DE102016206874A1

DE102016206874A1 - Steuervorrichtung und System

Info

Publication number: DE102016206874A1
Application number: DE102016206874.1A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Schmidt; Jan Reich; Christian Köhler; Andreas Siebel; Stefan Elmer
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2017-10-26
Also published as: CN107304850A; US10550957B2; US20170307102A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (10; 20; 30) für eine einen Ventilantrieb (41; 51; 61) und eine Ventilarmatur (42; 52; 62) aufweisende Prozessventilbaueinheit (40; 50; 60), wobei die Steuervorrichtung (10; 20; 30) eine Steuereinheit (14; 24; 34) aufweist, die ausgebildet ist, über eine in der Feldebene vorgesehene Kommunikationsschnittstelle (11) ein Steuersignal von einer übergeordneten Steuerung (80), vorzugsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung, zu empfangen und den Ventilantrieb (41; 51; 61) gemäß dem Steuersignal anzusteuern. Erfindungsgemäß weist die Steuervorrichtung (10; 20; 30) ferner eine Lokalbusschnittstelle (12; 22; 32) auf und die Steuereinheit (14; 24; 34) ist ausgebildet, mit einem oder mehreren Geräten der Feldebene über die Lokalbusschnittstelle (12; 22; 32) zu kommunizieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine einen Ventilantrieb und eine Ventilarmatur aufweisende Prozessventilbaueinheit, wobei die Steuervorrichtung eine Steuereinheit aufweist, die ausgebildet ist, über eine in der Feldebene vorgesehene Kommunikationsschnittstelle ein Steuersignal von einer übergeordneten Steuerung, vorzugsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung, zu empfangen und den Ventilantrieb gemäß dem Steuersignal anzusteuern.
Eine solche Steuervorrichtung kann als Positioner, Stellungsregler und/oder Steuerkopf ausgebildet sein und dient dazu, durch Ansteuerung des Ventilantriebs die Stellung eines Ventilglieds der Ventilarmatur festzulegen. Die Ventilarmatur wird im Betrieb von einem Prozessfluid durchströmt. Durch Festlegung des Ventilglieds kann ein Prozessfluidstrom reguliert werden. Das Ventilglieds kann beispielsweise in eine Offen- oder Sperrstellung versetzt werden, um den Prozessfluidstrom freizugeben bzw. zu sperren. Ferner kann es möglich sein, das Ventilglied in eine oder mehrere Stellungen zwischen der Offen- und Sperrstellung zu versetzen, um so eine Durchflussrate des Prozessfluidstroms festzulegen.
Die Ansteuerung des Ventilantriebs durch die Steuervorrichtung erfolgt gemäß einem Steuersignal, das von der übergeordneten Steuerung – beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) aus der Steuerungsebene – erzeugt wird und über eine Kommunikationsverbindung in die Feldebene übertragen wird. Das Steuersignal kann beispielsweise in einer Nachricht übertragen werden. In der Feldebene wird das Steuersignal von einer Kommunikationsschnittstelle empfangen, die beispielsweise an der Steuervorrichtung vorgesehen sein kann. Bei der Kommunikationsschnittstelle handelt es sich insbesondere um eine digitale Schnittstelle, wie beispielsweise eine Feldbusschnittstelle, oder eine analoge Schnittstelle, wie beispielsweise eine analoge Stromschnittstelle.
Die Ansteuerung des Ventilantriebs gemäß dem Steuersignal erfolgt insbesondere anhand eines an die Ventilarmatur bzw. den Ventilantrieb angepassten Steuer- und/oder Reglermodells, das in der Steuereinheit abgelegt ist. Das Steuer- und/oder Reglermodell kann vorzugsweise durch Konfigurationsparameter an die Ventilarmatur bzw. den Ventilantrieb angepasst werden.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, eine Steuervorrichtung mit einer Wartungsschnittstelle auszustatten, an die direkt ein Handbediengerät, beispielsweise ein Wartungsgerät, angeschlossen werden kann, um bestimmte Wartungsprozesse durchzuführen. Die Wartungsschnittstelle ist dabei typischerweise als Point-to-Point-Schnittstelle ausgebildet, d.h. die Wartungsschnittstelle ist nur dafür geeignet, eine Direktverbindung mit einem einzigen, angeschlossenen Gerät – dem Handbediengerät – einzugehen und mit diesem zu kommunizieren.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass in effizienter Weise vielseitigere Einsatzmöglichkeiten geschaffen werden und die Bereitstellung zusätzlicher Funktionen ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß weist die Steuervorrichtung eine Lokalbusschnittstelle auf und die Steuereinheit ist ausgebildet, über die Lokalbusschnittstelle mit einem oder mehreren Geräten der Feldebene zu kommunizieren.
Dadurch, dass die Steuervorrichtung die Lokalbusschnittstelle aufweist, kann sie als Teilnehmer in einen lokalen Bus geschaltet werden. Bei dem lokalen Bus kann es sich insbesondere um einen Bus in der Feldebene handeln – also einen Bus über den ausschließlich in der Feldebene vorhandene Geräte, wie beispielsweise Feldgeräte, miteinander kommunizieren. Aufgrund der durch die Lokalbusschnittstelle bereitgestellten Kommunikationsmöglichkeit mit weiteren in der Feldebene vorhandenen Geräten kann die Steuervorrichtung vielseitiger eingesetzt werden und, insbesondere im Zusammenspiel mit den weiteren Geräten, zusätzliche Funktionen bereitstellen. Bei den weiteren Geräten der Feldebene kann es sich dabei insbesondere um weitere erfindungsgemäße Steuervorrichtungen und/oder mobile oder stationäre Geräte der Feldebene, insbesondere um Feldgeräte, handeln.
Bei der Lokalbusschnittstelle und der Kommunikationsschnittstelle handelt es sich vorzugsweise um verschiedene Busschnittstellen – d.h., die Lokalbusschnittstelle und die Kommunikationsschnittstelle sind nicht miteinander kompatibel. Die Lokalbusschnittstelle und die Kommunikationsschnittstelle dienen insbesondere dazu, Verbindungen zu zwei zueinander nicht kompatiblen Kommunikations- bzw. Bussystemen – nachfolgend auch lokaler Bus bzw. Kommunikationsverbindung genannt – bereitzustellen. Der lokale Bus ist vorzugsweise ausschließlich in der Feldebene vorgesehen, während die Kommunikationsverbindung vorzugsweise einer Kommunikation zwischen verschiedenen Ebenen, insbesondere zwischen der Feldebene und der Steuerungsebene, dient. Als die Kommunikationsverbindung kann beispielsweise ein Feldbus eingesetzt werden, der der Kommunikation zwischen den verschiedenen Ebenen, insbesondere zwischen der Feldebene und der Steuerungsebene, dient.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorzugsweise ist die Lokalbusschnittstelle eine Schnittstelle für einen Multi-Master-Bus. Insbesondere ist die Lokalbusschnittstelle eine CAN-Schnittstelle, eine RS485-Schnittstelle oder eine M-LVDS-Schnittstelle.
Demnach kann die Steuervorrichtung an einen Multi-Master-Bus angeschlossen werden. Ein Multi-Master-Bus ist ein Bus, der mehrere Master, also Teilnehmer, die selbständig auf den Bus zugreifen bzw. senden können, erlaubt. Mehrere erfindungsgemäße Steuervorrichtungen können dabei einen Multi-Master-Bus bilden. Erfindungsgemäße Steuervorrichtungen können somit in beliebiger Zusammensetzung zu einem lokalen Bus zusammengeschlossen werden, ohne dass auf eine bestimmte Master/Slave-Einteilung bzw. -Zuordnung der Steuervorrichtungen geachtet werden müsste.
In bevorzugter Weise ist die Lokalbusschnittstelle dabei als CAN-Schnittstelle ausgebildet.
Bei der Kommunikationsverbindung bzw. dem Feldbus, für den die Kommunikationsschnittstelle vorgesehen ist, handelt es sich hingegen zweckmäßigerweise um einen Bus mit Master/Slave-Einteilung der Bus-Teilnehmer. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Feldbus nicht um einen Multi-Master-Bus.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuereinheit ausgebildet, über die Lokalbusschnittstelle im Zusammenspiel mit einem vorzugsweise direkt an der Lokalbusschnittstelle angeschlossenen oder anschließbaren Handbediengerät Steuerungs-, Einrichtungs- und/oder Wartungsprozesse durchzuführen.
Vorzugsweise ersetzt die Lokalbusschnittstelle dabei eine gemäß dem Stand der Technik an einer Steuervorrichtung angeordnete, eigens für die Durchführung von Wartungsprozessen vorgesehene Wartungsschnittstelle, wie beispielsweise die vorstehend bereits erwähnte Point-to-Point-Wartungsschnittstelle. D.h. insbesondere weist die Steuervorrichtung zusätzlich zur Lokalbusschnittstelle keine weitere Wartungsschnittstelle, insbesondere keine dedizierte und/oder Point-to-Point-Wartungsschnittstelle auf.
Anstelle einer Wartungsschnittstelle, die nur für Wartungsprozesse verwendet werden kann, und in der Regel die meiste Zeit ungenutzt bleibt, wird demnach die Lokalbusschnittstelle vorgesehen, über die ebenfalls Wartungsprozesse durchgeführt werden können und mit welcher zusätzlich dazu ein lokaler Bus mit weiteren Geräten der Feldebene gebildet werden kann. Die Lokalbusschnittstelle bietet aufgrund der Möglichkeit, an einem lokalen Bus teilnehmen zu können, gegenüber der konventionellen Wartungsschnittstelle eine Vielzahl von zusätzlichen, nachstehend im Detail erläuterten Einsatzmöglichkeiten. Gleichzeitig kann die Lokalbusschnittstelle äußerst effizient implementiert werden – d.h. ohne den Gesamtherstellungsaufwand der Steuervorrichtung signifikant zu erhöhen – da sie anstelle der Wartungsschnittstelle vorgesehen werden kann, so dass die Gesamtzahl an Schnittstellen nicht erhöht werden muss.
Bei der Durchführung der Einrichtungs- und/oder Wartungsprozesse werden insbesondere Einrichtungs- und/oder Wartungsdaten von der Steuereinheit über die Lokalbusschnittstelle an das Handbediengerät übertragen und/oder von diesem empfangen. Beispielsweise überträgt die Steuereinheit aufgezeichnete Betriebs-, Zustands-, Sensor-, Diagnose- und/oder Fehlerinformationen an das Handbediengerät oder empfängt diese von dem Handbediengerät. Ferner können zwischen dem Handbediengerät und der Steuereinheit Konfigurationsparameter, Softwarefunktionen und/oder Betriebssoftware, wie beispielsweise Firmware, übertragen werden.
Zweckmäßigerweise ist das Handbediengerät, wie die weiteren Geräte der Feldebene und die Steuervorrichtung selbst, in der Feldebene angeordnet.
Das Handbediengerät kann beispielsweise als Mobilgerät, insbesondere als transportabler Computer, Laptop, Tablet, Handheld und/oder Mobiltelefon ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, über die Lokalbusschnittstelle eine Nutzung wenigstens einer funktionalen Einheit der Steuervorrichtung durch ein oder mehrere der Geräte der Feldebene zu ermöglichen.
Als funktionale Einheit soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit bezeichnet werden, die auf einen Befehl bzw. eine Ansteuerung hin eine bestimmte Funktion bereitstellt bzw. ausführt.
Vorzugsweise handelt es sich bei der wenigstens einen funktionalen Einheit um eine Einheit, die die Steuervorrichtung aufweist, und die bei dem einen oder mehreren der Geräte der Feldebene, die diese nutzen können, selbst nicht vorgesehen ist. Beispielsweise handelt es sich bei der funktionalen Einheit um eine Anzeigeeinheit, wie z.B. ein Display. Über die Lokalbusschnittstelle können von der Steuereinheit nun beispielsweise Nachrichten empfangen werden, die sich auf eine Nutzung wenigstens einer funktionalen Einheit, wie beispielsweise der erwähnten Anzeigeeinheit, beziehen. Die Steuereinheit ist insbesondere ausgebildet, gemäß den empfangenen Nachrichten eine entsprechende Ansteuerung der wenigstens einen funktionalen Einheit durchzuführen. Bei dem genannten Beispiel einer Anzeigeeinheit als die wenigstens eine funktionale Einheit kann sich die über die Lokalbusschnittstelle empfangene Nachricht beispielsweise auf die Anzeige bestimmter Daten durch die Anzeigeeinheit beziehen. Die Steuereinheit empfängt diese Nachricht über die Lokalbusschnittstelle und führt dann eine entsprechende Ansteuerung einer an der Steuervorrichtung vorgesehenen Anzeigeeinheit durch, um gemäß der Nachricht bestimmte Daten auf der Anzeigeeinheit anzuzeigen.
Auf diese Weise wird eine sehr effiziente Nutzung von funktionalen Einheiten der Steuervorrichtung ermöglicht, da diese funktionalen Einheiten nun nicht mehr bloß von der Steuervorrichtung selbst, sondern zusätzlich dazu auch von den mit der Steuervorrichtung über den lokalen Bus verbundenen Geräten der Feldebene verwendet werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuereinheit ausgebildet, über die Lokalbusschnittstelle wenigstens eine funktionale Einheit wenigstens eines der Geräte der Feldebene zu nutzen.
Diese Nutzung einer funktionalen Einheit der Geräte der Feldebene durch die Steuereinheit kann in umgekehrt analoger Weise zu der vorstehend beschriebenen Nutzung einer funktionalen Einheit der Steuervorrichtung durch die Geräte der Feldebene erfolgen.
Insbesondere ist die Steuereinheit dabei ausgebildet, eine Nachricht in Bezug auf die vorzunehmende Nutzung über die Lokalbusschnittstelle auf den lokalen Bus auszugeben. Das Gerät der Feldebene, das die funktionale Einheit umfasst, die genutzt werden soll, empfängt die Nachricht über den lokalen Bus und führt gemäß der empfangenen Nachricht eine Ansteuerung der funktionalen Einheit durch.
Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung zusätzliche Funktionen nutzen, ohne dafür selbst entsprechende funktionale Einheiten aufweisen zu müssen.
Die wenigstens eine funktionale Einheit umfasst insbesondere eine Anzeigeeinheit, eine Eingabeeinheit, eine Sensoreinheit, eine Aktoreinheit, eine Schnittstelleneinheit, vorzugsweise die Kommunikationsschnittstelle, und/oder eine Rechnereinheit.
Der Fall, in dem die funktionale Einheit eine Anzeigeeinheit ist, wurde vorstehend bereits diskutiert und soll an dieser Stelle nicht widerholt werden.
Handelt es sich bei der funktionalen Einheit um eine Eingabeeinheit, wie beispielsweise ein Tastenfeld, ein Knopf und/oder ein Touchscreen, und ist die Eingabeeinheit an einem über den lokalen Bus mit der Steuervorrichtung verbundenen Gerät der Feldebene vorgesehen, so kann über die Eingabeeinheit eine Benutzereingabe erfolgen, die dann von dem Gerät der Feldebene in einer Nachricht auf den lokalen Bus ausgegeben wird. Die Steuereinheit kann nun dazu ausgebildet sein, diese Nachricht über die Lokalbusschnittstelle zu empfangen, die in der Nachricht enthaltene Benutzereingabe auszulesen und in Ansprechen darauf eine durch die Benutzereingabe instruierte Operation durchzuführen. Die Benutzereingabe kann dabei auf eine Aufforderung hin erfolgen, die von einer Anzeigeeinheit des Geräts der Feldebene ausgegeben wird. Vorzugsweise erfolgt die Aufforderung in Reaktion auf eine Nachricht, die von der Steuereinheit über die Lokalbusschnittstelle ausgegeben wird und von dem Gerät der Feldebene empfangen wird.
Ist die Eingabeeinheit hingegen an der Steuervorrichtung vorgesehen, so kann die Steuereinheit ausgebildet sein, eine über die Eingabeeinheit eingegebene Benutzereingabe in einer Nachricht über die Lokalbusschnittstelle auf den lokalen Bus auszugeben, so dass die Nachricht und die darin enthaltene Benutzereingabe von einem der Geräte der Feldebene empfangen und entsprechend ausgewertet werden kann.
Handelt es sich bei der funktionalen Einheit um eine Sensoreinheit, so können von der Sensoreinheit bereitgestellte Sensorsignale über den lokalen Bus zwischen der Steuervorrichtung und den Geräten der Feldebene ausgetauscht werden. Bei der Sensoreinheit kann es sich beispielsweise um einen direkt an der Steuervorrichtung vorgesehenen Temperatursensor oder um einen an der Steuervorrichtung angeschlossenen Prozesssensor handeln. Beispielsweise kann die Sensoreinheit ausgebildet sein, eine Messgröße in Bezug auf den Prozessfluidstrom, wie beispielsweise ein Druck, eine Temperatur, oder eine Durchflussrate, zu erfassen.
Beispielsweise kann die Sensoreinheit an der Steuervorrichtung vorgesehen sein bzw. dieser zugeordnet sein. In diesem Fall kann die Steuereinheit ausgebildet sein, ein von der Sensoreinheit bereitgestelltes Sensorsignal in einer Nachricht über die Lokalbusschnittstelle auf den lokalen Bus auszugeben, so dass die Nachricht und das darin enthaltene Sensorsignal von den Geräten der Feldebene empfangen werden kann. Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, das von der Sensoreinheit bereitgestellte Sensorsignal in Ansprechen auf eine Anfrage von einem Gerät der Feldebene über den lokalen Bus auszugeben.
Ferner kann die Sensoreinheit an einem der Geräte der Feldebene vorgesehen sein und dieses Gerät der Feldebene ausgebildet sein, ein von der Sensoreinheit bereitgestelltes Sensorsignal in einer Nachricht auf den lokalen Bus auszugeben. In diesem Fall kann die Steuereinheit ausgebildet sein, die Nachricht über die Lokalbusschnittstelle zu empfangen, das Sensorsignal aus der Nachricht auszulesen und, optional, ihren Betrieb, vorzugsweise die Ansteuerung des Ventilantriebs, gemäß dem Sendesignal anzupassen.
Ferner kann es sich bei der funktionalen Einheit um eine Aktoreinheit, insbesondere eine Ansteuereinheit wie beispielsweise ein I/P-Wandler – also ein Wandler, der ein elektrisches Signal in ein pneumatisches Signal wandelt – handeln. Die Aktoreinheit kann beispielsweise an der Steuervorrichtung vorgesehen sein und dazu dienen, gemäß einer Ansteuerung durch die Steuereinheit eine Ansteuerung des Ventilantriebs durchzuführen um eine Betätigung der Ventilarmatur zu bewirken. Die Steuereinheit kann nun ausgebildet sein, gemäß einer Nachricht, die über die Lokalbusschnittstelle empfangen wird und beispielsweise von einem der Geräte der Feldebene erzeugt wurde, eine Ansteuerung der Aktoreinheit vorzunehmen, z.B. um die Ventilarmatur in eine Sperr- oder Offenstellung zu versetzen. Auf diese Weise kann es den Geräten der Feldebene ermöglicht werden, die Stellung der Ventilarmatur festzulegen.
Alternativ zu der vorstehend beschriebenen pneumatischen Ausgestaltung kann die Betätigung der Ventilarmatur auch elektrisch erfolgen. In diesem Fall kann als Aktoreinheit ein elektrischer Antrieb vorgesehen werden, der von der Steuereinheit angesteuert wird.
Ferner ist es auch möglich, dass eine Aktoreinheit an einem der Geräte der Feldebene vorgesehen ist und die Steuereinheit ausgebildet ist, eine Nachricht zu erzeugen und über die Lokalbusschnittstelle auszugeben, die bewirkt, dass das Gerät der Feldebene mit der Aktoreinheit eine von der Nachricht instruierte Ansteuerung der Aktoreinheit vornimmt. Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung Aktoreinheiten anderer Geräte der Feldebene ansteuern.
Handelt es sich bei der funktionalen Einheit um eine Schnittstelleneinheit, wie beispielsweise die vorstehend bereits diskutierte Kommunikationsschnittstelle, und ist die Schnittstelleneinheit an der Steuervorrichtung vorgesehen, so kann die Steuereinheit ausgebildet sein, Nachrichten, die von den Geräten der Feldebene auf den lokalen Bus ausgegeben werden und an die übergeordnete Steuerung gerichtet sind, über die Lokalbusschnittstelle zu empfangen und über die Kommunikationsschnittstelle an die übergeordnete Steuerung auszugeben. Ferner kann die Steuereinheit ausgebildet sein, Nachrichten, die sie von der übergeordneten Steuerung über die Kommunikationsschnittstelle empfängt, über die Lokalbusschnittstelle an die Geräte der Feldebene auszugeben.
Ist die Schnittstelleneinheit an einem der Geräte der Feldebene vorgesehen, und beispielsweise als Kommunikationsschnittstelle ausgebildet, die eine Kommunikationsverbindung zu der übergeordneten Steuerung bereitstellt, so kann die Steuereinheit ausgebildet sein, Nachrichten, die an die übergeordnete Steuerung gerichtet sind, über die Lokalbusschnittstelle an das Gerät der Feldebene zu übertragen. Das Gerät der Feldebene kann dann die Nachricht über die Schnittstelleneinheit an die übergeordnete Steuerung übertragen. Ferner kann die Steuereinheit ausgebildet sein, über die Lokalbusschnittstelle Nachrichten von dem Gerät der Feldebene zu empfangen, die das Gerät der Feldebene von der übergeordneten Steuerung über die am Gerät der Feldebene vorgesehene Kommunikationsschnittstelle empfangen und auf den lokalen Bus ausgegeben hat.
Durch eine Weiterleitung von Nachrichten, die über die Kommunikationsschnittstelle empfangen werden, kann zudem eine Redundanz von Kommunikationspfaden geschaffen werden, um so die Betriebssicherheit des Systems zu erhöhen.
Beispielsweise können zwei über den lokalen Bus miteinander verbundene Geräte der Feldebene, beispielsweise zwei erfindungsgemäße Steuervorrichtungen oder eine Steuervorrichtung und ein weiteres Gerät, jeweils eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit der übergeordneten Steuerung aufweisen. Um nun eine Redundanz der Kommunikationspfade zu erzielen, können beide Geräte ausgebildet sein, die jeweils über die Kommunikationsschnittstellen von der übergeordneten Steuerung empfangenen Nachrichten auf den lokalen Bus auszugeben, so dass die Nachrichten über den lokalen Bus von dem jeweils anderen Gerät empfangen werden können. Auf diese Weise empfängt jedes der beiden Geräte die Nachrichten von der übergeordneten Steuerung über zwei verschiedene Kommunikationspfade – zum einen direkt über die eigene Kommunikationsschnittstelle und zum anderen indirekt über die Kommunikationsschnittstelle des jeweils anderen Geräts und den lokalen Bus. Wird einer der beiden Kommunikationspfade unterbrochen, so ist immer noch eine Kommunikation über den jeweils anderen Kommunikationspfad möglich. Die beschriebene Redundanz kann in analoger Weise für Nachrichten von den Geräten der Feldebene zu der übergeordneten Steuerung erfolgen, indem jedes der Geräte die an die übergeordnete Steuerung gerichteten Nachrichten über die eigene Kommunikationsschnittstelle und, zusätzlich dazu, über den lokalen Bus und die Kommunikationsschnittstelle des jeweils anderen Geräts an die übergeordnete Steuerung überträgt.
Ferner kann es sich bei der funktionalen Einheit auch um eine Rechnereinheit, beispielsweise einen Mikroprozessor handeln. Rechenintensive Aufgaben, deren Ergebnisse von einem der Teilnehmer des lokalen Busses, beispielsweise der Steuervorrichtung oder der Geräte der Feldebene, benötigt werden, beispielsweise zur Ansteuerung der Ventilarmatur, können auf diese Weise von einem anderen Teilnehmer des lokalen Busses durchgeführt werden, vorzugsweise von einem Teilnehmer, der über einen besonders rechenstarken Mikroprozessor verfügt. Die rechenintensiven Aufgaben können beispielsweise ein Regler und/oder Steuermodell betreffen, anhand welchem eine Ansteuerung des Ventilantriebs bzw. der Ventilarmatur erfolgt.
Verfügt die Steuervorrichtung über eine entsprechende Rechnereinheit, beispielsweise als Teil der Steuereinheit, so kann die Steuereinheit ausgebildet sein, über die Lokalbusschnittstelle von Geräten der Feldebene ausgegebene Nachrichten zu empfangen, die Aufgaben betreffen, die von der Rechnereinheit auszuführen bzw. zu berechnen sind. Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, gemäß den Nachrichten zu bewirken, dass die Rechnereinheit in den Nachrichten instruierte Aufgaben ausführt bzw. berechnet, und die Ergebnisse in Nachrichten über die Lokalbusschnittstelle an die Geräte der Feldebene ausgibt.
Ist die Rechnervorrichtung an einem der Geräte der Feldebene vorgesehen, so kann die Steuereinheit ausgebildet sein, über die Lokalbusschnittstelle Nachrichten auszugeben, die Aufgaben betreffen, die von der Rechnereinheit auszuführen bzw. zu berechnen sind, und über die Lokalbusschnittstelle Nachrichten zu erhalten, in denen die Ergebnisse der Aufgaben enthalten sind. Die Steuereinheit kann dann beispielsweise die Ansteuerung des Ventilantriebs bzw. der Ventilarmatur gemäß den erhaltenen Ergebnisses durchführen.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit ausgebildet, über die Lokalbusschnittstelle eine Nachricht über funktionale Einheiten der Steuervorrichtung an eines oder mehrere der Geräte der Feldebene zu senden.
Auf diese Weise kann die Steuereinheit den an den lokalen Bus angeschlossenen Geräten der Feldebene mitteilen, über welche funktionale Einheiten sie verfügt. Insbesondere teilt die Steuereinheit anderen Geräten der Feldebene dabei diejenigen funktionalen Einheiten mit, die von den Geräten der Feldebene genutzt werden können. Die Geräte der Feldebene werden somit darüber in Kenntnis gesetzt, welche funktionalen Einheiten für sie über den lokalen Bus verfügbar sind.
Das Senden der Nachricht kann dabei vorzugsweise periodisch, beim erstmaligen Anschluss der Steuervorrichtung an den lokalen Bus und/oder in Ansprechen auf eine bestimmte Aktion, beispielsweise den Empfang einer Nachricht oder eine bestimmte Benutzeraktion bzw. Benutzereingabe, wie z.B. das Drücken einer Taste, erfolgen.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit ausgebildet, über die Lokalbusschnittstelle eine Nachricht über funktionale Einheiten eines oder mehrerer der Geräte der Feldebene zu empfangen.
Auf diese Weise kann sich die Steuervorrichtung darüber informieren, welche funktionalen Einheiten zur Nutzung über den lokalen Bus zur Verfügung stehen. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, intern eine entsprechende Auflistung von zur Verfügung stehenden funktionalen Einheiten aufzustellen bzw. abzulegen. Zweckmäßigerweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, ihren Betrieb gemäß den zur Verfügung stehenden funktionalen Einheiten anzupassen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Steuereinheit ausgebildet, über die Lokalbusschnittstelle Konfigurationsparameter der Steuereinheit, vorzugsweise Konfigurationsparameter eines Steuer- und/oder Reglermodells der Steuereinheit, an eine weitere Steuervorrichtung zu übertragen.
Diese Ausgestaltung dient insbesondere dem einfachen Austausch der Steuervorrichtung. Soll die Steuervorrichtung ausgetauscht werden, beispielsweise dann, wenn sie defekt ist oder eine vorgegebene Lebensdauer bzw. Zyklenzahl überschritten hat, so kann eine Austausch-Steuervorrichtung an die auszutauschende Steuervorrichtung über den lokalen Bus bzw. mittels der Lokalbusschnittstelle angeschlossen werden und die von der Austausch-Steuervorrichtung benötigten Konfigurationsparameter können über die Lokalbusschnittstelle auf die Austausch-Steuervorrichtung übertragen werden. Bei den Konfigurationsparametern kann es sich beispielsweise um Konfigurationsparameter eines Regler- und/oder Steuermodells der Steuereinheit handeln, gemäß welchem die Ansteuerung des Ventilantriebs erfolgt.
Erfindungsgemäß wird ferner ein System aus wenigstens einer ersten und einer zweiten der voranstehend diskutierten, erfindungsgemäßen Steuervorrichtungen bereitgestellt. Die beiden Steuervorrichtungen sind über ihre jeweiligen Lokalbusschnittstellen miteinander kommunikativ verbunden.
Die beiden Steuervorrichtungen bilden zusammen einen lokalen Bus. Insbesondere sind beide Steuervorrichtungen in der Feldebene angeordnet. Vorzugsweise stellen beide Steuervorrichtungen Feldgeräte bzw. Geräte der Feldebene dar.
Vorzugsweise umfasst die erste Steuervorrichtung wenigstens eine funktionale Einheit, vorzugsweise eine Anzeigeeinheit, eine Eingabeeinheit, eine Sensoreinheit, eine Aktoreinheit, eine Schnittstelleneinheit, vorzugsweise die Kommunikationsschnittstelle, und/oder eine Rechnereinheit, und die zweite Steuervorrichtung ist ausgebildet, über die Lokalbusschnittstellen die wenigstens eine funktionale Einheit zu nutzen.
Zweckmäßigerweise umfasst das System eine erste Prozessventilbaueinheit mit einem ersten Ventilantrieb und einer ersten Ventilarmatur, wobei die erste Steuereinheit ausgebildet ist, den ersten Ventilantrieb anzusteuern um die erste Ventilarmatur zu betätigen, und eine zweite Prozessventilbaueinheit mit einem zweiten Ventilantrieb und einer zweiten Ventilarmatur, wobei die zweite Steuereinheit ausgebildet ist, den zweiten Ventilantrieb anzusteuern um die zweite Ventilarmatur zu betätigen.
Insbesondere weist die erste Steuervorrichtung eine Kommunikationsschnittstelle, vorzugsweise eine Feldbusschnittstelle, auf, über die ein Steuersignal von einer übergeordneten Steuerung, vorzugsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung, empfangen werden kann, und die erste Steuereinheit ist ausgebildet, den ersten Ventilantrieb gemäß dem Steuersignal anzusteuern und eine Nachricht gemäß dem Steuersignal über die Lokalbusschnittstellen an die zweite Steuereinheit zu senden, und die zweite Steuereinheit ist ausgebildet, den zweiten Ventilantrieb gemäß der Nachricht anzusteuern.
Auf diese Weise kann durch ein Steuersignal der übergeordneten Steuerung eine Ansteuerung von zwei Ventilantrieben erfolgen. Eine entsprechende Einrichtung der übergeordneten Steuerung ist dazu nicht erforderlich; d.h., die übergeordnete Steuerung muss keine Kenntnis von dem zweiten Ventilantrieb haben.
Zweckmäßigerweise umfasst das System eine Rohranordnung, durch die ein Prozessfluid strömt, wobei die erste und die zweite Ventilarmatur in Bezug auf den Prozessfluidstrom parallel oder seriell in der Rohranordnung angeordnet sind.
Bei einer parallelen Anordnung der Ventilarmaturen in Bezug auf den Prozessfluidstrom kann die Schaltungskapazität des Systems erhöht werden. Sind die parallel zueinander angeordneten Ventilarmaturen beide in Offenstellung, so steht dem Prozessfluidstrom eine größere Durchflussfläche zur Verfügung. Die Ansteuerung der beiden Ventilarmaturen kann dabei, wie vorstehend bereits erläutert, aufgrund der Bereitstellung des lokalen Busses und der Weiterleitung des Steuersignals ohne entsprechende Einrichtung bzw. Kenntnis der übergeordneten Steuerung erfolgen.
Es ist dabei insbesondere möglich, Ventilarmaturen mit unterschiedlichem Durchfluss – beispielsweise eine erste Ventilarmatur mit einem geringen Durchfluss und eine zweite Ventilarmatur mit einem hohen Durchfluss – parallel zueinander anzuordnen. Auf diese Weise kann eine höhere Güte bei der Regelung eines Durchflusses erreicht werden.
Bei einer seriellen Anordnung der Ventilarmaturen in Bezug auf den Prozessventilstrom kann die Betriebssicherheit des Systems erhöht werden. Empfängt die erste Steuereinheit beispielsweise ein Not-Aus- bzw. Sperrsignal von der übergeordneten Steuerung, so kann sie dieses in einer Nachricht über den lokalen Bus an die zweite Steuervorrichtung weiterleiten, so dass beide Steuervorrichtungen die von ihnen angesteuerten Ventilarmaturen in eine Sperrstellung versetzen. Kann nun eine der Ventilarmaturen aufgrund eines Defekts nicht in die Sperrstellung versetzt werden, so wird der Prozessfluidstrom durch die andere, seriell zu der defekten Ventilarmatur angeordneten Ventilarmatur trotzdem gesperrt. Auch hier ist es nicht nötig, dass die übergeordnete Steuerung entsprechend eingerichtet ist.
Beispielhafte Ausführungsformen der vorstehend diskutierten Steuervorrichtung und des Systems werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Dabei zeigt
1 ein Blockdiagramm eines Systems mit drei Steuervorrichtungen.
Die 1 zeigt ein System 1 mit einer ersten Steuervorrichtung 10, einer zweiten Steuervorrichtung 20 und einer dritten Steuervorrichtung 30. Jede der Steuervorrichtungen 10, 20, 30 stellt dabei bereits für sich genommen eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Steuervorrichtungen 10, 20, 30 sind insbesondere als Positioner, Stellungsregler und/oder Steuerköpfe ausgebildet.
Nachfolgend soll zunächst das System 1 erläutert werden, das ein exemplarisches Betriebsumfeld jeder der drei Steuervorrichtungen 10, 20, 30 darstellt.
Das System 1 umfasst eine Feldebene und eine der Feldebene übergeordnete Steuerungsebene. Die Abgrenzung zwischen Feldebene und übergeordneten Steuerungsebene ist in der 1 durch die gestrichelte Linie 9 angedeutet.
In der Steuerungsebene ist eine Steuerung 80 vorgesehen, die beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildet ist.
In der Feldebene umfasst das System 1 drei Baugruppen 3, 5 und 7. Jede Baugruppe weist eine Prozessventilbaueinheit 40, 50, 60 und eine exemplarisch darauf aufgesetzte Steuervorrichtung 10, 20, 30 auf. Die erste Prozessventilbaueinheit 40 ist dabei der ersten Steuervorrichtung 10 zugehörig, die zweite Prozessventilbaueinheit 50 der zweiten Steuervorrichtung 20 und die dritte Prozessventilbaueinheit 60 der dritten Steuervorrichtung 30.
Die Steuervorrichtungen 10, 20, 30 sind über Leitungsabschnitte 121 und 122 miteinander verbunden und so zu einem lokalen Bus 120 zusammengeschlossen. Der lokale Bus ist insbesondere ein Multi-Master-Bus, vorzugsweise ein CAN-Bus.
Das System 1 umfasst ferner ein vorzugsweise als Wartungsgerät ausgebildetes Handbediengerät 90, das über einen Leitungsabschnitt 123 an den lokalen Bus 120 angeschlossen ist. Das Handbediengerät 90 weist eine Lokalbusschnittstelle 92, eine Anzeigeeinheit 97 und eine Eingabeeinheit 98 auf.
Zudem umfasst das System 1 eine Rohranordnung 100, durch die ein Prozessfluid strömt.
Die Prozessventilbaueinheiten 40, 50, 60 umfassen jeweils Ventilantriebe 41, 51, 61 sowie Ventilarmaturen 42, 52, 62. Die Ventilantriebe 41, 51, 61 werden von der jeweils zugehörigen Steuervorrichtung 10, 20, 30 angesteuert und dienen der Betätigung der Ventilarmaturen 42, 52, 62. Bei den Ventilarmaturen 42, 52, 62 handelt es sich beispielsweise um Schrägsitzarmaturen.
Die Ventilarmaturen 42, 52, 62 dienen dazu, den Prozessfluidstrom in der Rohranordnung 100 zu steuern bzw. zu regeln.
Die in der 1 gezeigte Anordnung der Ventilarmaturen 42, 52, 62 in der Rohranordnung 100 ist dabei rein exemplarisch zu verstehen. Die Ventilarmaturen 42, 52, 62 können selbstverständlich auch, je nach Bedarf, anders angeordnet sein und insbesondere auch in verschiedenen bzw. mehreren Rohranordnungen angeordnet sein.
Die Steuervorrichtung 10 ist ausgebildet, über eine exemplarisch als Feldbus ausgebildete Kommunikationsverbindung 110 ein Steuersignal von der übergeordneten Steuerung 80 zu empfangen. Das Steuersignal von der Steuerung 80 wird dabei von einer in der Feldebene vorhandenen exemplarisch als Feldbusschnittstelle ausgebildete Kommunikationsschnittstelle 11 empfangen.
In dem gezeigten Beispiel ist die Kommunikationsschnittstelle 11 an der ersten Steuervorrichtung 10 vorgesehen. Alternativ zu dem gezeigten Beispiel ist es auch möglich, dass die Kommunikationsschnittstelle 11 als eigenständige Einheit ausgebildet ist.
Im gezeigten Beispiel weisen die Steuervorrichtungen 20 und 30 keine eigene Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit der übergeordneten Steuerung 80 auf. Es ist jedoch auch möglich, dass auch die zweite Steuervorrichtung 20 und/oder die dritte Steuervorrichtung 30 jeweils eine entsprechende Kommunikationsschnittstelle aufweisen, die über eine Kommunikationsverbindung, insbesondere den Feldbus 110, mit der übergeordneten Steuerung 80 verbunden ist.
Das prinzipielle Zusammenspiel von Steuervorrichtung, Ventilantrieb und Ventilarmatur verhält sich für die in der 1 gezeigten drei Baugruppen 3, 5 und 7 jeweils gleich, so dass die nachfolgende Erläuterung der ersten Baugruppe 3 in Entsprechung auch für die anderen beiden Baugruppen 5 und 7 gilt.
Die erste Steuervorrichtung 10 weist eine erste Steuereinheit 14 auf, die ausgebildet ist, gemäß dem Steuersignal von der übergeordneten Steuerung 80 eine Ansteuerung des Ventilantriebs 41 vorzunehmen. Zu diesem Zweck gibt die Steuereinheit 14 ein entsprechendes Signal an eine Ansteuereinheit 16 der Steuervorrichtung 10 aus. Bei der Ansteuereinheit 16 handelt es sich beispielsweise um einen I/P-Wandler – also einen Wandler, der ein elektrisches Signal in ein pneumatisches Signal wandelt. In diesem Fall umfasst die Ansteuereinheit 16 beispielsweise ein insbesondere als Magnetventil ausgebildetes Steuerventil, das an einer in der 1 nicht gezeigten Druckluftversorgung angeschlossen ist.
Das von der Ansteuereinheit 16 ausgegebene Signal – im vorstehend diskutierten Beispiel ein pneumatisches Signal – wird an den Ventilantrieb 41 ausgegeben. Der Ventilantrieb 41 ist beispielsweise als pneumatischer Ventilantrieb, insbesondere als pneumatischer Drehantrieb, ausgebildet. Zweckmäßigerweise weist der Ventilantrieb 41 eine oder mehrere in der Figur nicht gezeigte Druckkammern auf, die durch das von der Ansteuereinheit 16 bereitgestellte pneumatische Signal mit Druck beaufschlagt werden können, um so ein in der 1 nicht gezeigtes Stellelement des Ventilantriebs 41, beispielsweise einen Kolben, in Bewegung zu versetzen. Das Stellelement des Ventilantriebs 41 ist wiederum mit einem in der 1 nicht gezeigten Ventilglied der Ventilarmatur 42 mechanisch gekoppelt, so dass über eine Stellungsänderung des Stellelements eine Stellungsänderung des Ventilglieds erzielt werden kann.
Die Ventilarmatur 42 ist in der Rohranordnung 100 des Systems 1 angeordnet und wird von dem Prozessfluid durchströmt. Durch eine Stellungsänderung des Ventilglieds kann der Strom des Prozessfluid reguliert werden.
Im Folgenden wird jede der drei Steuervorrichtungen 10, 20, 30 detailliert erläutert. Wie vorstehend bereits erwähnt, stellt jede der drei Steuervorrichtungen 10, 20, 30 bereits für sich genommen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Die erste Steuervorrichtung 10 stellt eine erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung dar. Die erste Steuervorrichtung 10 umfasst eine erste Lokalbusschnittstelle 12. Die erste Steuereinheit 14 ist ausgebildet mit den Steuervorrichtungen 20, 30 und/oder dem Handbediengerät 90 über die Lokalbusschnittstelle 12 zu kommunizieren. Die Lokalbusschnittstelle ist insbesondere als Schnittstelle für einen Multi-Master-Bus, vorzugsweise als Schnittstelle für einen CAN-Bus ausgebildet.
Aufgrund der durch die erste Lokalbusschnittstelle 12 bereitgestellten Kommunikationsmöglichkeit mit den Steuervorrichtungen 20, 30 und dem Handbediengerät 90 kann die erste Steuervorrichtung 10 vielseitiger eingesetzt werden und, insbesondere im Zusammenspiel mit den Steuervorrichtungen 20, 30 und dem Handbediengerät 90, zusätzliche Funktionen bereitstellen.
Beispielsweise ist die erste Steuereinheit 14 ausgebildet, im Zusammenspiel mit dem Handbediengerät 90 Steuerungs-, Einrichtungs- und/oder Wartungsprozesse durchzuführen. Das Handbediengerät 90 kann dabei, wie in der 1 gezeigt, über den Leitungsabschnitt 123 an den lokalen Bus 120 angeschlossen sein. Im gezeigten Beispiel ist das Handbediengerät 90 dabei an der dritten Steuervorrichtung 30 angeschlossen. Alternativ dazu kann das Handbediengerät 90 jedoch auch direkt an die erste Lokalbusschnittstelle 12 der ersten Steuervorrichtung 10 angeschlossen sein.
Die in der 1 gezeigte erste Steuervorrichtung 10 umfasst mehrere funktionale Einheiten. So umfasst die Steuervorrichtung 10 die bereits vorstehend diskutierte Kommunikationsschnittstelle 11, eine Sensoreinheit 15 sowie eine Ansteuereinheit 16.
Die erste Steuereinheit 14 ist ausgebildet, über die erste Lokalbusschnittstelle 12 eine Nutzung wenigstens einer funktionalen Einheit der ersten Steuervorrichtung 10 durch die Steuervorrichtungen 20, 30 und/oder das Handbediengerät 90 zu ermöglichen.
Beispielsweise kann die erste Steuereinheit 14 ausgebildet sein, eine Nutzung der Kommunikationsschnittstelle 11 durch die Steuervorrichtungen 20, 30 und/oder das Handbediengerät 90 zu ermöglichen. So kann die erste Steuereinheit 14 insbesondere ausgebildet sein, auf den lokalen Bus 120 ausgegebene Nachrichten von der zweiten Steuervorrichtung 20, der dritten Steuervorrichtung 30 und/oder dem Handbediengerät 90 über die erste Lokalbusschnittstelle 12 zu empfangen und, sofern diese Nachrichten an die übergeordnete Steuerung 80 gerichtet sind, diese über die Kommunikationsschnittstelle 11 auf die Kommunikationsverbindung 110 auszugeben, so dass die Nachrichten von der Steuerung 80 empfangen werden können. Folglich können die zweite Steuervorrichtung 20, die dritte Steuervorrichtung 30 und/oder das Handbediengerät 90 Nachrichten an die übergeordnete Steuerung 80 senden, ohne dass sie dafür eine entsprechende Kommunikationsschnittstelle, beispielsweise eine Feldbusschnittstelle, zur direkten Kommunikation über die Kommunikationsverbindung 110 aufweisen müssen.
Ferner kann die erste Steuereinheit 14 ausgebildet sein, Nachrichten, die sie von der übergeordneten Steuerung 80 über die Kommunikationsschnittstelle 11 empfängt, über die Lokalbusschnittstelle 12 an die Steuervorrichtungen 20, 30 und/oder das Handbediengerät 90 auszugeben. Auf diese Weise können die zweite Steuervorrichtung 20, die dritte Steuervorrichtung 30 und das Handbediengerät 90 Nachrichten empfangen, die über die Kommunikationsverbindung 110 von der Steuerungsebene an die in der Feldebene vorgesehene Kommunikationsschnittstelle 11 übertragen werden. Dabei ist es nicht erforderlich, dass die zweite Steuervorrichtung 20, die dritte Steuervorrichtung 30 und/oder das Handbediengerät 90 selber eine Kommunikationsschnittstelle zur direkten Anbindung an die Kommunikationsverbindung 110 aufweisen.
Die erste Steuereinheit 14 ist insbesondere ausgebildet, eine Adresse und/oder einen Nachrichteninhalt von an der Steuervorrichtung 10 ankommenden Nachrichten zu prüfen, um zu bestimmten, ob und gegebenenfalls wie die Nachrichten bzw. die Inhalte der Nachrichten über die Kommunikationsverbindung 110 und/oder den lokalen Bus 120 weiterzuleiten sind.
Die erste Steuervorrichtung 10 kann aufgrund der Lokalbusschnittstelle 12 flexibler eingesetzt werden; sie kann so nämlich auch als Kommunikationsknotenpunkt für die zweite Steuervorrichtung 20, die dritte Steuervorrichtung 30 und/oder das Handbediengerät 90 dienen, um mit der übergeordneten Steuerung 80 zu kommunizieren.
Die erste Steuereinheit 14 kann ferner ausgebildet sein, eine Nutzung der ersten Sensoreinheit 15 durch die Steuervorrichtungen 20, 30 und/oder das Handbediengerät 90 zu ermöglichen.
In diesem Fall kann die erste Steuereinheit 14 ausgebildet sein, von der ersten Sensoreinheit 15 bereitgestellte Sensorsignale über den lokalen Bus 120 an die Steuervorrichtungen 20, 30 und/oder das Handbediengerät 90 zu übertragen. Bei der ersten Sensoreinheit 15 kann es sich beispielsweise um einen direkt an der ersten Steuervorrichtung 10 vorgesehenen Temperatursensor oder um einen an der ersten Steuervorrichtung 10 angeschlossenen Prozesssensor handeln. Der Prozesssensor kann dabei direkt in dem Prozessfluidstrom oder in unmittelbarer Nähe davon angeordnet sein. Insbesondere ist die erste Sensoreinheit 15 ausgebildet, eine Messgröße in Bezug auf den Prozessfluidstrom, wie beispielsweise ein Druck, eine Temperatur, oder eine Durchflussrate, zu erfassen.
Beispielsweise ist die erste Sensoreinheit 15 an der ersten Steuervorrichtung 10 vorgesehen bzw. dieser zugeordnet. In diesem Fall kann die erste Steuereinheit 14 ausgebildet sein, ein von der ersten Sensoreinheit 15 bereitgestelltes Sensorsignal in einer Nachricht über die Lokalbusschnittstelle 12 auf den lokalen Bus 120 auszugeben, so dass die Nachricht und das darin enthaltene Sensorsignal von den Steuervorrichtungen 20, 30 und/oder dem Handbediengerät 90 empfangen werden kann. Die erste Steuereinheit 14 kann ausgebildet sein, das von der ersten Sensoreinheit 15 bereitgestellte Sensorsignal in Ansprechen auf eine Anfrage von den Steuervorrichtungen 20, 30 und/oder dem Handbediengerät 90 über den lokalen Bus auszugeben. Die Anfrage kann beispielsweise in der Form einer Nachricht über den Bus 120 erfolgen.
Auf diese Weise kann die erste Sensoreinheit 15 von mehreren Geräten der Feldebene verwendet werden.
Die erste Steuereinheit 14 ist vorzugsweise ausgebildet, über die Lokalbusschnittstelle 12 eine Nachricht über die zur Verfügung stehenden funktionalen Einheiten der ersten Steuervorrichtung 10 an die Steuervorrichtungen 20, 30 und/oder das Handbediengerät 90 zu senden. Insbesondere ist die erste Steuereinheit 14 ausgebildet, eine solche Nachricht an sämtliche Teilnehmer des lokalen Busses 120 zu senden.
Vorzugsweise enthält die Nachricht eine Auflistung der zur Verfügung stehenden funktionalen Einheiten.
Die Steuereinheit 14 ist ferner ausgebildet, über die Lokalbusschnittstelle 12 wenigstens eine funktionale Einheit der Steuervorrichtungen 20, 30 und/oder des Handbediengeräts 90 zu nutzen.
In dem in der 1 gezeigten Beispiel kann die Steuereinheit 14 beispielsweise die Anzeigeeinheit 37 der dritten Steuervorrichtung 30 oder die Anzeigeeinheit 97 des Handbediengeräts 90 nutzen, um bestimmte Informationen anzuzeigen.
Die erste Steuereinheit 14 der ersten Steuervorrichtung 10 ist beispielsweise ausgebildet, für die anzuzeigenden Informationen eine Nachricht zu erzeugen und diese über die erste Lokalbusschnittstelle 12 auf den lokalen Bus 120 auszugeben. Die Nachricht ist beispielsweise an die dritte Steuervorrichtung 30 adressiert.
Die dritte Steuervorrichtung 30 verfügt über eine dritte Lokalbusschnittstelle 32, über die sie die Nachricht von der ersten Steuervorrichtung 10 empfängt. Die dritte Steuereinheit 34 der dritten Steuervorrichtung 30 ist ausgebildet, gemäß der empfangenen Nachricht eine Ansteuerung der Anzeigeeinheit 38 vorzunehmen, so dass diese die anzuzeigenden Informationen anzeigt.
In analoger Weise kann die erste Steuereinheit 14 ausgebildet sein, eine entsprechende Nachricht an das Handbediengerät 90 zu senden, die dieses über seine Lokalbusschnittstelle 92 empfängt und gemäß welcher eine Ansteuerung der Anzeigeeinheit 97 erfolgt.
Auf diese Weise ist es möglich, Daten der ersten Steuervorrichtung 10 auf einer Anzeige in der Feldebene anzeigen zu lassen, ohne dass die erste Steuervorrichtung 10 dafür eine entsprechende Anzeigeeinheit aufweisen muss.
Die erste Steuereinheit 14 kann ferner dazu ausgebildet sein, eine an der dritten Steuervorrichtung 30 vorgesehene Eingabeeinheit 38 und/oder eine an dem Handbediengerät 90 vorgesehene Eingabeeinheit 98 zu nutzen. Bei der Eingabeeinheit 38 und 98 kann es sich beispielsweise um ein Tastenfeld, ein Knopf und/oder ein Touchscreen handeln.
Über die Eingabeeinheit 38 und/oder 98 kann eine Benutzereingabe erfolgen, die dann von der dritten Steuervorrichtung 30 bzw. dem Handbediengerät 90 in einer an die erste Steuervorrichtung 10 adressierten Nachricht auf den lokalen Bus 120 ausgegeben wird. Die erste Steuereinheit 14 kann nun dazu ausgebildet sein, diese Nachricht über die Lokalbusschnittstelle 12 zu empfangen, die in der Nachricht enthaltene Benutzereingabe auszulesen und in Ansprechen darauf eine durch die Benutzereingabe instruierte Operation durchzuführen. Die Benutzereingabe kann dabei auf eine Aufforderung hin erfolgen, die von der Anzeigeeinheit 37 bzw. 97 ausgegeben wird. Vorzugsweise erfolgt die Aufforderung in Reaktion auf eine Nachricht, die von der ersten Steuereinheit 14 über die Lokalbusschnittstelle 12 an die dritte Steuervorrichtung 30 bzw. das Handbediengerät 90 gesendet wird.
Die erste Steuereinheit 14 ist insbesondere ausgebildet, über die erste Lokalbusschnittstelle 12 eine Nachricht über funktionale Einheiten eines oder mehrerer der Geräte der Feldebene zu empfangen.
Auf diese Weise kann sich die erste Steuervorrichtung 10 darüber informieren, welche funktionalen Einheiten zur Nutzung über den lokalen Bus 120 zur Verfügung stehen. Insbesondere ist die erste Steuereinheit 14 dazu ausgebildet, intern eine entsprechende Auflistung von zur Verfügung stehenden funktionalen Einheiten aufzustellen bzw. abzulegen. Zweckmäßigerweise ist die erste Steuereinheit 14 dazu ausgebildet, ihren Betrieb gemäß den zur Verfügung stehenden funktionalen Einheiten anzupassen. Beispielsweise kann die erste Steuereinheit 14 ausgebildet sein, nur dann eine Nachricht zur Nutzung einer externen funktionalen Einheit auf den lokalen Bus 120 auszugeben, wenn diese in der internen Auflistung aufgeführt ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass unnötige Nachrichten auf den lokalen Bus 120 gegeben werden.
Die zweite Steuervorrichtung 20 stellt eine zweite beispielhafte Ausführungsform dar. Die zweite Steuervorrichtung 20 entspricht im Wesentlichen der ersten Steuervorrichtung 10, weist jedoch im Gegensatz zu dieser keine Kommunikationsschnittstelle zur direkten Anbindung an die Kommunikationsverbindung 110 auf. Ferner verfügt die zweite Steuervorrichtung über keine Sensoreinheit – insbesondere über keinen eigenen Temperatursensor und/oder keinen eigenen Prozesssensor. Die zweite Steuervorrichtung verfügt über eine zweite Lokalbusschnittstelle 22, eine zweite Steuereinheit 24 und eine zweite Ansteuereinheit 26. Die zweite Steuervorrichtung 20 kann in Entsprechung zu den oben erläuterten Ausgestaltungsmöglichkeiten der ersten Steuervorrichtung 10 ausgebildet sein. Insbesondere kann die zweite Steuereinheit 24 ausgebildet sein, über die zweite Lokalbusschnittstelle 22 die Kommunikationsschnittstelle 11, die Sensoreinheit 15, die Anzeigeeinheit 37, die Eingabeeinheit 38, die Anzeigeeinheit 97 und/oder die Eingabeeinheit 98 zu nutzen.
Die dritte Steuervorrichtung 30 stellt eine dritte beispielhafte Ausführungsform dar. Die dritte Steuervorrichtung 30 entspricht im Wesentlichen der zweiten Steuervorrichtung 20, weist im Gegensatz zu dieser jedoch noch zusätzlich die vorstehend bereits erwähnte Anzeigeeinheit 37 und die Eingabeeinheit 38 auf. Die dritte Steuervorrichtung 30 verfügt über eine dritte Lokalbusschnittstelle 32, eine dritte Steuereinheit 34 und eine dritte Ansteuereinheit 36. Die dritte Steuervorrichtung 30 kann in Entsprechung zu den oben erläuterten Ausgestaltungsmöglichkeiten der ersten Steuervorrichtung 10 ausgebildet sein.
Insbesondere kann die dritte Steuereinheit 34 ausgebildet sein, über die dritte Lokalbusschnittstelle 32 die Kommunikationsschnittstelle 11, die Sensoreinheit 15, die Anzeigeeinheit 97 und/oder die Eingabeeinheit 98 zu nutzen. Darüber hinaus ist die dritte Steuervorrichtung 30 ausgebildet, eine Nutzung der Anzeigeeinheit 37 und/oder Eingabeeinheit 38 durch andere Teilnehmer des lokalen Busses 120 zu ermöglichen, wie dies bereits vorstehend erläutert wurde. Insbesondere kann die dritte Steuereinheit 34 ausgebildet sein, eine über die Eingabeeinheit 38 eingegebene Benutzereingabe in einer Nachricht über die Lokalbusschnittstelle 32 auszugeben.
Durch den Zusammenschluss der Steuervorrichtungen 10, 20, 30 zu dem lokalen Bus 120 wird es ferner möglich, auf einfache Weise die Ansteuerungen der jeweiligen Ventilarmaturen 42, 52, 62 zu koordinieren, ohne dass dafür die übergeordnete Steuerung 80 entsprechend eingerichtet werden muss.
Beispielsweise ist die erste Steuereinheit 14 ausgebildet, den ersten Ventilantrieb 41 gemäß einem Steuersignal von der Steuerung 80 anzusteuern und eine Nachricht gemäß dem Steuersignal über die Lokalbusschnittstelle 12 an die zweite Steuereinheit 20 zu senden. Die zweite Steuereinheit 20 ist ausgebildet, die Nachricht zu empfangen und den zweiten Ventilantrieb 51 gemäß der Nachricht anzusteuern.
In analoger Weise kann auch die Ansteuerung der zweiten Ventilarmatur 52 und der dritten Ventilarmatur 62 koordiniert werden. Insbesondere kann die zweite und/oder die dritte Steuereinheit 24, 34 ausgebildet sein, ein Steuersignal bezüglich einer Ansteuerung einer Ventilarmatur zu empfangen und eine diesem Steuersignal entsprechende Nachricht an die dritte bzw. zweite Steuervorrichtung 30, 20 über den lokalen Bus 120 zu übertragen, so dass diese eine entsprechende Ansteuerung der dritten bzw. zweiten Ventilarmatur 52, 62 vornimmt.
Eine solche Koordinierung ist in dem gezeigten Beispiel besonders vorteilhaft, da dort die Ventilarmaturen 52 und 62 in Bezug auf den Prozessfluidstrom parallel zueinander angeordnet sind. In dem in der 1 gezeigten Beispiel fließt das Prozessfluid von links nach rechts durch die Rohranordnung 100, wie durch die in der Rohranordnung 100 dargestellten Pfeile angedeutet. Das Prozessfluid fließt dabei zunächst durch die erste Ventilarmatur 42, teilt sich dann auf zwei parallel zueinander verlaufende Rohrabschnitte 101 und 102 auf, wobei das Prozessfluid in dem ersten Rohrabschnitt 101 durch die zweite Ventilarmatur 52 fließt und das Prozessfluid in dem zweiten Rohrabschnitt 102 durch die dritte Ventilarmatur 62 fließt. Im gezeigten Beispiel wird der Prozessfluidstrom des ersten und des zweiten Rohrabschnitts 101, 102 hinter den Ventilarmaturen 52 und 62 wieder zusammengeführt. Folglich sind die Ventilarmaturen 52 und 62 in Bezug auf den Prozessfluidstrom parallel zueinander angeordnet. Sind nun die Ventilarmaturen 52, 62 beide in Offenstellung, so steht dem Prozessfluidstrom eine größere Durchflussfläche zur Verfügung. Durch die kommunikative Verbindung der beiden Steuervorrichtungen 20 und 30 über den lokalen Bus 120 kann eine entsprechende Koordinierung der Ansteuerung der Ventilarmaturen 52 und 62 auf einfache Weise erfolgen, ohne dass dafür zwingend die übergeordnete Steuerung 80 entsprechend konfiguriert werden müsste.
In dem Beispiel der 1 weisen die Lokalbusschnittstellen 12, 22 und 32 jeweils zwei Leitungsanschlüsse auf. Vorzugsweise handelt es sich dabei jeweils um einen „männlichen“ und einen „weiblichen“ Leitungsanschluss. Der lokale Bus 120 wird dabei durch jede der Lokalbusschnittstellen durchgeschleift. Alternativ dazu ist es natürlich auch möglich, an den Lokalbusschnittstellen 12, 22, 32 jeweils nur einen Leitungsanschluss vorzusehen und diesen über einen T-Stecker an den lokalen Bus 120 anzuschließen.
Die Leitungsabschnitte 121, 122 und/oder 123 können nicht nur der Bildung des lokalen Busses 120 dienen, sondern zusätzlich auch noch zur Spannungsversorgung der Steuervorrichtungen 10, 20, 30 und/oder des Handbediengeräts eingesetzt werden. Zu diesem Zweck können die Leitungsabschnitte 121, 122 und/oder 123 mehradrig ausgebildet sein. Vorzugsweise weisen die Leitungsabschnitte 121, 122 und/oder 123 jeweils zwei Adern für den lokalen Bus 120 sowie zwei Adern für die Spannungsversorgung auf. Die Versorgungsspannung kann dabei von einer in der 1 nicht gezeigten Spannungsquelle bereitgestellt werden und über einen nicht gezeigten Leitungsabschnitt der ersten Steuervorrichtung 10 zugeführt werden. Von dort kann die Versorgungsspannung mittels der Leitungsabschnitte 121, 122 und/oder 123 den Steuervorrichtungen 20, 30 und/oder dem Handbediengerät zugeführt werden.
Die Anschlüsse an den Lokalbusschnittstellen 12, 22, 32 können in Entsprechung dazu mehrpolig, insbesondere wenigstens vierpolig ausgebildet sein. Vorzugsweise handelt es sich um Anschlüsse für eine Rundsteckverkabelung, beispielsweise für einen M8- oder einen M12-Steckanschluss.
Wenn die Spannungsversorgung und der lokale Bus über dieselben Leitungsabschnitte bereitgestellt werden, hat das den Vorteil, dass sich eine Vernetzung der Geräte über den lokalen Bus praktisch „von selbst“ ergibt – nämlich dann, wenn die Geräte an die Versorgungsspannung angeschlossen werden.
Ferner ist es möglich, dass einer der Teilnehmer des lokalen Busses, beispielsweise eine Steuervorrichtung, ein Feldgerät oder ein Gerät der Feldebene, eine Gateway-Funktion bereitstellt bzw. als Gateway ausgebildet ist. Über diesen Teilnehmer kann ein Zugang zu anderen Kommunikationskanälen, wie Feldbus, Wifi, ISDN, Mobilfunk, beispielsweise GSM, bereitgestellt werden.

Claims

Steuervorrichtung (10; 20; 30) für eine einen Ventilantrieb (41; 51; 61) und eine Ventilarmatur (42; 52; 62) umfassende Prozessventilbaueinheit (40; 50; 60), wobei die Steuervorrichtung (10; 20; 30) eine Steuereinheit (14; 24; 34) aufweist, die ausgebildet ist, über eine in der Feldebene vorgesehene Kommunikationsschnittstelle (11) ein Steuersignal von einer übergeordneten Steuerung (80), vorzugsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung, zu empfangen und den Ventilantrieb (41; 51; 61) gemäß dem Steuersignal anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10; 20; 30) ferner eine Lokalbusschnittstelle (12; 22; 32) aufweist und die Steuereinheit (14; 24; 34) ausgebildet ist, mit einem oder mehreren Geräten der Feldebene über die Lokalbusschnittstelle (12; 22; 32) zu kommunizieren.
Steuervorrichtung (10; 20; 30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalbusschnittstelle (12; 22; 32) eine Schnittstelle für einen Multi-Master-Bus ist, und vorzugsweise als CAN-Schnittstelle, RS485-Schnittstelle oder M-LVDS-Schnittstelle ausgebildet ist.
Steuervorrichtung (10; 20; 30) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14; 24; 34) ausgebildet ist, über die Lokalbusschnittstelle (12; 22; 32) im Zusammenspiel mit einem vorzugsweise direkt an der Lokalbusschnittstelle (32) angeschlossenen oder anschließbaren Handbediengerät (90) Steuerungs-, Einrichtungs- und/oder Wartungsprozesse durchzuführen.
Steuervorrichtung (10; 20; 30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14; 24; 34) ausgebildet ist, über die Lokalbusschnittstelle (12; 22; 32) eine Nutzung wenigstens einer funktionalen Einheit der Steuervorrichtung (10; 20; 30) durch ein oder mehrere der Geräte der Feldebene zu ermöglichen.
Steuervorrichtung (10; 20; 30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14; 24; 34) ausgebildet ist, über die Lokalbusschnittstelle (12; 22; 32) wenigstens eine funktionale Einheit wenigstens eines der Geräte der Feldebene zu nutzen.
Steuervorrichtung (10; 20; 30) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionale Einheit eine Anzeigeeinheit (37; 97), eine Eingabeeinheit (38; 98), eine Sensoreinheit (15), eine Aktoreinheit, eine Schnittstelleneinheit, vorzugsweise die Kommunikationsschnittstelle (11), und/oder eine Rechnereinheit umfasst.
Steuervorrichtung (10; 20; 30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14; 24; 34) ausgebildet ist, über die Lokalbusschnittstelle (12; 22; 32) eine Nachricht über funktionale Einheiten der Steuervorrichtung (10; 20; 30) an eines oder mehrere der Geräte der Feldebene zu senden.
Steuervorrichtung (10; 20; 30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14; 24; 34) ausgebildet ist, über die Lokalbusschnittstelle (12; 22; 32) eine Nachricht über funktionale Einheiten eines oder mehreren der Geräte der Feldebene zu empfangen.
Steuervorrichtung (10; 20; 30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14; 24; 34) ausgebildet ist, über die Lokalbusschnittstelle (12; 22; 32) Konfigurationsparameter der Steuereinheit (14; 24; 34), vorzugsweise Konfigurationsparameter eines Steuer- und/oder Reglermodells der Steuereinheit (14; 24; 34), an eine weitere Steuervorrichtung (10; 20; 30) zu übertragen.
System (1) aus wenigstens einer ersten Steuervorrichtung (10) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche und einer zweiten Steuervorrichtung (20) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuervorrichtungen (10, 20) über ihre jeweiligen Lokalbusschnittstellen (12; 22) miteinander kommunikativ verbunden sind.
System (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuervorrichtung (10) wenigstens eine funktionale Einheit, vorzugsweise eine Anzeigeeinheit, eine Eingabeeinheit, eine Sensoreinheit (15), eine Aktoreinheit, eine Schnittstelleneinheit, vorzugsweise die Kommunikationsschnittstelle (11), und/oder eine Rechnereinheit, aufweist und die zweite Steuervorrichtung (20) ausgebildet ist, über die Lokalbusschnittstellen (12; 22) die wenigstens eine funktionale Einheit zu nutzen.
System (1) nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine erste Prozessventilbaueinheit (40) mit einem ersten Ventilantrieb (41) und einer ersten Ventilarmatur (42), wobei die erste Steuereinheit (14) ausgebildet ist, den ersten Ventilantrieb (41) anzusteuern um die erste Ventilarmatur (42) zu betätigen, und eine zweite Prozessventilbaueinheit (50) mit einem zweiten Ventilantrieb (51) und einer zweiten Ventilarmatur (52), wobei die zweite Steuereinheit (24) ausgebildet ist, den zweiten Ventilantrieb (51) anzusteuern um die zweite Ventilarmatur (52) zu betätigen.
System (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuervorrichtung (10) eine Kommunikationsschnittstelle (11) aufweist, über die ein Steuersignal von einer übergeordneten Steuerung (80), vorzugsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung, empfangen werden kann, und die erste Steuereinheit (14) ausgebildet ist, den ersten Ventilantrieb (41) gemäß dem Steuersignal anzusteuern und eine Nachricht gemäß dem Steuersignal über die Lokalbusschnittstellen (12; 22) an die zweite Steuereinheit (20) zu senden, und wobei die zweite Steuereinheit (20) ausgebildet ist, den zweiten Ventilantrieb (51) gemäß der Nachricht anzusteuern.
System (1) nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch eine Rohranordnung (100), durch die ein Prozessfluid strömt, wobei die erste und die zweite Ventilarmatur in Bezug auf den Prozessfluidstrom parallel oder seriell zueinander in der Rohranordnung (100) angeordnet sind.