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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System zum Überprüfen eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Feldgeräte bekannt geworden, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. In der Prozessautomatisierung ebenso wie in der Fertigungsautomatisierung werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, bzw. Sensoren. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, pH-Messung, Füllstandmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktoren verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
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Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.
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In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Kommunikationsnetzwerke wie beispielsweise Feldbusse (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Bei den übergeordneten Einheiten handelt es sich um Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder einen PLC (Programmable Logic Controller). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, insbesondere von Sensoren, erfassten Messwerte werden über das jeweilige Bussystem an eine (oder gegebenenfalls mehrere) übergeordnete Einheit(en) übermittelt, die die Messwerte gegebenenfalls weiterverarbeiten und an den Leitstand der Anlage weiterleiten. Der Leitstand dient zur Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung und Prozessteuerung über die übergeordneten Einheiten. Daneben ist auch eine Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an die Feldgeräte erforderlich, insbesondere zur Konfiguration und Parametrierung von Feldgeräten sowie zur Ansteuerung von Aktoren.
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Vor Produktrelease oder zu Optimierungszwecken ist es notwendig, Gerätefunktionen eines Feldgeräts zu testen. Bei den Gerätefunktionen handelt es sich einerseits um Funktionen der Feldgeräteelektronik, wie beispielsweise die Erhebung von Messwerten, das Umwandeln von Messwerten in Messdaten etc., aber andererseits auch um Softwarefunktionen. Zum Testen dieser Gerätefunktionen wird eine Bedieneinheit an eine Kommunikationsschnittstelle des Feldgeräts angeschlossen. Diese greift über eine im Mikrocontroller des Feldgeräts ausgeführte Firmware auf Parameter und Register zu und liest, bzw. ändert deren Werte, um spezielle Testsituationen zu simulieren.
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Der Umfang des Zugriffs auf Parameter und Register wird jedoch durch die Firmware begrenzt. Um spezielle Gerätefunktionen zu testen, müsste eine neue Version einer Firmware entwickelt werden, mit welcher die alte Version der Firmware überspielt wird. Da sich die Firmware eines jeden Feldgerätetyps unterscheidet, ist dies ein langwieriges und kostenaufwendiges Verfahren.
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Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System vorzustellen, welches es erlaubt, Tests von Gerätefunktionen eines Feldgeräts durchzuführen, welche mittels der auf dem Feldgerät befindlichen Betriebssoftware nicht durchführbar sind.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Überprüfen eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik gelöst, wobei das Feldgerät einen Mikroprozessor, einen Arbeitsspeicher und einen nichtflüchtigen Speicher mit einer vom Mikroprozessor ausführbaren Betriebssoftware, insbesondere einer Firmware, aufweist, wobei die Betriebssoftware derart ausgestaltet ist, auf zumindest eine erste Gerätefunktion des Feldgeräts zuzugreifen, umfassend:
- - Verbinden einer Bedieneinheit mit dem Feldgerät;
- - Übermitteln eines Testprogramms an das Feldgerät mittels der Bedieneinheit;
- - Laden des Testprogramms in den Arbeitsspeicher des Feldgeräts;
- - Ausführen des Testprogramms mittels des Mikroprozessors;
- - Erlauben eines Zugriffs auf zumindest eine zweite, mittels der Betriebssoftware nicht zugreifbare, Gerätefunktion des Feldgeräts durch das Testprogramm; und
- - Verifizieren und/oder Validieren der zweiten Gerätefunktion.
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Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass der Mikroprozessor auf eine zweite Gerätefunktion zugreifen und diese verifizieren, bzw. validieren kann, was alleine mittels der auf dem Feldgerät befindlichen Betriebssoftware nicht möglich ist, ohne die Betriebssoftware verändern zu müssen. Hierfür wird ein Testprogramm in den Arbeitsspeicher des Feldgeräts geladen, welches das Zugreifen des Mikroprozessors auf die zweite Gerätefunktion erlaubt. Unter dem Begriff Betriebssoftware wird insbesondere eine Firmware verstanden. Der Betriebssoftware muss, um für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbar zu sein, lediglich eine Funktion hinzugefügt werden, welche ein Laden des Testprogramms in den Arbeitsspeicher des Feldgeräts ermöglicht.
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Feldgeräte, welche im Zusammenhang mit der Erfindung erwähnt werden, sind bereits im einleitenden Teil der Beschreibung beispielhaft beschrieben.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Testprogramm vorab von einer von dem Feldgerät entfernt angeordneten Datenbank, auf welche zumindest ein Testprogramm gespeichert ist, an die Bedieneinheit übermittelt wird, bzw. von der Bedieneinheit von der Datenbank ausgelesen wird. Hierdurch ist es mitunter möglich, auf einer Vielzahl unterschiedlicher Testprogramme zuzugreifen, die den Zugriff auf weitere Gerätefunktionen des Feldgeräts oder zusätzliche Testmethoden ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Testprogramm nach zumindest einmaligem Ausführen aus dem Arbeitsspeicher gelöscht wird. Dies bietet zum einen den Vorteil, dass der durch das Testprogramm belegte Speicherplatz im Arbeitsspeicher verfügbar, beziehungsweise frei wird, zum anderen den Vorteil, dass ein Unbefugter nicht auf das Testprogramm zugreifen kann.
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Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein System zum Testen von Gerätefunktionen eines Feldgeräts der Automatisierungstechnik gelöst, umfassend:
- - das Feldgerät, welches eine erste Kommunikationsschnittstelle, einen Mikroprozessor, einen Arbeitsspeicher und einen nichtflüchtigen Speicher mit einer vom Mikroprozessor ausführbaren Betriebssoftware, insbesondere einer Firmware umfasst, wobei die Betriebssoftware derart ausgestaltet ist, auf zumindest eine erste Gerätefunktion des Feldgeräts zuzugreifen; und
- - eine mit dem Feldgerät verbindbare Bedieneinheit mit einer zweiten Kommunikationsschnittstelle,
wobei die Bedieneinheit dazu ausgestaltet ist, eine Verbindung mit dem Feldgerät über die erste und die zweite Kommunikationsschnittstelle mittels eines Kommunikationsnetzwerks herzustellen, und ein vom Mikroprozessor ausführbares Testprogramm zum Verifizieren, und/oder Validieren zumindest einer weiteren, mittels der Betriebssoftware nicht zugreifbaren Gerätefunktion, an den Arbeitsspeicher des Feldgeräts zu übermitteln.
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In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das erfindungsgemäße System eine vom Feldgerät entfernt angeordnete Datenbank, auf welcher eine Vielzahl unterschiedlicher Testprogramme geladen ist, wobei die Bedieneinheit dazu ausgestaltet ist, das Testprogramm vor Übermittlung an das Feldgerät aus der Datenbank zu laden. Die Datenbank befindet sich beispielsweise auf einer Rechnereinheit oder auf einer weiteren Bedieneinheit, mit welcher sich die Bedieneinheit des erfindungsgemäßen Systems verbindet. Die Datenbank befindet sich alternativ auf einem Server und ist mittels des Internets durch Cloud Computing WebServices erreichbar.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass sich die Datenbank auf Seiten des Feldgeräteherstellers und/oder des Feldgeräteservices befindet und von diesem in regelmäßigen Abständen aktualisiert wird.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems sieht vor, dass die erste und die zweite Kommunikationsschnittstelle jeweils eine Service-Schnittstelle ist. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine CDI-Schnittstelle, welche in Feldgeräten der Anmelderin verbaut und verwendet wird. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine Debug-Schnittstelle (JTAG- oder FET-Interface) des Mikroprozessors. Neben der ersten Kommunikationsschnittstelle weißt das Feldgerät für gewöhnlich eine weitere Schnittstelle auf, um mit den weiteren Komponenten der Anlage zu kommunizieren, beispielsweise über einen Feldbus.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Kommunikationsschnittstelle jeweils eine Kommunikationsschnittstelle zum Anschluss an ein LAN-/WAN-Netzwerks oder an einen Feldbus, oder eine analoge Schnittstelle ist. Handelt es sich um eine analoge Schnittstelle, wird diese insbesondere an eine Stromschleife mit Spannungswerten von 1V bis 5 V, beziehungsweise Stromwerte von 4 mA bis 20 mA angeschlossen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die erste Schnittstelle und die weitere, für die Kommunikation mit den weiteren Komponenten vorgesehene, Schnittstelle als eine einzige Schnittstelle ausgestaltet sind. Die Bedieneinheit verbindet sich in diesem Fall mit dem Feldbus und sendet über diesen das Testprogramm an das Feldgerät.
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Des Weiteren können die Schnittstellen als auch Funkschnittstellen ausgestaltet sein, um das Testprogramm drahtlos zum Feldgerät zu übermitteln.
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Gemäß einer zweiten vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das Kommunikationsnetzwerk ein WAN-/LAN-Netzwerk, insbesondere um das Internet, oder einen Feldbus der Automatisierungstechnik aufweist. Prinzipiell kann hierfür jedes gebräuchliche Protokoll eines WAN- oder LAN-Netzwerks verwendet werden. Es kann aber auch ein Feldbusnetzwerk der Automatisierungstechnik, wie Foundation Fieldbus®, Profibus®, HART®, Modbus®, etc. verwendet werden. Es kann sich hierbei, unter Verwendung von Funkschnittstellen, um ein Drahtlosnetzwerk, beispielsweise WLAN, Bluetooth oder ZigBee handeln.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die Bedieneinheit eine Rechnereinheit, insbesondere einen PC, eine mobile Bedieneinheit oder ein mobiles Endgerät umfasst. Bei der mobilen Bedieneinheit handelt es sich beispielsweise um den Field Xpert, welcher von der Anmelderin vertrieben wird. Bei dem mobilen Endgerät handelt es sich insbesondere um ein Tablet oder um ein Smartphone. Die Bedieneinheit muss hierfür hardwareseitig nicht verändert werden.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
- 1: ein System zum Überprüfen eines Feldgeräts der Automatisierungstechnik nach dem Stand der Technik; und
- 2: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems.
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1 zeigt ein System zum Überprüfen eines Feldgeräts der Automatisierungstechnik nach dem Stand der Technik. Zum Testen von Gerätefunktionalitäten eines Feldgeräts FG wird dessen Kommunikationsschnittstelle KS1 mit einer Kommunikationsschnittstelle KS2 einer Bedieneinheit BE mittels eines Kommunikationsnetzwerks KN verbunden. Das Feldgerät FG weist dabei neben einem Messaufnehmer, beispielsweise einem Drucksensor, eine Elektronikeinheit auf. Diese Elektronikeinheit weist unter anderem einen Mikroprozessor µP, einen Arbeitsspeicher RAM und einen nichtflüchtigen Speicher SP auf. Die Steuerung des Feldgeräts FG erfolgt durch den Mikroprozessor mit Hilfe eine Betriebssoftware FW, auch Firmware genannt. Die Betriebssoftware FW ist im nichtflüchtigen Speicher SP gespeichert und wird von dem Mikroprozessor µP ausgeführt.
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Zum Testen von den Gerätefunktionalitäten greift ein Bediener mittels seiner mit dem Feldgerät FG verbundenen Bedieneinheit BE auf die Betriebssoftware FW zu und erhält durch diese die Möglichkeit, Werte von Parameter und Registern zu lesen und zu ändern, um dadurch spezielle Testsituationen für zumindest eine erste Gerätefunktionalität durchzuführen. Der Nachteil besteht hierbei darin, dass die Betriebssoftware FW nur einen begrenzten Zugriff auf Parameter und Register einiger weniger Gerätefunktionalitäten erlaubt. Für weiterführende Tests müsste die Betriebssoftware FW angepasst, bzw. verändert werden.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems. Durch dieses wird das im Stand der Technik auftretende Problem der betriebssoftwareseitigen Limitierung der Gerätefunktionalitäten, bzw. des eingeschränkten Zugriffs auf bestimmte Parameter und Register behoben.
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In einer von der Bedieneinheit BE und dem Feldgerät FG entfernt angeordneten Datenbank DB sind eine Vielzahl von Testprogrammen TP gespeichert. Der Bediener verbindet seine Bedieneinheit BE mit der Datenbank DB, vorzugsweise mittels des Internets, und lädt das Testprogramm TP auf die Bedieneinheit BE.
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Nach Herstellen einer Verbindung der Bedieneinheit BE mit dem Feldgerät FG über das Kommunikationsnetzwerk KN übermittelt der Bediener das Testprogramm TP an das Feldgerät. Die Betriebssoftware FW ist hierfür derart ausgestaltet, dass diese es ermöglicht, das Testprogramm TP anzufordern und in den Arbeitsspeicher RAM des Feldgeräts FG zu laden und im Mikroprozessor µP auszuführen. Das ausgeführte Testprogramm TP erlaubt einen erweiterten Zugriff auf Gerätefunktionalitäten, in diesem Beispiel einer zweiten Gerätefunktionalität, welche es erlaubt, den Heap oder den Stack (Programmspeicher) zu überschreiben um SIL-Maßnahmen zu überprüfen.
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Es kann hierbei vorgesehen sein, dass der Bediener auf das Testprogramm TP direkt zugreift, oder über das Betriebsprogramm FW auf das Testprogramm TP zugreift, wobei das Testprogramm TP quasi als Ergänzung des Betriebsprogramm FW verstanden werden kann. In letzterem Fall ist eine Schnittstelle zwischen dem Testprogramm TP und dem Betriebsprogramm FW vorgesehen.
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Nach Beendigung des Tests wird das Testprogramm TP aus dem Arbeitsspeicher RAM des Feldgeräts FG entfernt. Dies bietet zum einen den Vorteil, dass der durch das Testprogramm TP belegte Speicherplatz im Arbeitsspeicher RAM frei wird, zum anderen den Vorteil, dass ein Unbefugter nicht auf das Testprogramm TP zugreifen kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den großen Vorteil, dass die Betriebssoftware FW selbst nicht für spezifische Tests von Gerätefunktionen verändert werden muss. Das Testprogramm TP kann Zugriff auf eine beliebige Anzahl an Gerätefunktionen in beliebiger Anzahl gewähren. Um eine Gerätefunktion mittels eines neuen Testverfahrens zu überprüfen, muss lediglich das jeweilige Testprogramm TP angepasst werden, die Betriebssoftware FW selbst muss hierbei nicht verändert werden.
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Es versteht sich von selbst, dass die gezeigten Ausführungsbeispiele ausschließlich beispielhafter Natur sind und das erfindungsgemäße Verfahren mit jeglicher Art und Anordnung von Feldgeräten FG ausführbar sind. Des Weiteren können beliebige weitere Gerätefunktionen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bzw. System, überprüft werden.
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Bezugszeichenliste
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- BE
- Bedieneinheit
- DB
- Datenbank
- FG
- Feldgerät
- FW
- Betriebssoftware
- KN
- Kommunikationsnetzwerk
- KS1, KS2
- Kommunikationsschnittstellen
- µP
- Mikroprozessor
- RAM
- Arbeitsspeicher
- SP
- nichtflüchtiger Speicher
- TP
- Testprogramm
