DE102017121744A1

DE102017121744A1 - field device

Info

Publication number: DE102017121744A1
Application number: DE102017121744.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Isenmann
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2019-03-21

Abstract

Feldgerät (1) mit einem Gehäuse (3), einem Sensor (5), einer in dem Gehäuse (3) angeordneten Elektronikeinheit (6) und einem Funkmodul, wobei die Elektronikeinheit oder das Funkmodul eine magnetisch aktivierbare Schaltvorrichtung zur Aktivierung des Funkmoduls aufweist.

Field device (1) having a housing (3), a sensor (5), an electronics unit (6) arranged in the housing (3) and a radio module, the electronics unit or the radio module having a magnetically activatable switching device for activating the radio module.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Feldgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a field device according to the preamble of patent claim 1.

In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandmessgeräte, Grenzstandmessgeräte und Druckmessgeräte mit Sensoren, die die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Grenzstand oder Druck erfassen. Häufig sind solche Feldgeräte mit übergeordneten Einheiten, zum Beispiel Leitsystemen oder Steuereinheiten, verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung und/oder Prozessüberwachung. Die aus dem Stand der Technik bekannten Feldgeräte weisen in der Regel ein Gehäuse, einen Sensor und eine in dem Gehäuse angeordnete Elektronikeinheit auf.In process automation technology, field devices are often used to detect and / or influence process variables. Examples of such field devices are level gauges, point level gauges and pressure gauges with sensors that record the corresponding process variables level, limit level or pressure. Frequently, such field devices are connected to higher-level units, for example control systems or control units. These higher-level units are used for process control, process visualization and / or process monitoring. The field devices known from the prior art generally have a housing, a sensor and an electronic unit arranged in the housing.

Die Energie- und/oder Signalübertragung zwischen Feldgerät und übergeordneten Einheiten erfolgt häufig nach dem bekannten 4 mA bis 20 mA Standard, bei dem eine 4 mA bis 20 mA Stromschleife beziehungsweise eine Zweidrahtleitung zwischen dem Feldgerät und der übergeordneten Einheit ausgebildet ist. Zusätzlich zu der analogen Übertragung von Signalen besteht die Möglichkeit, dass die Messgeräte gemäß verschiedenen anderen Protokollen, insbesondere digitalen Protokollen, weitere Informationen an die übergeordnete Einheit übermitteln oder von dieser empfangen. Beispielhaft seien hierfür das HART-Protokoll oder das Profibus-PA-Protokoll genannt.The energy and / or signal transmission between field device and higher-level units is often carried out according to the known 4 mA to 20 mA standard, in which a 4 mA to 20 mA current loop or a two-wire line between the field device and the parent unit is formed. In addition to the analogue transmission of signals, there is the possibility that the measuring devices, according to various other protocols, in particular digital protocols, transmit or receive further information to or from the higher-level unit. By way of example, the HART protocol or the Profibus PA protocol may be mentioned here.

Die Energieversorgung dieser Feldgeräte erfolgt ebenfalls über das 4 mA bis 20 mA Stromsignal, sodass neben der Zweidrahtleitung keine zusätzliche Versorgungsleitung notwendig ist. Um den Verdrahtungs- und Installationsaufwand sowie die Sicherheitsmaßnahmen, beispielsweise beim Einsatz in explosionsgeschützten Bereichen, so gering wie möglich zu halten, ist es auch nicht gewünscht, zusätzliche Stromversorgungsleitungen vorzusehen.The power supply of these field devices is also provided via the 4 mA to 20 mA current signal, so that no additional supply line is required in addition to the two-wire line. In order to minimize the wiring and installation costs and the safety measures, for example when used in explosion-proof areas, it is also not desirable to provide additional power supply lines.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise externe Bedieneinheiten bekannt, die zur Kommunikation mit dem Feldgerät physikalisch an die 4 mA bis 20 mA Stromschleife angeschlossen werden, um so die Bedienung des Feldgerätes über die 4 mA bis 20 mA Stromschleife mittels eines digitalen Protokolls, bspw. gemäß dem HART-Protokoll, zu ermöglichen. Derartige externe Bedieneinheiten weisen den Nachteil auf, dass sie wie bereits erwähnt, physikalisch an die 4 mA bis 20 mA Stromschleife angeschlossen werden müssen. Hierzu muss die Zweidrahtleitung derartig modifiziert, beispielsweise abisoliert und/oder durchtrennt, werden, sodass die Bedieneinheit angeschlossen werden kann. Dies stellt einen relativ hohen Aufwand dar und ist vor Ort nicht immer ohne Weiteres zu bewerkstelligen.From the prior art, for example, external control units are known, which are physically connected to communicate with the field device to the 4 mA to 20 mA current loop, so the operation of the field device via the 4 mA to 20 mA current loop by means of a digital protocol, eg. according to the HART protocol. Such external control units have the disadvantage that, as already mentioned, they must be physically connected to the 4 mA to 20 mA current loop. For this purpose, the two-wire line must be modified in such a way, for example, stripped and / or severed, so that the control unit can be connected. This represents a relatively high cost and is not always easy to do locally.

Aus dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, Funkmodule zur leichteren Bedienung von Feldgeräten zu verwenden. Es sind Lösungen bekannt, bei denen die Feldgeräte integrierte Funkmodule aufweisen, Funkmodule nachgerüstet werden oder in einem Messumformerspeisegerät, einer Einrichtung zur Energieversorgung der Feldgeräte, angeordnet sind. Insbesondere bei den Varianten mit integriertem Funkmodul oder mit einem Funkmodul, das nachgerüstet werden soll, besteht im Stand der Technik das Problem, dass bei einer Energieversorgung über die 4 mA bis 20 mA Stromschleife nur äußerst geringe Leistungen zur Verfügung stehen und die über die Stromschleife zuführbare Energie teilweise nicht ausreicht, um das Funkmodul, die Elektronikeinheit und den Sensor gleichzeitig mit ausreichend Energie zu versorgen, sodass ein Betrieb nicht oder nur erschwert möglich ist.From the prior art, it is also known to use wireless modules for easier operation of field devices. Solutions are known in which the field devices have integrated radio modules, radio modules are retrofitted or arranged in a transmitter power supply, a device for powering the field devices. Particularly in the variants with integrated radio module or with a radio module that is to be retrofitted, the problem in the prior art is that only very low power is available for a power supply via the 4 mA to 20 mA current loop and that can be fed via the current loop Energy is sometimes not sufficient to provide the radio module, the electronics unit and the sensor at the same time with sufficient energy, so that operation is not possible or only with difficulty.

Im Stand der Technik sind hierfür Lösungen bekannt, bei denen das Funkmodul mit einer eigenen Versorgungsleitung versehen ist oder zusätzliche Batterien zum Betrieb des Funkmodules in dem Feldgerät vorgesehen sind. Eigene Versorgungsleitungen bedingen aber den oben genannten erhöhten Installations- und Sicherheitsaufwand, der vermieden werden soll. Um Energie zu sparen, kann es daher vorteilhaft sein, das Funkmodul nicht permanent betrieben wird, sondern nur bei Bedarf.In the prior art solutions for this purpose are known in which the radio module is provided with its own supply line or additional batteries for the operation of the radio module are provided in the field device. Own supply lines but require the above-mentioned increased installation and security costs, which should be avoided. To save energy, it may therefore be advantageous that the radio module is not operated permanently, but only when needed.

Sämtliche mit Funkmodulen ausgerüsteten Feldgeräte bringen dabei zusätzlich das Risiko mit sich, dass diese nicht immer vollständig kontrollierbar sind, sodass ein ungewolltes Bedienen oder auch eine bewusste Manipulation nicht jederzeit ausgeschlossen oder verhindert werden kann. Insbesondere Angriffe durch gezielte Manipulation von Feldgeräten stellen ein zunehmendes Risiko dar, das mit der vorliegenden Erfindung ausgeschlossen werden soll.In addition, all field devices equipped with radio modules involve the risk that these are not always completely controllable, so that unintentional operation or deliberate manipulation can not always be ruled out or prevented. In particular, attacks by targeted manipulation of field devices represent an increasing risk that is to be excluded with the present invention.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Feldgerät mit vorzugsweise modularem Aufbau derart weiterzubilden, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile und Risiken vermieden werden.The invention is therefore based on the object, a known field device with preferably modular structure in such a way that the known from the prior art disadvantages and risks are avoided.

Diese Aufgabe wird durch ein Feldgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a field device having the features of patent claim 1.

Ein erfindungsgemäßes Feldgerät mit einem Gehäuse, einem Sensor, einer in dem Gehäuse angeordneten Elektronikeinheit und einem Funkmodul zeichnet sich dadurch aus, dass die Elektronikeinheit oder das Funkmodul eine magnetisch aktivierbare Schaltvorrichtung zur Aktivierung und/oder Deaktivierung des Funkmoduls aufweist.A field device according to the invention with a housing, a sensor, an electronics unit arranged in the housing and a radio module is characterized in that the electronic unit or the radio module has a magnetically activatable switching device for activating and / or deactivating the radio module.

Auf diese Weise wird eine berührungsloses Ein- und Ausschalten des Funkmoduls möglich, sodass einerseits durch eine Deaktivierung des Funkmoduls in Zeiten, in denen es nicht benötigt wird, Energie eingespart und andererseits eine Benutzung des Funkmoduls nur für Personenkreise ermöglicht wird, die unmittelbaren Zugang zu dem Feldgerät haben. Wenn das Funkmodul vollständig deaktiviert ist, können beispielsweise Suchvorgänge nach verfügbaren Kommunikationspartnern oder dergleichen vollständig unterbunden werden. Auf diese Weise kann ein deutlich reduzierter Energieverbrauch erreicht werden. In this way, a non-contact switching on and off of the radio module is possible, so on the one hand by a deactivation of the radio module in times when it is not needed, saves energy and on the other hand, a use of the radio module is only possible for people who have direct access to the Have field device. If the radio module is completely deactivated, searches for available communication partners or the like, for example, can be completely prevented. In this way, a significantly reduced energy consumption can be achieved.

Die Schaltvorrichtung kann zur Detektion eines Magnetfeldes beispielsweise einen oder mehrere Reed-Kontakte und/oder Hall-Sensoren aufweisen.The switching device may have, for example, one or more reed contacts and / or Hall sensors for detecting a magnetic field.

Reed-Kontakte und Hall-Sensoren sind gut erprobt und günstig erhältlich. Auf diese Weise kann auf kostengünstige Weise eine zuverlässige Magnetfelddetektion erreicht und somit ein zuverlässiges Schaltverhalten erreicht werden. Die Betätigung der Schaltvorrichtung kann so bspw. durch einen magnetisieren Schraubendreher, einen mitgeführten Permanentmagneten oder einen anderen magnetisierten Gegenstand erfolgen.Reed contacts and Hall sensors are well proven and inexpensive. In this way can be achieved in a cost effective manner a reliable magnetic field detection and thus a reliable switching behavior can be achieved. The operation of the switching device can be done, for example, by a magnetizing screwdriver, a permanent magnet or another magnetized object.

Von der Schaltvorrichtung erzeugte Signale könne über einen Controller, bspw. einen Microcontroller, der mit der Schaltvorrichtung verbunden ist, verarbeitet werden, wobei eine Aktivierung bzw. Deaktivierung des Funkmoduls durch den Controller stattfindet.Signals generated by the switching device can be processed via a controller, for example a microcontroller, which is connected to the switching device, with activation or deactivation of the radio module taking place by the controller.

Durch die Verwendung eines Controllers zur Signalverarbeitung wird es außerdem möglich, dass das Signal zur Aktivierung oder Deaktivierung des Funkmoduls eine Sequenz ist. Eine solche Sequenz, die bspw. durch mehrfaches Annähern und Entfernen eines Permanentmagneten für bestimmte Zeitintervalle erzeugt werden kann, kann ein versehentliches oder ungewolltes Auslösen eines Schaltvorganges verhindert werden. Sind mehrere Reed-Kontakte und/oder Hall-Sensoren an unterschiedlichen Stellen verbaut, kann eine Sequenz auch durch Annähern der unterschiedlichen Sensoren in einer bestimmten Reihenfolge erzeugt werden. Durch unterschiedliche Sequenzen können auch verschiedene Funktionen aktiviert und deaktiviert werden.By using a signal processing controller, it is also possible that the signal for activating or deactivating the radio module is a sequence. Such a sequence, which can be generated, for example, by repeatedly approaching and removing a permanent magnet for specific time intervals, an accidental or unintentional triggering of a switching operation can be prevented. If several reed contacts and / or Hall sensors are installed at different locations, a sequence can also be generated by approximating the different sensors in a specific sequence. By different sequences also different functions can be activated and deactivated.

Für den Verbindungsaufbau über Bluetooth wird zur Absicherung gegen unberechtigte Verbindungsaufnahmen in der Regel ein Kennwort oder Preshared Key verwendet. Geht dieses Kennwort beim Anwender verloren, ist eine weitere Verbindungsaufnahme mit dem Feldgerät nicht mehr möglich. Mit Hilfe der magnetisch aktivierbaren Schaltvorrichtung kann beispielsweise dieses Kennwort deaktiviert oder auf einen Defaultwert zurückgesetzt werden, so dass erneut eine Verbindungsaufnahme möglich wird. Die Deaktivierung des Kennworts über die magnetisch aktivierbare Schaltvorrichtung kann nach Betätigung zeitlich begrenzt sein.For establishing a connection via Bluetooth, a password or preshared key is usually used to protect against unauthorized connection recordings. If this password is lost by the user, further connection with the field device is no longer possible. With the help of the magnetically activated switching device, for example, this password can be disabled or reset to a default value, so that again a connection recording is possible. The deactivation of the password via the magnetically activated switching device may be limited in time after actuation.

In einer Weiterbildung kann die Elektronikeinheit oder das Funkmodul eine Zeiterfassungseinheit aufweisen. So wird es möglich, das Funkmodul nach einer Aktivierung für eine vorgebbare Zeitdauer zu aktivieren und nach dieser vorgebbaren Zeitdauer automatisch wieder zu deaktivieren. Auf diese Weise kann effektiv vermieden werden, dass das Funkmodul nach einer Aktvierung dauerhaft im eingeschalteten Zustand verweilt und somit Energie verschwendet wird und/oder ein Sicherheitsrisiko besteht.In a further development, the electronic unit or the radio module can have a time recording unit. This makes it possible to activate the radio module after activation for a predefinable period of time and to automatically deactivate it again after this predefinable time period. In this way, it can be effectively avoided that the radio module remains permanently in the switched-on state after an activation and thus energy is wasted and / or a security risk exists.

Die Nutzung einer magnetisch aktivierbaren Schaltvorrichtung eignet sich besonders für Feldgeräte, die bedieneinheitfrei ausgebildet sind, da bei solchen Feldgeräten eine Aktivierung und Deaktivierung des Funkmoduls über einer Bedieneinheit, beispielsweise über eine Eingabemenü, nicht möglich ist. Durch die Verwendung einer gesonderten Schaltvorrichtung kann dieser Nachteil kostengünstig behoben werden.The use of a magnetically activatable switching device is particularly suitable for field devices that are formed without user-defined, since in such field devices activation and deactivation of the radio module via a control unit, for example via an input menu, is not possible. By using a separate switching device, this disadvantage can be solved inexpensively.

Vorteilhafterweise ist die Schaltvorrichtung innerhalb des Gehäuses angeordnet, sodass sie gegenüber äußeren Einflüssen, wie z.B. Witterungseinflüssen, geschützt ist.Advantageously, the switching device is arranged inside the housing so that it is resistant to external influences, such as e.g. Weather conditions, is protected.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung eingehend erläutert.The present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.

Es zeigt:

1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Feldgeräts gemäß der vorliegenden Anmeldung.

It shows:

1 a simplified block diagram of a field device according to the present application.

1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Feldgeräts 1 mit einer in einem Gehäuse 3 angeordneten Elektronikeinheit 6 sowie eine mit der Elektronikeinheit 6 in Verbindung stehenden Sensor 5. Die Elektronik die Elektronikeinheit 6 weist ferner ein Funkmodul 7 sowie einen mit dem Funkmodul 7 in Verbindung stehenden Controller 11 auf. Der Controller 11 ist mit einer magnetisch aktivierbaren Schaltvorrichtung 9, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Reed-Kontakt ausgebildet ist verbunden. Über einen Permanentmagneten 19 kann der Reed-Kontakt 9 ausgelöst und damit über den Controller 11 das Funkmodul 7 aktiviert werden. Eine Aktivierung bzw. Deaktivierung des Funkmoduls 7 findet im Controller 11 über eine Kontrollschnittstelle 17, über die der Controller 11 mit dem Funkmodul 7 verbunden ist statt. Ist das Funkmodul 7 aktiviert, erfolgt ein Datenaustausch über eine Datenschnittstelle 15 des Controllers 11. 1 shows a simplified block diagram of a field device 1 with one in a housing 3 arranged electronic unit 6 and one with the electronics unit 6 related sensor 5 , The electronics the electronics unit 6 also has a radio module 7 as well as one with the radio module 7 related controller 11 on. The controller 11 is with a magnetically activated switching device 9 , which is formed in the present embodiment as a reed contact connected. About a permanent magnet 19 can the reed contact 9 triggered and thus over the controller 11 the radio module 7 to be activated. An activation or deactivation of the radio module 7 takes place in the controller 11 via a control interface 17 about which the controller 11 with the radio module 7 connected is held. Is the radio module 7 activated, a data exchange takes place via a data interface 15 of the controller 11 ,

Der Controller 11 weist ferner eine Zeiterfassungseinheit 13 auf, die dazu geeignet ist, das Funkmodul 7 nach einer erfolgten Aktivierung nach einer vorgebbaren Zeitdauer wieder zu deaktivieren. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass das Funkmodul 7 nach einer Aktivierung dauerhaft aktiviert bleibt und damit Energie verschwendet und ein Sicherheitsrisiko darstellt.The controller 11 also has a time recording unit 13 on which is suitable, the radio module 7 after a successful activation after a predetermined period of time again disable. In this way it can be avoided that the radio module 7 remains permanently activated after activation, thus wasting energy and posing a security risk.

Nach einer Aktivierung des Funkmoduls 7 kann das Feldgerät 1 über das Funkmodul 7 beispielsweise mit einem Mobilgerät 20 kommunizieren und von diesem beispielsweise Parameteränderungen empfangen oder Messwerte an dieses senden.After activation of the radio module 7 can the field device 1 via the radio module 7 for example, with a mobile device 20 communicate and, for example, receive parameter changes or send measured values to it.

Eine Aktivierung des Funkmoduls 7 kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine vorgebbare Sequenz von Annäherungen des Permanentmagneten 19 an den Reed-Kontakt 9 ausgelöst werden. Nach einer Zeitdauer von bspw. 15 Minuten, die mit der Zeiterfassungseinheit 13 erfasst wird, wird das Funkmodul 7 wieder deaktiviert.An activation of the radio module 7 can in the present embodiment by a predetermined sequence of approximations of the permanent magnet 19 to the reed contact 9 to be triggered. After a period of, for example, 15 minutes with the time recording unit 13 is detected, the radio module 7 deactivated again.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Schaltvorrichtung 9 im Inneren des Gehäuses 3 angeordnet, sodass sie vor äußeren Einflüssen, insbesondere Witterungseinflüssen geschützt ist. Auf diese Weise wird eine kompakte Anordnung geschaffen, die auch in rauen Umgebungen eingesetzt werden kann.In the present embodiment, the switching device 9 inside the case 3 arranged so that it is protected from external influences, especially weather conditions. In this way, a compact arrangement is created that can be used in harsh environments.

Die vorliegende Anmeldung beschreibt die Verwendung einer magnetisch aktivierbaren Schaltvorrichtung zur Aktivierung und Deaktivierung eines Funkmoduls. Die zugrundeliegende Idee kann ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen aber ohne weiteres auf andre Funktionen oder Module übertragen werden.The present application describes the use of a magnetically activatable switching device for activating and deactivating a radio module. The underlying idea can be deviated from the basic idea of the invention without being transferred to other functions or modules.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Feldgerätfield device
33: Gehäusecasing
55: Sensorsensor
66: Elektronikeinheitelectronics unit
77: Funkmodulradio module
99: Schaltvorrichtungswitching device
1111: Controllercontroller
1313: ZeiterfassungseinheitTime recording unit
1515: DatenschnittstelleData Interface
1717: Kontrollschnittstelle Control interface
2020: Mobilgerätmobile device

Claims

Field device (1) having a housing (3), a sensor (5), an electronics unit (6) arranged in the housing (3) and a radio module (7), characterized in that the electronics unit (6) or the radio module (7 ) has a magnetically activated switching device (9) for activating the radio module (7).

Field device (1) according to Claim 1 , characterized in that the switching device (9) has one or more reed contacts, and / or one or more Hall sensors.

Field device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic unit (6) or the radio module (7) has a with the switching device (9) connected to the controller (11), the radio module (7) to a signal of the switching device (9) activated.

Field device (1) according to Claim 3 , characterized in that the signal is a sequence.

Field device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic unit (6) or the radio module (7) has a time detection unit (13).

Field device (1) according to Claim 5 , characterized in that the radio module (7) remains activated after activation for a predeterminable time and is then deactivated automatically.

Field device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the field device (1) is formed without operating unit.

Field device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching device (9) is arranged within the housing (3).