gestartet werden, so dass auch daran anschließend im Schritt 108 die Datenkommunikation erfolgen kann.
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In einer ergänzenden - hier nicht dargestellten - Ausgestaltung erlangt die mobile Bedieneinheit das Anwendungsprogramm über einen Link, der den Download über eine Internet-Verbindung erlaubt.
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Hierfür zeigt das Feldgerät beispielsweise nach der ersten Kontaktierung und nach einer passenden Identifizierung der mobilen Bedieneinheit bzw. der Bedienperson die entsprechende Internetadresse oder die erforderlichen Download-Parameter auf einem Display an.
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Eine solche Internet-Verbindung, die bei vielen mobilen Bedieneinheiten der Consumer-Elektronik üblich ist, ist ein weiterer großer Vorteil, der sich durch die Verknüpfung einer solchen Bedieneinheit - z. B. eines Tablets oder eines Smartphones - für die Datenkommunikation mit einem Feldgerät ergibt.
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Das Anwendungsprogramm - das App - dient dabei beispielweise der Datenkommunikation, sorgt für die Umwandlung der Daten, realisiert den passenden Zugang zum jeweiligen Feldgerät und/oder ermöglicht die dem Feldgerät angemessene Darstellung von Werten oder Parametern usw.
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In einer weiteren Ausgestaltung bietet das Anwendungsprogramm auch eine spezielle Bedienungsoberfläche. Alternativ oder ergänzend werden die vom Feldgerät empfangenen oder dorthin zu sendenden Daten für die leichtere Bedienbarkeit aufbereitet bzw. wird die Kommunikation für das Bedienpersonal insgesamt einfacher und übersichtlicher gestaltet.
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Das Anwendungsprogramm hilft in einer Ausgestaltung auch dafür, dass die Datenkommunikation mit einem Touchscreen erfolgen kann.
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In der 8 ist eine Prozessanlage 19 angedeutet, innerhalb der sich eine Bedienperson 20 mit einer mobilen Bedieneinheit 1 in Form eines Laptops befindet.
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Diese Bedienperson 20 kommuniziert über hier drei Anwendungsprogramme 3 mit drei unterschiedlichen Feldgeräten 2, die den Füllstand eines Mediums 21 in einem Behälter 22 überwachen, die den Durchfluss des Mediums 21 durch ein Rohr 23 ermitteln und die schließlich auch den Abfluss des Mediums aus dem Rohr 23 über ein Ventil steuern.
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Die Anwendungsprogramme ergeben sich dabei aus einem Grundprogramm in Verbindung mit in einer Datenbank hinterlegten feldgerätespezifischen Daten, die sich jeweils zu Geräte-Deskriptor-Profilen ergänzen.
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Für die Verknüpfung der Daten bzw. das Erzeugen der Anwendungsprogramme oder das Zusammenwirken des Grundprogramms mit der Datenbank werden dabei im Bereich der Consumer-Elektronik übliche Programme oder Programmiertools oder -sprachen verwendet. Diesbezüglich funktioniert die mobile Bedieneinheit 1 somit im Wesentlichen wie ein normaler Laptop oder ein PC usw.
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Die Anwendungsprogramme erlauben das Übermitteln von Daten von der mobilen Bedieneinheit 1 zu der Datenkommunikationsvorrichtung 4, die die Daten weiter an die Pfortenvorrichtungen 5 - hier per Funk - überträgt.
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Das am Behälter 22 befestigte Feldgerät 2 verfügt dabei über eine eigene Pfortenvorrichtung 5.
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Die zwei mit dem Rohr 23 in Verbindung stehende Feldgeräte 2 verfügen über eine gemeinsame Pfortenvorrichtung 5. Dies macht es erforderlich, dass die Daten jeweils bezüglich des empfangenden Feldgeräts 2 kodiert sind.
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In umgekehrter Richtung sind vorzugsweise auch die von den Feldgeräten 2 stammenden Daten bezüglich ihrer Herkunft eindeutig gekennzeichnet.
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Die gemeinsame Pfortenvorrichtung 5 ist hier mit den beiden extern zu den Feldgeräten 2 befindlichen Übertragungsvorrichtung 9 verbunden.
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Dargestellt ist zwar nur der Datenfluss von der mobilen Bedieneinheit 1 zu den Feldgeräten 2. Vorzugweise werden jedoch auch Daten von den Feldgeräten an die mobile Bedieneinheit 1 übermittelt.
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Die dargestellten bzw. beschriebenen Ausgestaltungen der beteiligten Komponenten bzw. die jeweiligen Kommunikationsanordnungen oder auch die unterschiedlichen Abläufe der Datenkommunikation lassen sich auch entsprechend miteinander kombinieren und durcheinander ergänzen.
