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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung oder Überwachung einer Prozessgröße in der Automatisierungstechnik mit zumindest einem Feldgerät.
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In Automatisierungsanlagen, insbesondere in Prozessautomatisierungsanlagen, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessgrößen 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. Die Feldgeräte sind üblicherweise an einen Feldbus angeschlossen, und die Kommunikation unter den Feldgeräten und/oder mit einer übergeordneten Einheit erfolgt über zumindest eines der in der Automatisierungstechnik gebräuchlichen Feldbusprotokolle. Bekannt geworden ist weiterhin, dass Feldgeräte internetfähig ausgestaltet sind.
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In der Automatisierungstechnik ist es üblich, dass ein Kunde zumindest ein für seine Anwendung benötigtes Feldgerät kauft. Aus der
US 7,689,511B2 ist aber auch ein Verfahren bekannt geworden, bei dem einem Kunden die benötigten Messwerte bereitgestellt werden; das Messgerät selbst geht nicht in das Eigentum des Kunden über. Die von den Feldgeräten bereitgestellten Messwerte einer Prozessgröße werden mit Hilfe entsprechender Sensoren erfasst und auf Anforderung an ein Prozessleitsystem übertragen. Auf diese Daten hat der Kunde dann Zugriff. Die Anzahl der Übertragungsvorgänge wird gezählt, und die Kosten für den Kunden werden in Abhängigkeit von der Anzahl der Übertragungsvorgänge berechnet. Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Kunde nicht mehr für den Sensor selbst zahlt, sondern nur für die Daten, die er tatsächlich benötigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sicheres Verfahren vorzuschlagen, mit dem Daten eines Feldgeräts einem Kunden zur Verfügung gestellt werden.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße in der Automatisierungstechnik gelöst, wobei die Prozessgröße/die Prozessgrößen mittels zumindest eines Feldgeräts, das einen Sensor und/oder Aktor und eine Elektronikeinheit aufweist, erfasst wird/werden. Das zumindest eine Feldgerät generiert mit einer vorgegebenen Rate Daten, die für zumindest einen Kunden von Interesse sind, wobei es sich bei den Daten insbesondere um Messdaten, Steuerdaten, Diagnose- und/oder Statusdaten handelt. Das zumindest eine Feldgerät weist eine Kommunikationsschnittstelle auf, über die es direkt oder indirekt mit dem Internet verbindbar ist.
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Erfindungsgemäß werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
- – der Kunde schließt einen Lizenzvertrag ab über den Zugriff auf die Daten des zumindest einen Feldgeräts oder über die Anzahl der Zugriffe auf die Daten des zumindest einen Feldgeräts, die dem Kunden pro Zeiteinheit zur Verfügung gestellt werden, oder der Kunde löst eine Bestellung von Daten des zumindest einen Feldgeräts aus – diese Bestellung kann einmalig oder wiederholt erfolgen;
- – die Daten des zumindest einen Feldgeräts werden verschlüsselt in einer ersten Service- Plattform gespeichert, die insbesondere mit einer zweiten Service-Plattform in Verbindung steht;
- – der Kunde kommuniziert mit der zweiten Service-Plattform, die in der Lage ist, den Lizenzvertrag zu erstellen, abzubilden und/oder zu überprüfen und/oder die Abwicklung des Lizenzvertrags zu unterstützen oder über die die Bestellung der Daten erfolgt;
- – entsprechend der in dem Lizenzvertrag festgelegten Vereinbarungen oder entsprechend der Bestellung werden dem Kunden in vorgegebenen Zyklen oder einmalig die Daten über eine erste Transaktion zur Verfügung gestellt;
- – entsprechend der in dem Lizenzvertrag festgelegten Zahlungsbedingungen erfolgt die Bezahlung für die zur Verfügung gestellten Daten über eine zweite Transaktion.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens schlägt vor, dass die erste Service-Plattform eine Datenbank umfasst, in der die Daten des Feldgeräts zentral über eine Server-Client-Architektur gespeichert werden.
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Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die erste Service Plattform dezentral mit Hilfe einer Distributed Ledger bzw. Blockchain Technologie betrieben wird. Die erste Service Plattform besteht aus einer Vielzahl von Teilnehmerknoten, wobei in jedem Teilnehmerknoten jeweils zumindest eine Datenbank integriert ist. In den Datenbanken werden die Daten des Feldgeräts bzw. der Feldgeräte zumindest teilweise gespeichert.
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Bevorzugt wird die zweite Service Plattform dezentral mit Hilfe einer Distributed Ledger bzw. Blockchain Technologie betrieben. In die erste Service Plattform sind eine Vielzahl von Teilnehmerknoten integriert. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass Recheneinheiten/Computer eines oder mehrerer Kunden und/oder Elektronikeinheiten von Feldgeräten als Teilnehmerknoten realisiert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass ein Teilnehmerknoten entweder als Full-Node Version oder als Light-Node Version ausgestaltet wird.
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Weiterhin wird in Verbindungmit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, dass als zweite Service-Plattform z.B. ETHEREUM oder Blockstream verwendet wird. Somit wird auch für die zweite Service Plattform die Blockchain Technologie bzw. die Distributed Ledger Technologie verwendet. Über die zweite Service Plattform werden Assets verwaltet und/oder Zugriffe bzw. Übertragungen von Assets geregelt. Insbesondere erfolgt über die zweite Service Plattform der Abschluss des Lizenzvertrags, z.B. unter Verwendung von Smart Contracts, und/oder die Bezahlung der entsprechend dem Lizenzvertrag bereitgestellten Daten. Beispielsweise hat ein Kunde jede Stunde einmal die Möglichkeit, die Daten des Feldgeräts XYZ abzurufen. Bevorzugt erfolgt die Bezahlung der Daten mittels einer Kryptowährung, z.B. Bitcoin. Die Bereitstellung oder Übermittlung der Daten und der Zahlungsverkehr erfolgt über Transaktionen auf der zweiten Service Plattform.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
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1: eine schematische Darstellung, die eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht,
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2: eine schematische Darstellung, die eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht, und
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3: eine schematische Darstellung, die eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht.
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1 zeigt eine schematische Darstellung, die eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung oder Überwachung einer Prozessgröße in der Automatisierungstechnik verdeutlicht. Im linken oberen Bereich der 1 sind beispielhaft drei Feldgeräte 1 dargestellt. Was unter Feldgerät 1 in Verbindung mit der Erfindung zu verstehen ist, ist bereits ausführlich in der Beschreibungseinleitung dargelegt. Auf einer Wiederholung an dieser Stelle kann daher verzichtet werden.
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Jedes der Feldgeräte 1 umfasst zumindest einen Sensor 2 und/oder Aktor und eine Elektronikeinheit 3. Jedes Feldgerät 1 generiert mit einer vorgegebenen Rate Daten und überträgt diese über eine Kommunikationsschnittstelle an zumindest eine Datenbank. Je nach Funktion des Feldgeräts erhält das Feldgerät auch Daten und überträgt ebenfalls an eine Datenbank. Diese Daten sind für zumindest einen Kunden von Interesse. Je nach Anwendung können die Daten jedoch auch für eine Vielzahl von Nutzern interessant sein. Die Daten sind eindeutig einem definierten Feldgerät zugeordnet; weiterhin sind sie mit einem Zeitstempel und einen Ortsangabe versehen. Ggf. ist bereits die GPS Ortsangabe ausreichend, ein Feldgerät eindeutig zu charakterisieren und zu definieren.
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Typische Daten, die für einen großen Kundenkreis von Interesse sind, sind beispielsweise Wetterdaten, Pegelstände von Gewässern, usw. Bei den Daten handelt es sich entweder um vollständig ausgewertete Daten des Feldgeräts, oder es handelt sich um sog. Rohdaten, die dann von einer zentralen Recheneinheit in der Cloud in ausgewerte Daten umgerechnet werden. Beispielsweise werden dem Kunden Rohdaten der Feldgeräte übermittelt, wobei die Auswertung der Rohdaten beim Kunden durchgeführt wird. Dieses Vorgehen macht es noch unwahrscheinlicher, dass unerlaubte Manipulationen an den Daten erfolgen können.
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In vielen Anwendungen sind die Feldgeräte in der Automatisierungstechnik in einer Prozessanlage installiert; beispielsweise läuft in dieser Prozessanlage ein chemischer oder pharmazeutischer Herstellungsprozess eines Produkts. Über die Feldgeräte, Sensoren, Aktoren, aber auch Pumpen wird der Herstellungsprozess gesteuert, so dass letztlich das vom Kunden gewünschte Produkt erzeugt ist. Die Steuerung der Feldgeräte erfolgt entweder von einer Leitwarte her unter Nutzung der in der Automatisierungstechnik üblichen Feldbusprotokolle, wie HART, Fieldbus Foundation, Profibus PA; die Steuerung kann jedoch auch als virtuelle Steuerung in der Cloud realisiert sein.
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Es versteht sich von selbst, dass die Datenkommunikation drahtgebunden oder drahtlos erfolgen kann. Im zuerst genannten Fall handelt es sich bei den Kommunikationsschnittstellen 4 bevorzugt um Feldbusschnittstellen, während das Feldgerät 1 bzw. die Feldgeräte 1 im zweiten Fall mit einer internetfähigen Kommunikationsschnittstelle 4 versehen sein muss/müssen. Selbstverständlich sind in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung auch unterschiedliche Hybridlösungen möglich: beispielsweise erfolgt die Kommunikation auf der Feldebene per Feldbus, während auf der Steuerebene eine Kommunikation über ein Internetprotokoll vorliegt.
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Zur Steuerung einer beliebigen Prozessanlage bedarf es üblicherweise einer großen Anzahl von unterschiedlichen Feldgeräten 1. Je nach Anwendung können durchaus mehrere hundert Feldgeräte in einer Prozessanlage integriert sein. Zur Überwachung des Pegelstandes eines Flusses ist ev. an jeder Brücke zumindest ein Füllstandsmessgerät angebracht. Natürlich gibt es auch Prozesse, bei denen lediglich ein Feldgerät 1 eingesetzt wird.
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Die Feldgeräte 1, auf die die Erfindung Bezug sind, sind ggf. im Besitz des Kunden K, etwa in dem Fall, wenn die Feldgeräte 1 in einer vom Kunden betriebenen Prozessanlage installiert sind. Sie sind üblicherweise jedoch nicht mehr sein Eigentum; vielmehr sind die Feldgeräte 1 bei der erfindungsgemäßen Lösung bevorzugt das Eigentum eines Lieferanten L. Bei dem Lieferanten L handelt es sich beispielsweise um den Hersteller der Feldgeräte 1 oder einen Service Provider. Auch sind die von den Feldgeräten 1 zur Verfügung gestellten Daten DAT – je nach Sachlage – als Eigentum des Lieferanten L anzusehen. Grundsätzlich werden die Eigentumsverhältnisse jeweils in einem entsprechenden und ggf. individuellen Lizenzvertrag LV zwischen dem Kunden K und dem Lieferanten L vereinbart.
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Bei den Daten DAT handelt es sich insbesondere um Messdaten, Steuerdaten, Diagnose- und/oder Statusdaten. Es können aber auch weiterverarbeitete Daten, z.B. Historiendaten, und/oder sonstige für den Kunden K relevante Daten DAT sein. Der Kunde K hat die Entscheidung, ob, wann und auf welche Daten DAT er Zugriff haben möchte.
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Die o.g. Ausführungen, betreffend 1, gelten auch für die nachfolgend in den Figuren 2 und 3 beschriebenen Ausführungsformen.
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Bei dem in 1 beschriebenen Verfahren werden die Daten DAT des zumindest einen Feldgeräts 1 verschlüsselt in einer ersten Service- Plattform SP1 gespeichert, die mit einer zweiten Service-Plattform SP2 in Verbindung steht. Die erste Service-Plattform SP1 wird dezentral mit Hilfe einer Distributed Ledger bzw. der Blockchain BC Technologie betrieben. Sie besteht aus einer Vielzahl von Teilnehmerknoten TK, wobei in jedem Teilnehmerknoten TK jeweils zumindest eine Datenbank DB integriert ist, und wobei in den Datenbanken DB die Daten DAT des Feldgeräts 1 bzw. der Feldgeräte 1 zumindest teilweise gespeichert sind. Bei den Teilnehmerknoten TK kann es sich um Recheneinheiten des Kunden K bzw. einer Vielzahl von Kunden K handeln; ebenso ist es möglich, die Elektronikeinheiten 3 von Feldgeräten 1 als Teilnehmerknoten TK auszugestalten. Jeder Teilnehmerknoten TK kann als Full-Node Version oder als Light-Node Version realisiert sein.
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Unter einer Distributed Ledger bzw. ein Blockchain BC wird eine verteilte Datenbank mit vielen Teilnehmerknoten verstanden, wobei jeder Teilnehmerknoten eine erweiterbare Liste von Daten bzw. Datensätzen enthält. Eine Blockchain besteht aus einer Reihe von Datenblöcken, in denen jeweils eine oder mehrere Transaktionen zusammengefasst und mit einer Prüfsumme versehen sind. Jede Transaktion enthält zumindest einen Teil eines Datensatzes. Die Integrität der Daten, also die Sicherung der Daten gegen nachträgliche Manipulationen, ist durch die Speicherung der kryptografischen Prüfsumme des vorangehenden Datenblocks im jeweils nachfolgenden Datenblock gesichert. Neue Datenblöcke werden in einem rechenintensiven Prozess erschaffen, der Mining genannt wird. Anschließend wird der Datenblock an alle Teilnehmerknoten übermittelt. Daten DAT, die in der Blockchain BC gespeichert sind, können nachträglich nicht mehr geändert oder entfernt werden.
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Etwas detaillierter lässt sich eine Blockchain BC wie folgt beschreiben: In jeder als Teilnehmerknoten TK ausgestalteten Recheneinheit wird aufgrund der generierten Daten DAT jeweils eine Transaktion erstellt. Jede Transaktion enthält neben den Daten DAT des Feldgeräts 1 auch einen entsprechenden Zeitstempel und/oder eine entsprechende Ortsinformation. Jede erstellte Transaktion wird zumindest von einer ersten definierten Anzahl von miteinander verbundenen Teilnehmerknoten TK validiert. In vorgegebenen Zeitabständen wird zumindest eine validierte Transaktion von zumindest einem Teilnehmerknoten TK zu einem Datenblock verarbeitet. Dieser Datenblock wird üblicherweise an alle in der Service Plattform SP1 integrierten Teilnehmerknoten TK übermittelt. Jeder Datenblock wird in dezentral verteilten Datenbanken DB gespeichert, sobald die Daten des Datenblocks von zumindest einer zweiten definierten Anzahl von Teilnehmerknoten TK der Service Plattform SP1 verifiziert sind. In einem als Full-Node ausgestalteten Teilnehmerknoten TK werden dabei alle in der Blockchain BC enthaltenen Datenblöcke gespeichert. In einem als Light-Node ausgestalten Teilnehmerknoten ist im Gegensatz dazu nur eine Teilmenge der Datenblöcke, genauer die letzten 100 bis 200 Datenblöcke, gespeichert. Durch diese Nutzung der Blockchain Technologie kann einem Kunden K, der üblicherweise sichergestellt wissen möchte, dass kein Unbefugter – auch nicht der Lieferant L – unerlaubt Zugriff auf die Daten aus seinem Prozess hat, die notwendige Datensicherheit geboten werden.
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Um Zugriff auf die gespeicherten Daten DAT zu erhalten, schließt der Kunde K mit dem Lieferanten L einen Lizenzvertrag LV ab. In dem Lizenzvertrag LV ist der Zugriff auf die Daten DAT und die entsprechende Bezahlung für den Zugriff auf die Daten DAT geregelt. Beispielsweise werden dem Kunden K die Daten pro Zeiteinheit zur Verfügung gestellt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der Kunde eine ein- oder mehrmalige Bestellung von Daten DAT des Feldgeräts 1 vornimmt. Bevorzugt erfolgt die Bestellung oder die Erstellung des Lizenzvertrags LV über Internet. Der Kunde K kontaktiert hierzu die Service Plattform SP2 des Lieferanten L, wählt aus entsprechenden Vertragsvarianten die für seine Wünsche passende Variante aus und schließt den Lizenzvertrag LV unter Zustimmung zu der entsprechenden Zahlungsverpflichtung ab. Die Service-Plattform SP 2 ist also in der Lage, den Lizenzvertrag LV abzubilden und/oder zu überprüfen. Zumindest ist sie so ausgestaltet, dass die Abwicklung des Lizenzvertrags LV unterstützt wird.
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Entsprechend der in dem Lizenzvertrag LV festgelegten Vereinbarungen oder entsprechend der Bestellung werden dem Kunden K in vorgegebenen Zyklen oder einmalig die Daten DAT über eine entsprechende Transaktion zur Verfügung gestellt; anschließend oder im Voraus erfolgt zu den in dem Lizenzvertrag LV festgelegten Zahlungsmodalitäten die Bezahlung für die zur Verfügung gestellten Daten DAT. Bei dem in 1 visualisierten Verfahren erfolgt die Bezahlung ganz konventionell über ein Geldinstitut bzw. eine Bank B.
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2 zeigt eine schematische Darstellung, die eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht. Bei der Beschreibung der 2 werden lediglich die Unterschiede zur 1 herausgestellt. So wird bei der in 1 dargestellten Ausgestaltung die Blockchain Technologie auf der Service Plattform SP1 verwendet. Die Blockchain bzw. Distributed Ledger dient zur Datenspeicherung und zur Verfügungstellung der Daten DAT. Die Erstellung des Lizenzvertrags und die vereinbarte Bezahlung erfolgt hingegen auf konventionellem Weg.
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Bei der in 2 gezeigten Ausgestaltung ist es gerade umgekehrt: die Datenspeicherung und das zur Verfügungstellen der Daten DAT erfolgt auf konventionellen Wegen. Diese erfüllen dennoch höchste Sicherheitsanforderungen. Die erste Service-Plattform SP1 umfasst zumindest eine Datenbank DB, in der die Daten DAT des Feldgeräts 1 bzw. der Feldgeräte 1 zentral oder dezentral über eine Server-Client-Architektur gespeichert und bereitgestellt werden. Die Datensicherheit wird über eine ausreichende Verschlüsselung und/oder einen individualisierten Datenzugriff gewährleistet. Bei der in 2 beschriebenen Lösung erfolgt die Erstellung und/oder der Abschluss des Lizenzvertrag LV ebenso wie die Bezahlung für die zur Verfügung gestellten Daten DAT über eine Blockchain BC. Zum Einsatz kommt als zweite Service Plattform SP2 bevorzugt ETHERIUM.
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ETHERIUM ist eine Service Plattform SP2 für programmierbare Smart Contracts. Die Smart Contracts betreffen Assets; im hier behandelten Fall, sind die Assets auf der einen Seite Daten DAT und auf der anderen Seite Geld. ETHEREUM basiert auf der bereits zuvor beschriebenen Blockchain bzw. Distributed Ledger Technologie. ETHERIUM bietet die Möglichkeit, programmierbare und intelligente Verträge (SMART CONTRACTS) mit hoher Sicherheit zwischen Vertragsparteien abzuschließen. Hierbei sind Smart Contracts Computerprotokolle, die die Logik von Verträgen abbilden, überprüfen oder deren Abwicklung technisch unterstützen. Eine schriftliche Fixierung des Vertrags wird damit u.U. überflüssig. Jeder Teilnehmerknoten auf der Service Plattform SP2 agiert quasi als Register und Treuhänder, der Eigentümerwechsel durchführen und automatisch überprüfbare Regeln über die Transaktionen abbilden kann. Alle Transaktionen werden stets an alle anderen Teilnehmerknoten repliziert. Die Bezahlung der zur Verfügung gestellten Daten DAT erfolgt gleichfalls über ETHERIUM, wobei bevorzugt eine Kryptowährung verwendet wird. Eine bekannte Kryptowährung ist Bitcoin.
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3 zeigt eine schematische Darstellung, die eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht. Bei dieser Ausführungsform ist sowohl die erste Service Plattform SP1 als auch die zweite Service SP2 in Distributed Ledger bzw. in Blockchain Technologie ausgestaltet. Bezüglich der Ausbildung der ersten Service Plattform als Distributed Ledger oder als Blockchain wird auf die Beschreibung zu der 1 verwiesen. Bezüglich der Ausbildung der zweiten Service Plattform als Distributed Ledger bzw. als Blockchain, insbesondere als ETHERIUM, wird auf die Beschreibung zur 2 verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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