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Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße in der Automatisierungstechnik umfassend zumindest eine Elektronikeinheit und ein Sensorelement.
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Die zu überwachende Prozessgröße kann beispielsweise gegeben sein durch den Durchfluss eines strömenden Fluides durch ein Messrohr, den Füllstand eines Mediums in einem Behälter, aber auch durch den Druck, die Leitfähigkeit, die Temperatur oder den ph-Wert. Auch optische Sensoren, wie Trübungs- oder Absorptionssensoren sind bekannt. Entsprechende Feldgeräte werden von der Fa. Anmelderin in großer Vielfalt hergestellt und vertrieben.
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Während das Sensorelement der direkten Erfassung des jeweiligen Messssignals dient, ist die Elektronikeinheit für die Signalverarbeitung, – auswertung und – speisung verantwortlich. Das hierfür zentrale Modul ist in der Regel eine zentrale Recheneinheit, zumeist ein Mikroprozessor, auf welchem unterschiedliche ablauffähige Programme implementiert sind, welche die unterschiedlichen Aufgaben ausführen und/oder steuern.
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Dabei besteht die wesentliche Funktionalität in der Erzeugung von Messwerten aus den vom Sensorelement erfassten Messsignalen. Daneben sind in der Regel aber auch eine Reihe anderer Funktionen implementiert, wie die Eigenüberwachung des Feldgeräts, das Abspeichern von Messwerten, das Erzeugen von Steuersignalen für Stellglieder, Programme zur Inbetriebnahme des Feldgerätes sowie dessen Anbindung an ein Leitsystem oder eine zentrale Steuereinheit. Diese Anbindung erfolgt mehrheitlich über ein Feldbussystem wie zum Beispiel Profibus, Foundation Fieldbus, HART, aber auch drahtlose Lösungen sind bekannt.
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Im Störungsfall ist es bedeutsam zu wissen, zu welchem Zeitpunkt ein Mess- oder Steuersignal verarbeitet worden ist. Dazu werden die Signale üblicherweise mit einem sogenannten Zeitstempel versehen, der das Datum und die Uhrzeit erfasst. Diese Zeiterfassung ist insbesondere für industrielle verfahrenstechnische Großanlagen von Bedeutung, in welchen eine Vielzahl der gattungsgemäßen Feldgeräte parallel eingesetzt wird.
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Für die Zeiterfassung sind verschiedene Möglichkeiten üblich. Beispielsweise kann die Zeit mit einem Betriebsstundenzähler und über die Taktung der zentralen Recheneinheit aufgezeichnet werden. Eine solche Zeiterfassungseinheit ist zwar einfach realisierbar, sie birgt jedoch auch wesentliche Nachteile. Zum einen liegt die Ungenauigkeit der Zeitmessung oft bei mehreren Minuten/Jahr, was vergleichsweise viel ist. Zum anderen liegt ein großes Problem in der Art der Energieversorgung der Zeiterfassungsbasis. Wird die Elektronikeinheit bzw. die zentrale Recheneinheit von der zentralen Energieversorgung getrennt, so kann die Zeiterfassung nicht aufrechterhalten werden. Dies ist im praktischen Gebrauch äußerst nachteilig.
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Wird die Zeit dagegen mittels einer Echtzeituhr (RTC) erfasst, können beide Nachteile vermieden werden. Echtzeituhren werden üblicherweise hauptsächlich in Geräten für die Kommunikationstechnik eingesetzt und sind an sich bekannt; ihre beiden wesentlichen Komponenten bestehen in einem Taktgeber sowie einer eigenen Energieversorgungseinheit. Damit ist auch bei einer Trennung der Elektronikeinheit von der zentralen Energieversorgung gewährleistet, dass die Zeit weiterhin erfasst wird. Die Verwendung von Quarzen als Taktgeber gewährleistet ferner eine hochpräzise Zeitmessung mit einer Ungenauigkeit im Bereich von Sekunden/Jahr.
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Auch im Zusammenhang mit Feldgeräten sind Anwendungen von Echtzeituhren bekannt geworden. In der
DE 10 2004 020 393 A1 ist ein Funkmodul für Feldgeräte der Automatisierungstechnik beschrieben, mittels welchem sowohl die Datenkommunikation als auch die Energieversorgung vorgenommen wird. In einer der gezeigten Ausführungsformen ist eine Echtzeituhr integriert. Die
DE 10 2012 108 864 A1 wiederum beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung eines Synchronisierungszustands der Uhr eines Feldgeräts mittels einer Echtzeituhr. Der Referenzzeitgeber wird hier allerdings von extern verbunden, beispielsweise über ein Ethernet-Netzwerk.
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Die einfachste Möglichkeit der Implementierung einer Echtzeituhr in die Elektronikeinheit eines Feldgerätes ist gegeben durch die Verwendung eines Mikroprozessors mit bereits integrierter Echtzeituhr. Jedoch werden in der Praxis bei den meisten Feldgeräten, die über ein Feldbussystem mit dem Leitsystem bzw. der zentralen Steuereinheit verbunden sind, aus energetischen Gründen nur solche Mikroprozessoren verwendet, die nicht über eine Echtzeituhr verfügen. Die höchsten energetischen Anforderungen in dieser Hinsicht finden sich bei Feldgeräten mit einer 4–20mA-Schnittstelle.
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Um eine separate Echtzeituhr in die Elektronikeinheit eines Feldgerätes zu implementieren, ist in der
DE 10 2010 024 210 A1 ein Lösung bekannt geworden. Es wird ein Feldgerät mit mindestens einer Kommunikationsschnittstelle zur Datenübertragung beschrieben, wobei eine Echtzeituhr lösbar an die Kommunikationsschnittstelle angeschlossen ist. Dabei kann die Echtzeituhr beispielsweise als Steckmodul ausgeführt sein. In jedem Fall muss in der Elektronikeinheit jedoch von vornherein ein Steckplatz mit einem Anschluss für eine Echtzeituhr an der Kommunikationsschnittstelle integriert sein, welche wiederum mit der zentralen Recheneinheit verbunden sein muss, so dass bestehende Elektronikeinheiten nicht auf einfache Weise nachgerüstet werden können.
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Neben der Zeiterfassung bei Feldgeräten ist es von großer Wichtigkeit, dass Parametrierungen und Konfigurationen je nach Anwendung neu angepasst werden können. Oft ist es notwendig, das Feldgerät zu diesem Zweck mittels eines Kabels an eine tragbare Recheneinheit (Laptop) o. ä. anzuschließen. Auf die gleiche Weise können Diagnosedaten im Falle einer Fehlfunktion aus dem Feldgerät ausgelesen werden. Um diese vergleichsweise aufwendigen und umständlichen Prozeduren zu vereinfachen, ist in der
DE10161401 die Lösung bekannt geworden, für das Feldgerät eine herausnehmbarer Speichereinheit zu verwenden, welche Teil eines herausnehmbaren Speichermediums ist, und mit welcher Parametrierungen, Konfigurationen sowie Softwareaktualisierungen über ablauffähige Programme vorgenommen werden können. Ähnlich wird in der
DE 10 2004 009 563 A1 ein Feldgerät mit einer tragbaren Speichereinheit beschrieben, mittels welcher Konfigurier- und Parametrierdaten sowie Softwareaktualisierungen o.ä. ausgeführt werden können.
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Neben der Funktionalität des Speicherns ablauffähiger Programme zur Parametrierung oder Konfiguration kann ein austauschbares oder herausnehmbares Speichermedium auch der Speichererweiterung des Feldgerätes dienen. Beispielsweise können Logbuch-Einträge auf einem solchen Modul abgelegt werden. Es versteht sich von selbst, dass solche Speichermedien auch beide Funktionalitäten gleichzeitig bereitstellen können. Zur Integration solch eines herausnehmbaren Speichermediums muss die Elektronikeinheit wieder mit einem entsprechenden Steckplatz mit einer geeigneten Auslesevorrichtung, gegeben durch eine geeignete Schnittstelle, ausgestattet sein. Eine an sich bekannte, vorteilhafte Lösung ist die Verwendung von SD Speicherkarten. Dazu ist in der
DE 10 2009 029 495 A1 ein Feldgerät beschrieben, wobei die Elektronikeinheit über einen Erweiterungsblock mit einer Aufnahme für eine SD Speicherkarte verfügt, welche mittels der Software des Mikroprozessors und/oder Hardwarefunktionen einer Logikeinheit gesteuert wird.
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Insgesamt ist eine Vielzahl von Feldgeräten bekannt, die über ein herausnehmbares oder lösbares Speichermedium verfügen. Die Anmelderin sieht beispielsweise bei einer Gruppe von Transmittern für Durchflussmessgeräte, welche künftig unter dem Namen Proline 500 vertrieben werden sollen, auch einen Steckplatz mit geeigneter Auslesevorrichtung für ein austauschbares Speichermedium, in diesem Falle eine SD Speicherkarte, vor.
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Für viele Anwendungen wird die Funktionalität eines zusätzlichen Speichermediums in Bezug auf die Datenspeicherung jedoch gar nicht benötigt, da ein fest in der Elektronikeinheit integrierter Speicherplatz bereits vollständig ausreichend ist. Auch eine Parametrierung und/oder Konfigurierung des Feldgeräts erfolgt nur zu bestimmten Zeitpunkten. Das Vorhandensein einer Echtzeituhr dagegen ist von grundsätzlichem Interesse für alle Anwendungen. Aus Platz- und Kostengründen kann es allerdings schwierig und ineffizient sein, sowohl einen Steckplatz mit einem Anschluss für eine Echtzeituhr als auch eine Schnittstelle mit Lesefunktion für ein austauschbares Speichermedium bereitzustellen. Es wäre daher wünschenswert, wenn in einen bereits bestehenden Steckplatz für ein austauschbares Speichermedium auch eine Echtzeituhr mit der Elektronikeinheit lösbar verbunden werden könnte.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Feldgerät bereitzustellen mit einer Elektronikeinheit, die über einen Steckplatz für ein austauschbares Medium verfügt, in welchen auch eine Echtzeituhr lösbar integriert werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Überwachung mindestens einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße umfassend mindestens eine Sensoreinheit und eine Elektronikeinheit, wobei die Elektronikeinheit über einen Steckplatz für ein austauschbares Speichermedium verfügt, wobei der Steckplatz mit einer zentralen Recheneinheit der Elektronikeinheit über eine Schnittstelle elektrisch kontaktiert ist, und mit einer Echtzeituhr mit separater Energieversorgungseinheit und einer Logikschaltung zur Kommunikation zwischen der Echtzeituhr und der zentralen Recheneinheit, welche Echtzeituhr auf einem Träger angeordnet ist, welcher Träger über einen Stecker zur Befestigung der Echtzeituhr im Steckplatz der Elektronikeinheit verfügt, und wobei die Echtzeituhr im Steckplatz der Elektronikeinrichtung lösbar angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung bietet zum einen den Vorteil, dass die Echtzeituhr nachträglich auf einfache Weise in jede Elektronikeinheit mit einem Steckplatz für ein austauschbares Speichermedium integriert werden kann. Ferner gewährt die lösbare Anordnung der Echtzeituhr in diesem Steckplatz, dass je nach Anwendung sowohl das Speichermedium als auch die Echtzeituhr in diesen Steckplatz eingesteckt werden können, so dass bei Bedarf die Elektronikeinheit auch neu parametriert und konfiguriert werden kann, oder zusätzlicher Speicherplatz bereit gestellt werden kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es von Vorteil, wenn die externe Energieversorgungseinheit der Echtzeituhr eine Batterie oder eine Kapazität ist. Es ist ferner von Vorteil, wenn die externe Energieversorgungseinheit ein Bauelement ist, welches Energie über die Technik des Energy Harvesting zur Verfügung stellt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schnittstelle, über welche der Steckplatz mit der zentralen Recheneinheit verbunden ist, gegeben durch eine serielle oder parallele Schnittstelle, insbesondere eine SPI-Schnittstelle.
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In einer anderen Ausgestaltung ist der Steckplatz ein Modul zum Einstecken eines austauschbaren USB-Massenspeichers.
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In einer alternativen besonders bevorzugten Ausführung ist der Steckplatz ein Halter für eine SD Speicherkarte. Um auf einem entsprechenden Träger für das Speichermedium eine Echtzeituhr befestigen zu können, ist es ferner von Vorteil, wenn zumindest eine Seitenfläche des Halters zumindest teilweise entfernt ist.
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In einer alternativen Ausführung ist der Träger länger ausgeführt als ein für eine herkömmliche SD-Speicherkarte verwendeter. In diesem Falle ist die Echtzeituhr in jenem Bereich befestigt, der nach Anordnung des Trägers im Halter aus diesem hervorsteht.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Elektronikeinheit ein Transmitter eines Durchflussmessgeräts.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß des Hauptanspruchs 1. Bei diesem Verfahren wird in der Elektronikeinheit ein Steckplatz für ein austauschbares Speichermedium befestigt, der Steckplatz mit der zentralen Recheneinheit der Elektronikeinheit über eine Schnittstelle elektrisch kontaktiert wird. Ferner wird eine Echtzeituhr mit einer separaten Energieversorgungseinheit und einer Logikschaltung zur Kommunikation zwischen der Echtzeituhr und der zentralen Recheneinheit versehen, und zusammen mit der separaten Energieversorgungseinheit auf einem separaten Träger angeordnet, wobei der Träger mit einem Stecker zur Befestigung der Echtzeituhr im Steckplatz der Elektronikeinheit ausgestattet wird.
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In einem weiteren Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird als Steckplatz ein Halter für eine SD Speicherkarte verwendet, wobei zumindest eine Seitenfläche des Halters aufgebohrt wird, so dass die Echtzeituhr beim Anschließen im Steckplatz durch den Halter nicht berührt wird.
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In einem alternativen Verfahren wird als Steckplatz wieder ein Halter für eine SD-Speicherkarte verwendet. Hier wird allerdings der Träger länger als eine herkömmliche SD Speicherkarte ausgearbeitet, und die Echtzeituhr zusammen mit der separaten Energieversorgungseinheit in jenem Bereich befestigt wird, der nach Anordnung des Trägers im Halter aus diesem hervorsteht.
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In einem weiteren Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die zentrale Recheneinheit so ausgestaltet, dass die Echtzeituhr für die Zeiterfassung in einem Logbuch der Elektronikeinheit verwendet wird.
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In einem letzten Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die zentrale Recheneinheit schließlich so ausgestaltet, dass die Echtzeituhr zur Auslösung von Steuersignalen, insbesondere Schaltvorgängen innerhalb der Elektronikeinheit oder am Sensorelement verwendet wird.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden 1 bis 4 näher beschrieben. Es zeigt:
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1 Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Feldgerätes
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2 eine Skizze eines erfindungsgemäßen Trägers mit darauf befestigter Echtzeituhr und Energieversorgungseinheit
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3 eine perspektivische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Lösung für den Halter und Träger, wobei der Träger verlängert gearbeitet ist
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4 eine perspektivische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Lösung für den Halter und Träger, wobei der Träger an einer Seitenfläche teilweise aufgebohrt ist.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Feldgeräts 1, welches zumindest eine Elektronikeinheit 2 und ein Sensorelement 3 umfasst. Das Sensorelement 3 und die Elektronikeinheit 2 sind über entsprechende Signalwege 4 zur Übertragung der Messsignale bzw. Steuersignale und zur Energiespeisung miteinander verbunden. Wie die 1 zeigt, umfasst die Elektronikeinheit eine Schnittstelle 5 zum Signalaustausch mit dem Sensorelement. Sie verfügt ferner über eine zentrale Recheneinheit 6, einen Steckplatz für ein austauschbares Speichermedium 8, und über eine Schnittstelle 7, durch welche das austauschbare Speichermedium 8 im eingesteckten Zustand mit der zentralen Recheneinheit 6 verbunden ist. In diesem Beispiel gibt es fernerhin eine über eine weitere Schnittstelle 12 fest integrierte Speichereinheit 11, welche beispielsweise ein Flash Speicher sein kann. Es versteht sich von selbst, dass die letztgenannten beiden Komponenten optional sind und nicht notwendigerweise in der Elektronikeinheit integriert sein müssen. Weiterhin ist eine letzte Schnittstelle 9 zur Anbindung des Feldgerätes 1 an das Leitsystem 10 in 1 sichtbar. Diese Schnittstelle 9 ist bevorzugt ein Feldbussystem; es kann sich aber auch um eine drahtlose Schnittstelle handeln.
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Der Steckplatz für das austauschbare Speichermedium 8 kann beispielsweise gegeben sein durch einen Halter für eine SD Speicherkarte. Das austauschbare Medium wiederum ist erfindungsgemäß auf einem Träger 13 angeordnet. Im hiesigen Beispiel ist der Träger 13 dann gegeben durch einen Träger für eine SD Speicherkarte ohne das Speichermedium. Von diesem Beispiel eines Halters und eines Trägers für ein SD Speichermedium wird im Folgenden bei der Beschreibung ausgegangen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch andere austauschbare Speichermedien und die entsprechenden Halter unter die Erfindung fallen. Beispielsweise kann auch ein Modul zum Einstecken eines austauschbaren USB Massenspeichers sowie ein solcher USB Massenspeicher verwendet werden.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßer Träger für eine SD Speicherkarte 13, skizziert. Auf diesem ist erfindungsgemäß kein Speichermedium befestigt, sondern eine Echtzeituhr 14 und eine separate Energieversorgungseinheit und Logikschaltung 15. Zwei genauere Ausgestaltungen einer entsprechenden Anordnung sind schließlich in 3 und 4 gezeigt.
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3 beschreibt eine erfindungsgemäße Lösung, bei welcher der Träger für eine SD Speicherkarte 13 länger gearbeitet ist, als eine herkömmliche SD Speicherkarte. Die Echtzeituhr 14 und die Energieversorgungseinheit und Logikschaltung 15 sind dann auf dem Träger für eine SD Speicherkarte 13 in dem Bereich 16, welcher im eingesteckten Zustand aus dem Halter für eine SD Speicherkarte 8 hervorsteht, befestigt. Dabei sollte gewährleistet sein, dass auf der Platine der Elektronikeinheit 2, auf welcher der Halter für eine SD Speicherkarte 8 befestigt ist, ausreichend Platz vorhanden ist. Ferner sollte gewährleistet sein, dass der Halter für eine SD Speicherkarte 8, wenn der entsprechende Träger für eine SD Speicherkarte 13 in diesen eingesetzt ist, die Echtzeituhr 14 und die separate Energieversorgungseinheit und Logikschaltung 15 nicht berührt.
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Eine alternative Lösung ist in 4 gezeigt. Hier wird eine der Seitenflächen 17 des Halters für eine SD Speicherkarte 8 teilweise entfernt, beispielsweise durch eine Aufbohrung dieser Seitenfläche 17. Anschließend wird der Träger für eine SD Speicherkarte 13 mit der Echtzeituhr 14 und der separaten Energieversorgungseinheit und Logikschaltung 15 in den Halter für eine SD Speicherkarte 8 eingesteckt. Wieder muss dabei gewährleistet sein, dass der Halter für eine SD Speicherkarte 8 die Echtzeituhr 14 und die separate Energieversorgungseinheit und Logikschaltung 15 nicht berührt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Feldgerät
- 2
- Elektronikeinheit
- 3
- Sensorelement
- 4
- Signalwege
- 5
- Schnittstelle zw. Elektronikeinheit und Sensorelement
- 6
- Zentrale Recheneinheit
- 7
- Schnittstelle zwischen zentraler Recheneinheit und Steckplatz für das austauschbare Speichermedium
- 8
- Steckplatz bzw. Halter für das austauschbare Speichermedium, z. B. SD Karten-Halter
- 9
- Feldbussystem
- 10
- Leitwerk
- 11
- fest integriertes Speichermedium
- 12
- Schnittstelle zwischen dem fest integrierten Speichermedium und der zentralen Recheneinheit
- 13
- Träger für ein austauschbares Speichermedium, z. B. SD-Karten-Träger
- 14
- Echtzeituhr
- 15
- separate Energieversorgungseinheit und Logikschaltung
- 16
- hervorstehender Bereich des verlängerten SD Kartenträgers
- 17
- teilweise entfernte Seitenfläche des SD Kartenhalters
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004020393 A1 [0008]
- DE 102012108864 A1 [0008]
- DE 102010024210 A1 [0010]
- DE 10161401 [0011]
- DE 102004009563 A1 [0011]
- DE 102009029495 A1 [0012]
