DE102016117007A1

DE102016117007A1 - Verfahren und System zur Verifikation einer elektrischen oder elektronischen Komponente

Info

Publication number: DE102016117007A1
Application number: DE102016117007.0A
Authority: DE
Inventors: Nikolai Fink; Hans Joachim Fröhlich; Michael Maneval; Thomas Schmidt
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2018-03-15
Also published as: WO2018046300A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verifikation von zumindest einer elektrischen oder elektronischen Komponente oder einer Gruppe von elektrischen oder elektronischen Komponenten eines Messgeräts (1) oder zur Verifikation einer physikalischen Eigenschaft des Messgeräts (1), wobei die elektrische oder elektronische Komponente oder die Gruppe von elektrischen oder elektronischen Komponenten unter Verwendung von zumindest einem internen Zeitgeber (2), der mit einer Taktfrequenz zeitbasierte elektrische Signale generiert und/oder Messsignale ausgibt, die eine physikalische oder chemische Prozessgröße repräsentieren, mit folgenden Verfahrensschritten: – Ermitteln der Anzahl der diskreten Zeitsignale, die innerhalb eines Zeitintervalls durch den zumindest einen internen Zeitgeber (2) bereitgestellt werden, – Ermitteln der absoluten Zeitdauer des Zeitintervalls durch eine Synchronisierung des Zeitintervalls mit einem Zeitnormal (4) und Vergleichen der Anzahl der von dem internen Zeitgeber (2) in dem Zeitintervall bereitgestellten diskreten Zeitsignale mit der erwarteten Anzahl diskreter Zeitsignale während der absoluten Zeitdauer des Zeitintervalls, – Generieren einer das Ergebnis des Vergleichs wiedergebenden Meldung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Verifikation von zumindest einer elektrischen oder elektronischen Komponente oder einer Gruppe von elektrischen oder elektronischen Komponenten eines Messgeräts oder zur Verifikation einer physikalischen Eigenschaft des Messgeräts, wobei die elektrische oder elektronische Komponente oder die Gruppe von elektrischen oder elektronischen Komponenten unter Verwendung von zumindest einem internen Zeitgeber, der mit einer Taktfrequenz zeitbasierte diskrete Signale generiert und/oder Messsignale, die eine physikalische oder chemische Prozessgröße repräsentieren, ausgibt.
In Automatisierungsanlagen, insbesondere in Prozessautomatisierungsanlagen, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
In modernen Industrieanlagen erfolgt die Kommunikation zwischen zumindest einer übergeordneten Steuereinheit und den Feldgeräten in der Regel über ein Bussystem, wie beispielsweise Profibus^® PA, Foundation Fieldbus^® oder HART^®. Die Bussysteme können sowohl drahtgebunden als auch drahtlos ausgestaltet sein. Die übergeordnete Steuereinheit dient zur Prozesssteuerung, zur Prozessvisualisierung, zur Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme und Bedienung der Feldgeräte und wird auch als Konfigurier-/Managementsystem bezeichnet.
Viele der bekannten Messgeräte ermitteln die Messwerte bzw. die primären Messgrößen auf der Basis einer Zeitreferenz. Dies gilt insbesondere für Durchfluss- oder Füllstandsmessgeräte, die die Messwerte über die Laufzeitdifferenz oder die Laufzeit von Ultraschall-, Mikrowellen- oder Laser-Messsignale bestimmen. Weiterhin erzeugen z.B. Coriolis-Messgeräte, Vortex-Durchflussmessgeräte, vibronische Sensoren zur Grenzwerterfassung, Spektral-Messgeräte, usw. Messwerte auf der Basis einer Zeitreferenz bzw. einer Frequenz. Darüber hinaus geben viele Messgeräte ihre Messwerte über eine zeitbasierte Größe aus. Zu nennen sind hier insbesondere Frequenz- oder Pulsausgänge.
Um sicherzustellen, dass ein Messgerät über die Zeit mit der geforderten und/oder in der Spezifikation des Messgeräts ausgewiesenen Messgenauigkeit misst und somit reproduzierbare Messwerte liefert, muss es in regelmäßigen Abständen überprüft bzw. verifiziert werden. Die Abstände der Überprüfungen werden von den beaufsichtigenden Behörden vorgegeben.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Messgeräte zwecks Verifikation in regelmäßigen Zeitabständen mit einem Prüfnormal, üblicherweise einem externen zertifizierten Prüfgerät, zu verknüpfen, um festzustellen, ob und wie verlässlich die von dem Messgerät ausgegebenen Messwerte sind. Hierzu wird die Messgeräte-Elektronik z.B. über eine drahtgebundene oder drahtlose Serviceschnittstelle mit dem entsprechend zertifizierten externen Prüfgerät verbunden. Über das Prüfgerät werden definierte Testsignale an den Eingang der Messgeräte-Elektronik gelegt. Es werden also Soll-Messwerte simuliert. Die Messgeräte-Elektronik erzeugt entsprechende Test-Messwerte. Nur wenn die von dem Messgerät erzeugten Test-Messwerte innerhalb eines Toleranzbereichs um die erwarteten Messwerte liegen, so erhält das Messgerät die benötigte Verifikation. Treten größere Abweichungen auf, sind Wartungsmaßnahmen notwendig und/oder das Messgerät muss ausgetauscht werden.
Ein Nachteil dieser bekannten Lösung ist in den hohen Kosten zu sehen: Zur Durchführung der Verifikation muss der normale Messbetrieb des Messgeräts regelmäßig unterbrochen werden, d.h. zumindest der von dem Messgerät überwachte Anlagenteil muss für die Dauer der Überprüfung außer Betrieb gesetzt werden. Darüber hinaus darf das teure und wiederkehrend sehr aufwändig zu rekalibrierende Prüfgerät üblicherweise nur von entsprechend geschulten und zugelassenen Prüfern bedient werden. Es ist durchaus auch üblich, dass das ausgebaute Messgerät an die zu überprüfende Behörde eingeschickt werden muss, um das erforderlich Zertifikat zu erhalten.
Aus dem Stand der Technik ist es darüber hinaus bekannt geworden, innerhalb eines Messgeräts zwei Zeitgeber zu verwenden, von denen einer die Aufgabe einer Zeitreferenz übernimmt. Der Nachteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass in dem Messgerät immer ein zweiter Zeitgeber vorgesehen sein muss. Im Falle einer Abweichung der Taktraten beider Zeitgeber bleibt darüber hinaus unbekannt, welcher der beiden Zeitgeber ungenau arbeitet. Selbst wenn keine Abweichung vorliegt, ist nicht sichergestellt, dass die Funktionstüchtigkeit des Messgeräts gegeben ist, da beide Zeitgeber u.U. in die gleiche Richtung um vergleichbare Beträge driften. Der Vorteil dieser Lösung mit zwei Zeitgebern ist zweifelsfrei darin zu sehen, dass die Verifikation beliebig oft und ohne Unterbrechung des Messbetriebs des Feldgeräts erfolgen kann.
Eine entsprechende sehr interessante Lösung ist in der DE 10 2011 076 838 A1 bzw. dem korrespondierenden US Patent Nr. 9,209,936 B2 offenbart. Ein Messgerät weist eine Messgeräte-Elektronik mit einem Prozessor, z.B. einem Mikroprozessor oder einem als digitaler Signalprozessor, einen ersten Taktgeber und einen zweiten Taktgeber bzw. einen ersten Zeitgeber und einen zweiten Zeitgeber auf. Jeder der beiden Taktgeber ist beispielsweise mittels eines Quarzoszillators und/oder mittels einer PLL-Schaltung und/oder mittels einer FLL-Schaltung gebildet und erzeugt ein den Prozessor taktendes Arbeitstaktsignals mit einer nominell konstanten Taktfrequenz und ein vom Arbeitstaktsignal abhängiges erstes bzw. zweites Referenztaktsignal mit einer nominell konstanten Taktfrequenz, die um ein vorgegebenes Vielfaches kleiner als die Taktfrequenz des Arbeitstaktsignals ist. Vorteilhafte Weiterbildungen unterschiedlichste Arten sind in den beiden o.g. Schutzrechten genannt.
Die Messfunktionalität des Messgeräts wird bei der bekannten Lösung also dadurch überprüft, dass der den Prozessor taktende Taktgenerator mittels eines zusätzlichen Taktgenerators auf seine Funktionstüchtigkeit hin überprüft wird. Die Taktfrequenzen der beiden Taktgeneratoren werden unabhängig voneinander erzeugt, jedoch stehen die (Referenz-)Taktsignale in einer nominell festen Frequenzbeziehung zueinander. Durch eine wiederkehrende Überprüfung während des Betriebs des Messgeräts kann erkannt werden, ob diese nominell feste Frequenzbeziehung erhalten bleibt oder ob sie sich über eine vorgegebene Toleranz hinaus verändert. Wie bereits erwähnt, löst die bekannte Lösung trotz aller Vorteile nicht das Problem, dass infolge einer gleichsinnigen Drift beider Taktgeber die Messgenauigkeit des Messgeräts verringert wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verifikation eines Messgeräts und ein entsprechendes Messgerät vorzugschlagen, das sich durch eine über die Zeit weitgehend konstante Messgenauigkeit auszeichnet.
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die folgenden Verfahrensschritten gelöst:

– Ermitteln der Anzahl der diskreten Zeitsignale, die innerhalb eines Zeitintervalls durch den zumindest einen internen Zeitgeber bereitgestellt werden,
– Ermitteln der absoluten Zeitdauer des Zeitintervalls durch eine Synchronisierung des Zeitintervalls mit einem Zeitnormal und Vergleichen der Anzahl der von dem internen Zeitgeber in dem Zeitintervall bereitgestellten diskreten Zeitsignale mit der erwarteten Anzahl diskreter Zeitsignale während der absoluten Zeitdauer des Zeitintervalls,
– Generieren einer das Ergebnis des Vergleichs wiedergebenden Meldung.

Ein Zeitintervall hat, als Abschnitt auf einer Zeitskala betrachtet, einen Anfangszeitpunkt und einen Endzeitpunkt. Das Zeitintervall ist daher ein zeitlicher Abstand bzw. eine Zeitdifferenz im selben Bezugssystem (Messgerät, Atomuhr). Durch Vergleich der relativen – sich unter Umständen ändernden – Zeitdauer des Zeitintervalls im Messgerät mit der absoluten Zeitdauer eines Zeitnormals höchster bzw. höherer Präzision, z.B. einer Atomuhr, kann die Zeitdauer des Zeitintervalls im Messgerät kontinuierlich überprüft und im Falle von Abweichungen durch entsprechende Korrekturmaßnahmen (z.B. über eine Recheneinheit) korrigiert werden.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind:

– Verifikation des Messgeräts oder einzelner Komponenten oder Gruppen von Komponenten des Messgeräts: Garantie einer gleichbleibenden, reproduzierbaren Messgenauigkeit des Messgeräts über die Zeit – es kann garantiert werden, dass die vom Hersteller angegebene Messgenauigkeit des Messgeräts über die Zeit erhalten bleibt.
– Verifikation des Messgeräts während des Betriebs
– Kein Produktionsausfall und keine damit verbundenen Kosten
– Messgerätespezifische Anpassung der Wartungsintervalle.

Das Zeitintervall kann unterschiedlich definiert werden. Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Zeitintervall als statischer Wert vorgegeben. Generell gilt: Je größer das Zeitintervall gewählt wird, umso größer wird die Genauigkeit mit der eine Abweichung der Anzahl der diskreten Zeitsignale innerhalb des Zeitintervalls ermittelt wird bzw. umso besser können Synchronisationsfehler zwischen internem Zeitgeber und Zeitnormal ausgeglichen werden. Das Zeitintervall wird bevorzugt in Abhängigkeit von der gewünschten Messgenauigkeit des Messgeräts und/oder von der Genauigkeit der Synchronisierung zum Zeitnormal bemessen. Bezüglich der Genauigkeit der Synchronisierung ist zu sagen, dass es durch die Verbindung zu dem Zeitnormal via Internet zu einer Verzögerung des Informationsaustausches kommen kann. Daher lässt sich die absolute Zeitdauer des Zeitintervalls nicht mit absoluter Genauigkeit bestimmen. Das Zeitintervall wird daher insbesondere so groß gewählt, dass selbst bei größtmöglicher Verzögerung auf dem Kommunikationsweg die geforderte Messgenauigkeit des Messgeräts erreicht wird. Beträgt beispielsweise die Drift des internen Zeitgebers 10ms und die Messung wird in einem Zeitintervall von 10 Minuten durchgeführt, so lässt sich eine Genauigkeit von 17 ppm erreichen, da 10 ms geteilt durch 10 Minuten bzw. 600000 ms eine Genauigkeit von 17ppm ergibt. Dieser Wert entspricht in etwa der Präzision, die von hochgenauen Uhrenquarzen erreicht wird. Weiterhin gibt es Dienste, die das sog. Network Time Protocol (NTP), das als Standard zu Synchronisierung von Uhren in Netzwerken zur Verfügung stellen. Eine Synchronisierung zwischen dem internen Zeitgeber und dem Zeitnormal kann über dieses NTP Protokoll oder vergleichbare Protokolle erfolgen. Nähere Information zu dem NTP Protokoll findet sich unter dem Link https://de.wikipedia.org/wiki/Network_Time_Protocol. Da bei der Erfindung jeweils nur der Zeitabstand von zwei Zeitpunkten auf der Zeitskala eine Rolle spielt, nicht aber die absoluten Zeitpunkte, ist eine Synchronisierung zwischen dem internen Zeitgeber und dem Zeitnormal trotz eventuell auftretender Verzögerungen auf den Übertragungswege korrigierbar.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung wird das Zeitintervall als dynamischer Wert in Abhängigkeit von der gewünschten Messgenauigkeit des Messgeräts und/oder der Genauigkeit der Synchronisierung zum Zeitnormal errechnet und/oder vorgegeben. Abweichend von der zuvor beschriebenen Vorgabe des Zeitintervalls, kann somit auch ein adaptives Vorgehen gewählt, bei dem das Zeitintervall in Abhängigkeit von der durch den redundanten “Uhrenvergleich“ abgeschätzten Unsicherheit an die Anforderungen bezüglich der Messgenauigkeit angepasst wird. Insbesondere wird die Verifikation bzw. die nachfolgende Kalibrierung so lange weiter geführt, bis unter Berücksichtigung der durch die Verbindung zu dem Zeitnormal über das Internet auftretenden Verzögerung des Informationsaustausches die geforderte Messgenauigkeit erreicht ist.
Eine dritte Ausgestaltung sieht vor, dass das Zeitintervall durch eine vorgegebenen Anzahl von diskreten Zeitsignalen des zumindest einen Zeitgebers vorgegeben bzw. bestimmt wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass ein Startsignal für den Start des Zeitintervalls von einer Vergleichskomponente an das Messgerät übermittelt wird.
Bevorzugt wird in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, dass der Vergleich zwecks Verifikation des Messgeräts zwischen dem internen Zeitgeber und dem Zeitnormal in definierten Zeitabständen automatisch durchgeführt wird. Alternativ kann der Verifikationsvergleich zwischen dem internen Zeitgeber und dem Zeitnormal durch ein äußeres Ereignis getriggert werden. Ein äußeres Ereignis kann z.B. ein spezieller Vorgang in der Automatisierungsanlage sein, z.B. ein Reinigungsprozess. Selbstverständlich kann der Verifikationsvergleich auch durch die Steuerung oder das Bedienpersonal in die Wege geleitet werden.
Insbesondere wird anhand des Verifikationsvergleichs ermittelt, ob die Messgenauigkeit des Messgeräts noch innerhalb der vom Hersteller angegebenen Messgenauigkeit liegt. Treten tendenzielle Veränderungen bei aufeinander folgenden Verifikationsvergleichen auf, so wird in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Termin für Wartungsarbeiten an dem Messgerät vorgeschlagen. Das Wartungsintervall kann somit individuell an das einzelne Messgerät angepasst werden.
Die Aufgabe wird bezüglich des Systems zur Verifikation von zumindest einer elektrischen oder elektronischen Komponente oder einer Gruppe von elektrischen oder elektronischen Komponenten eines Messgeräts oder zur Verifikation einer physikalischen Eigenschaft des Messgeräts durch folgende Erfindung gelöst: Das Messgerät weist einen Sensor und eine Regel-/Auswerteelektronik auf. Von dem Sensor werden zeitbasierte Signale bereitgestellt, die von der Regel-/Auswerteelektronik in eine zu überwachende oder zu bestimmende physikalischen oder chemischen Prozessgröße umgewandelt werden und/oder von einer Ausgabeelektronik ausgegeben werden. Die Regel-/Auswerteelektronik weist zumindest einen Prozessor, insbesondere einen Microcontroller, auf. Zumindest ein interner Zeitgeber ist vorgesehen, der mit einer Taktfrequenz diskrete Zeitsignale erzeugt. Voraussetzung für die vom Hersteller angegebene Messgenauigkeit ist, dass die Taktfrequenz in hohem Maße konstant ist. Man spricht in diesem Zusammenhang auch davon, dass die Taktfrequenz nominell konstant ist. Über die Zeit können jedoch Änderungen oder Driften in der Taktfrequenz auftreten. Daher sind entsprechende Überprüfungen und Korrekturen der internen Takt- bzw. Zeitgeber in gewissen Zeitabständen notwendig, um eine reproduzierbare Messgenauigkeit zu gewährleisten. Weiterhin ist eine Vergleichskomponente vorgesehen, die zumindest zeitweise mit dem internen Zeitgeber und mit einem Zeitnormal verbindbar ist. Die Vergleichskomponente ermittelt während eines Zeitintervalls die Anzahl der diskreten Zeitsignale des zumindest einen internen Zeitgebers. Die absolute Zeitdauer des Zeitintervalls wird durch eine Synchronisierung zu einem Zeitnormal ermittelt. Anschließend wir die Anzahl der diskreten Zeitsignale des Zeitgebers während des Zeitintervalls mit der erwarteten Anzahl diskreter Zeitsignale während der absoluten Zeitdauer des Zeitintervalls verglichen, und eine das Ergebnis des Vergleichs wiedergebende Meldung wird erzeugt.
Bei dem internen Zeitgeber handelt es sich, wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, bevorzugt um einen Quarzoszillator. Dieser kann weiterhin mittels einer PLL-Schaltung und/oder mittels einer FLL-Schaltung geregelt werden. Der interne Zeitgeber erzeugt z.B. ein einen Prozessor taktendes Arbeitstaktsignal mit einer nominell konstanten Taktfrequenz.
Bezüglich der Anordnung der Vergleichskomponente werden unterschiedliche Ausgestaltungen vorgeschlagen:

– Die Vergleichskomponente ist in dem Messgerät integriert. Das Messgerät hat eine internetfähige Kommunikationsschnittstelle, über die es mit dem Zeitnormal verbindbar ist.
– Die Vergleichskomponente ist als von dem Messgerät lösbare Elektronikkomponente ausgestaltet.
– Die Vergleichskomponente ist in einem dem Messgerät zugeordneten, aber von dem Messgerät mechanisch entkoppelten Gehäuse angeordnet.

Bevorzugt handelt es sich bei der Elektronikkomponente um ein tragbares Bedientool, z.B. ein Smart Phone, einen Laptop oder ein Tablet mit einer internetfähigen Kommunikationsschnittstelle.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Vergleichskomponente einem Gateway zugeordnet ist und mehrere Messgeräte bedienen kann. Beispielsweise ist das Gateway in eine Automatisierungsanlage eingebunden und verbindet mehrere Messgeräte bzw. Feldgeräte mit einer übergeordneten Steuereinheit oder einem Asset Management System oder einem Process Management System. Bevorzugt verfügt das Gateway über eine internetfähige Kommunikationsschnittstelle, über die es mit dem Zeitnormal verbindbar ist.
Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Systems sieht vor, dass das Process Management System die Messsignale von zumindest zwei bevorzugt redundant eingesetzten Messgeräten bzw. Feldgeräten miteinander vergleicht und im Falle einer Abweichung der Messsignale das Verifikationsverfahren aktiviert. Hierdurch lassen sich auch hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen.
Als besonders vorteilhaft wird es darüber hinaus angesehen, wenn das Zeitnormal bevorzugt auf ein atomares Zeitnormal zurückgeführt wird. Ein in Verbindung mit der Erfindung einsetzbares Zeitnormal ist beispielsweise eine Atomuhr. Eine Atomuhr ist eine Uhr, deren Taktfrequenz bzw. deren Zeittakt aus der charakteristischen Frequenz von Strahlungsübergängen der Elektronen freier Atome abgeleitet wird. Die Zeitanzeige einer Referenzuhr wird fortwährend der Atomuhr verglichen und angepasst. Atomuhren sind derzeit die genauesten verfügbaren Uhren und werden auch primäre Uhren genannt. Die Zeitangabe von Atomuhren ist über Internet verfügbar.
Aus den Messwerten von über 260 Atomuhren an über 60 weltweit verteilten Instituten legt das Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) in Paris die Internationale Atomzeit (TAI) als Referenzzeit fest.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems und
2: ein Zeitdiagramm, das die Synchronisation zwischen dem internen Zeitgeber und dem Zeitnormal beschreibt.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems zur Verifikation von zumindest einer elektrischen oder elektronischen Komponente oder einer Gruppe von elektrischen oder elektronischen Komponenten eines Messgeräts 1 oder zur Verifikation einer physikalischen Eigenschaft des Messgeräts 1. Bei der physikalischen Eigenschaft handelt es sich insbesondere um die Messgenauigkeit des Messgeräts 1. Das Messgerät besteht aus einem Sensor 6 und einer Regel- und Auswerteelektronik 7. Weiterhin ist eine Ausgabeelektronik 8 vorgesehen. Von dem Sensor 6 werden zeitbasierte bzw. frequenzbasierte Signale bereitgestellt, die von der Regel-/Auswerteelektronik 7 in eine zu überwachende oder zu bestimmende physikalischen oder chemischen Prozessgröße umgewandelt werden. Im gezeigten Fall ist der Regel-/Auswerteelektronik 7 und der Ausgabeelektronik 8 jeweils ein interner Zeitgeber 2 zugeordnet. Diese erzeugen mit einer – wie bereits zuvor gesagt – nominell konstanten Taktfrequenz diskrete Zeitsignale.
Weiterhin ist eine Vergleichskomponente 10 vorgesehen, die zumindest zeitweise mit dem internen Zeitgeber 2 und mit einem Zeitnormal 4 verbunden ist. Das Zeitnormal 4 wird bevorzugt auf ein atomares Zeitnormal zurückgeführt.
Die Vergleichskomponente 10 kann in dem Messgerät 1 angeordnet sein, oder sie ist – wie in 1 gezeigt – als separate Komponente ausgestaltet. Beispielsweise handelt es sich bei der separaten Vergleichskomponente 10 um ein Handy mit einer entsprechenden Vergleichs-Software bzw. einer entsprechenden Vergleichs-App. Allgemein gesprochen kann es sich um ein tragbares Bedientool, z.B. ein Smart Phone, ein Laptop oder ein Tablet handeln, die weiterhin jeweils eine internetfähige Kommunikationsschnittstelle 11 aufweisen.
Die Kommunikationsverbindung zwischen dem internen Zeitgeber 2 und der Vergleichskomponente 10 erfolgt entweder drahtgebunden oder drahtlos, z.B. über Bluetooth. Das Messgerät 1 bzw. die Auswerteelektronik 7 und/oder die Ausgabeelektronik 8 weisen entsprechende Bluetooth- bzw. Kommunikationsschnittstellen 9 auf.
Die Vergleichskomponente 10 ermittelt während eines Zeitintervalls die Anzahl der diskreten Zeitsignale des zumindest einen internen Zeitgebers 2. Die absolute Zeitdauer des Zeitintervalls wird durch eine Synchronisierung zu dem Zeitnormal 4 ermittelt. Die Anzahl der diskreten Zeitsignale des internen Zeitgebers 2 wird während des Zeitintervalls mit der erwarteten Anzahl diskreter Zeitsignale während der absoluten Zeitdauer des Zeitintervalls verglichen. Anschließend wird eine das Ergebnis des Vergleichs wiedergebende Meldung erzeugt. Tritt eine Abweichung auf, so kann in einer Ausgestaltung über die Regel-/Auswerteelektronik 7 eine entsprechende Korrektur vorgenommen werden. Durch diese Option wird sichergestellt, dass die von dem Hersteller des Messgeräts 1 ausgegebene Messgenauigkeit stets gegeben ist.
Wie bereits zuvor beschrieben, kann die Vergleichskomponente in einem Gateway integriert sein. Das Gateway fungiert in einer Automatisierungsanlage als Verbindungskomponente zwischen mehreren Feldgeräten/Messgeräten und einer übergeordneten Einheit, einer SPS, einem Asset Management System oder einem Process Management System. Der Gateway verfügt zusätzlich über eine internetfähige Kommunikationsschnittstelle 11, über die es mit dem Server 5, auf dem das Zeitnormal 4 verfügbar ist, verbunden werden kann..
In Abhängigkeit von der Güte der Internetverbindung kann der Aufbau der Verbindung zeitlich variieren, was sich in Unterschieden der Länge des absoluten Zeitintervalls und folglich auch in einer unterschiedlichen Anzahl von diskreten Zeitsignalen während des absoluten Zeitintervalls widerspiegelt. Um diesen Fehler bei der Synchronisation des Zeitintervalls des internen Zeitgebers 2 mit dem absoluten Zeitintervall des Zeitnormals 4 möglichst gering zu halten, wird bevorzugt ein Synchronisations-Protokoll eingesetzt. Dieses Protokoll wurde zuvor bereits erwähnt. 2 zeigt ein Zeitdiagramm, das die Zeitintervalle des internen Zeitgebers 2 und das absolute Zeitintervall des Zeitnormals 4 visualisiert. Mit A ist das Zeitintervall gekennzeichnet, während dessen die diskreten Zeitsignale des internen Zeitgebers 2 gezählt werden. Das entsprechende absolute Zeitintervall des Zeitnormals 4 weicht davon ab, da gewisse Zeitdauern A1 + X1 und A2 + X2 für den Transport der Information benötigt werden. Diese Zeitdauern sind nicht deterministisch und variieren in Abhängigkeit von dem Netzwerkzustand. Die Länge des Zeitintervalls B muss so gewählt werden, dass es größer, insbesondere viel größer, ist als die Summe der beiden o.g. Zeitdauern. Insbesondere ist die Länge des Zeitintervalls B so zu wählen, dass die durch die Zeitdauern A1 + X1 und A2 + X2 verursachte Ungenauigkeit so gering ist, dass das Messgerät die vom Hersteller vorgegebenen Messgenauigkeit aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Messgerät
2: interner Zeitgeber
3: Rohrleitung
4: Zeitnormal
5: Zeitserver
6: Sensor
7: Regel-/Auswerteelektronik
8: Ausgabeelektronik
9: Kommunikationsschnittstelle
10: Vergleichskomponente
11: internetfähige Kommunikationsschnittstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011076838 A1 [0009]
US 9209936 B2 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

https://de.wikipedia.org/wiki/Network_Time_Protocol [0014]

Claims

Verfahren zur Verifikation von zumindest einer elektrischen oder elektronischen Komponente oder einer Gruppe von elektrischen oder elektronischen Komponenten eines Messgeräts (1) oder zur Verifikation einer physikalischen Eigenschaft des Messgeräts (1), wobei die elektrische oder elektronische Komponente oder die Gruppe von elektrischen oder elektronischen Komponenten unter Verwendung von zumindest einem internen Zeitgeber (2), der mit einer Taktfrequenz zeitbasierte elektrische Signale generiert und/oder Messsignale ausgibt, die eine physikalische oder chemische Prozessgröße repräsentieren, mit folgenden Verfahrensschritten: – Ermitteln der Anzahl der diskreten Zeitsignale, die innerhalb eines Zeitintervalls durch den zumindest einen internen Zeitgeber (2) bereitgestellt werden, – Ermitteln der absoluten Zeitdauer des Zeitintervalls durch eine Synchronisierung des Zeitintervalls mit einem Zeitnormal (4) und Vergleichen der Anzahl der von dem internen Zeitgeber (2) in dem Zeitintervall bereitgestellten diskreten Zeitsignale mit der erwarteten Anzahl diskreter Zeitsignale während der absoluten Zeitdauer des Zeitintervalls, – Generieren einer das Ergebnis des Vergleichs wiedergebenden Meldung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zeitintervall als statischer Wert vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zeitintervall als dynamischer Wert in Abhängigkeit von der gewünschten Messgenauigkeit des Messgeräts und/oder der Genauigkeit der Synchronisierung zum Zeitnormal (4) errechnet und/oder vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zeitintervall durch eine vorgegebenen Anzahl von diskreten Zeitsignalen des zumindest einen internen Zeitgebers (2) bestimmt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1–4, wobei ein Startsignal für den Start des Zeitintervalls von einer Vergleichskomponente (10) an das Messgerät (1) übermittelt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–5, wobei der Verifikationsvergleich zwischen dem internen Zeitgeber (2) und dem Zeitnormal (4) in definierten Zeitabständen automatisch durchgeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verifikationsvergleich zwischen dem internen Zeitgeber (4) und dem Zeitnormal (4) durch ein äußeres Ereignis getriggert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–7, wobei anhand des Verifikationsvergleichs ermittelt wird, ob die Messgenauigkeit des Messgeräts (1) noch innerhalb der vom Hersteller angegebenen Messgenauigkeit liegt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei anhand einer tendenziellen Veränderung bei aufeinanderfolgenden Verifikationsvergleichen ein Termin für Wartungsarbeiten an dem Messgerät (1) vorgeschlagen wird.
System zur Verifikation von zumindest einer elektrischen oder elektronischen Komponente oder einer Gruppe von elektrischen oder elektronischen Komponenten eines Messgeräts (1) oder zur Verifikation einer physikalischen Eigenschaft des Messgeräts (1), wobei das Messgerät einen Sensor (6) und eine Regel-/Auswerteelektronik (7) aufweist, wobei von dem Sensor (6) zeitbasierte Signale bereitgestellt und von der Regel-/Auswerteelektronik (7) in eine zu überwachende oder zu bestimmende physikalischen oder chemischen Prozessgröße umgewandelt werden und/oder von einer Ausgabeelektronik (8) ausgegeben werden, wobei zumindest ein interner Zeitgeber (2) vorgesehen ist, der mit einer Taktfrequenz diskrete Zeitsignale erzeugt, wobei eine Vergleichskomponente (10) vorgesehen ist, die zumindest zeitweise mit dem internen Zeitgeber (2) und mit einem Zeitnormal (4) verbindbar ist, wobei die Vergleichskomponente (10) während eines Zeitintervalls die Anzahl der diskreten Zeitsignale des zumindest einen internen Zeitgebers (2) ermittelt, die absolute Zeitdauer des Zeitintervalls durch eine Synchronisierung zu einem Zeitnormal (4) ermittelt, die Anzahl der diskreten Zeitsignale des Zeitgebers während des Zeitintervalls mit der erwarteten Anzahl diskreter Zeitsignale während der absoluten Zeitdauer des Zeitintervalls vergleicht und eine das Ergebnis des Vergleichs wiedergebende Meldung erzeugt.
System nach Anspruch 10, wobei die Vergleichskomponente (10) in dem Messgerät (1) integriert ist und wobei das Messgerät (1) eine internetfähige Kommunikationsschnittstelle (9) aufweist, über die es mit dem Zeitnormal (4) verbindbar ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Vergleichskomponente (19) als von dem Messgerät (1) lösbare Elektronikkomponente ausgestaltet ist.
System nach Anspruch 10, wobei die Vergleichskomponente (10) in einem dem Messgerät (1) zugeordneten, aber von dem Messgerät (1) mechanisch entkoppelten Gehäuse angeordnet ist.
System nach Anspruch 10 oder 13, wobei es sich bei der Elektronikkomponente um ein tragbares Bedientool, z.B. ein Smart Phone, einen Laptop, ein Tablet mit einer internetfähigen Kommunikationsschnittstelle handelt.
System nach Anspruch 7 oder 13, wobei die Vergleichskomponente (10) einem Gateway zugeordnet ist, wobei das Gateway in eine Automatisierungsanlage eingebunden ist und mehrere Messgeräte (1) bzw. Feldgeräte mit einer übergeordneten Steuereinheit oder einem Asset Management System oder einem Process Management System verbindet, und wobei das Gateway über eine internetfähige Kommunikationsschnittstelle (9) verfügt, über die es mit dem Zeitnormal (4) verbindbar ist.
System nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 10–15, wobei das Process Management System die Messsignale von zumindest zwei bevorzugt redundant eingesetzten Messgeräten (1) bzw. Feldgeräten miteinander vergleicht und im Falle einer Abweichung der Messsignale das Verifikationsverfahren aktiviert.
System nach einem oder mehreren der Ansprüche 10–16, wobei das Zeitnormal (4) bevorzugt auf ein atomares Zeitnormal zurückgeführt wird.