DE102017123820A1

DE102017123820A1 - Vorrichtung und Verfahren zur drahtlosen Erfassung und optischen Wiedergabe des Betriebszustands eines Feldgeräts sowie Feldgerät mit einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102017123820A1
Application number: DE102017123820.4A
Authority: DE
Inventors: Josef Fehrenbach; Jörg Börsig
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2019-04-18

Abstract

Erfassungs- und Wiedergabevorrichtung (5) zur drahtlosen Erfassung und optischen Wiedergabe des Betriebszustands eines Feldgeräts (1) bei dem der Betriebszustand mit optischen Signalisierungsmitteln (3) angezeigt wird, wobei die Vorrichtung (5) wenigstens ein optisches Erfassungsmittel (7) zur Erfassung wenigstens einer optischen Zustandsinformation und eine optische Wiedergabevorrichtung (9) zur Wiedergabe der erfassten Zustandsinformation aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur drahtlosen Erfassung und optischen Wiedergabe des Betriebszustandes eines Feldgerätes sowie ein Feldgerät mit einer solche Vorrichtung.
In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandmessgeräte, Grenzstandmessgeräte, Dichtemessgeräte und Druckmessgeräte mit Sensoren, die die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Grenzstand, Dichte 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.
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.
Die Elektronikeinheit eines solchen Feldgerätes weist in der Regel unterschiedliche Statusanzeigen, insbesondere Statusleuchten, die in der Regel als LEDs ausgebildet sind, auf. Mittels der Statusanzeigen werden Informationen über z.B. eine Versorgung des Geräts, einen Geräteausfall, einen Gerätestatus, oder binäre Schaltzustände ausgegeben. In der NAMUR Empfehlung NE 107 „Selbstüberwachung und Diagnose von Feldgeräten“ Stand 10.04.2017 ist eine einheitliche Verwendung solcher Statusleuchten geregelt.
Die „NAMUR - Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie“, kurz NAMUR, ist eine Interessenvertretung von Anwendern der Mess- und Regelungstechnik in der chemischen Industrie deren Ziel unter anderem die Definition von Mindestanforderungen an Geräte und Systeme ist. In diesem Zusammenhang gibt die NAMUR sog. Empfehlung ab, in denen entsprechende Mindestanforderungen definiert sind.
Es besteht zunehmend Interesse daran, solche Statusanzeigen nicht nur in einer Prozessleitwarte oder unmittelbar am Feldgerät ablesen zu können, sondern auch im Feld aus größerer Entfernung ablesbar zu machen.
Im Stand der Technik existieren hierfür Funkmodule über die die Informationen zum Status des Geräts sowie weiter Informationen an ein entsprechendes Empfangsgerät weiteregegeben werden. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass das Empfangsgerät mit dem Funkmodul gekoppelt sein muss um eine Kommunikation sicherzustellen. Ferner muss das Empfangsgerät innerhalb der Reichweite des Funkmoduls sein, da ansonsten keine Kommunikation möglich ist. Funkmodule bieten auch Angriffsmöglichkeiten für Dritte, die die Funkkommunikation abhören, oder diese zum manipulieren des Gerätes verwenden können. Des Weiteren ist der Betrieb von Funkmodulen teilweise sehr energieintensiv, sodass z.B. bei Zweileitergeräten, die über die 4-20 mA Stromschleife zur Verfügung stehende Energie oftmals nicht ausreichend ist.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur einfachen und gut sichtbaren Wiedergabe von Informationen zum Betriebszustand von Feldgeräten anzugeben und eine Möglichkeit zur Nachrüstung älterer Feldgeräte zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur drahtlosen Erfassung und optischen Wiedergabe des Betriebszustands eines Feldgeräts bei dem der Betriebszustand mit optischen Signalisierungsmitteln angezeigt wird zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung wenigstens ein optisches Erfassungsmittel zur Erfassung wenigstens einer optischen Zustandsinformation und wenigstens eine optische Wiedergabevorrichtung zur verstärkten Wiedergabe der erfassten Zustandsinformation aufweist.
Auf diese Weise können die Zustandsinformationen des Feldgerätes ohne aufwändige Verkabelungsmaßnahmen erfasst und optisch verstärkt widergegeben werden. Bevorzugt werden hierbei insbesondere optische Wiedergabevorrichtungen, die einen erhöhten Lichtstrom und/oder eine erhöhte Anzahl an Abstrahlrichtungen ermöglichen.
Eine besonders einfache Ausgestaltung ergibt sich, wenn das wenigstens ein Erfassungsmittel als RGB-Sensor ausgebildet ist. Alternativ können aber auch Funkschnittstellen mit kurzer Reichweite und geringem Energiebedarf zum Einsatz kommen.
Durch den Einsatz von RGB-Sensoren kann eine einfache, kostengünstige und zuverlässige Erfassung des Zustands, d. h. insbesondere eine Farbe, eine Leuchtintensität und eine Blinkfrequenz von auf einem Elektronikmodul angeordneten Zustandsleuchten, beispielsweise LEDs erfolgen.
Die zur Wiedergabe vorgesehene Wiedergabevorrichtung kann als Leuchtmittel, vorzugsweise Leuchtdiode, insbesondere Mehrfarb-Leuchtdiode oder organische Leuchtdiode ausgebildet sein. Es ist dabei bevorzugt, dass die Wiedergabevorrichtung nur eine Zustandsinformation zur gleichen Zeit wiedergeben kann. Auf diese Weise muss zwar eine Priorisierung und ggf. Auswahl zwischen den erfassten Informationen erfolgen, die Wiedergabe eines einzigen Signals kann dafür aber mit entsprechend hoher Intensität und gut sichtbar erfolgen.
Um eine Priorisierung der von dem Feldgerät angezeigten Zustandsinformationen durchführen zu können sind die Erfassungsmittel vorzugsweise geeignet ausgebildet, eine Farbinformation und/oder eine Blinkfrequenz der optischen Signalisierungsmittel zu erfassen. Zusätzlich sind Informationen hinterlegt, die eine Priorisierung erlauben.
Da die Zustandsinformationen in der Regel eine eindeutige Codierung aufweisen, d.h. jeder anzuzeigenden Information eine eindeutige Farbe und/oder Blinkfrequenz und/oder Position zugewiesen ist, kann auf diese Weise eine eindeutige Identifizierung der Zustandsinformationen erfolgen und hierdurch eine Priorisierung durchgeführt werden.
Die Erfassungsmittel sind dafür vorteilhafterweise geeignet ausgebildet, eine Position der optischen Signalisierungsmittel zu erfassen.
Eine Erfassung der Position der Signalisierungsmittel kann dadurch erfolgen, dass die Vorrichtung eine Mehrzahl von Erfassungsmitteln aufweist die den optischen Signalisierungsmitteln zugeordnet sind, wobei beispielsweise deren Positionen an Positionen der optischen Signalisierungsmittel des Messgeräts angepasst sind. Bei einer definierten Ausrichtung der Vorrichtung zu dem Feldgerät kann im einfachsten Fall zu jedem Signalisierungsmittel gegenüberliegend ein Erfassungsmittel angeordnet sein, sodass eine eineindeutige Zuordnung besteht.
Eine solche Zuordnung kann auch durch Lichtleiter erfolgen, die zwischen den zu erfassenden Signalisierungsmitteln und dem jeweils zugeordneten Erfassungsmittel angeordnet sind.
Die Vorrichtung weist hierzu vorzugsweise eine Steuerschaltung auf, mit der die wenigstens eine optische Erfassungsschaltung verbunden ist und die bei der gleichzeitigen Erfassung mehrerer Signalisierungsmittel abhängig von der Farbe und/oder Position und/oder Blinkfrequenz eine signalisierte Zustandsinformation auswählt und diese den Wiedergabemitteln zuführt.
Um eine großflächige und in mehrere Raumrichtungen erfolgende Wiedergabe der Zustandsinformation zu ermöglichen können die optischen Signalisierungsmittel mit einem Lichtleiter und/oder einer Diffusionseinrichtung gekoppelt sein, die derart ausgebildet sind, dass eine optische Wiedergabe vorzugsweise wenigstens mit einer Fläche von 10 cm² und einem Lichtstrom von wenigstens 10 Lumen erfolgt.
Vorzugsweise erfolgt die optische Wiedergabe wenigstens in zwei Raumrichtungen, vorzugsweise in Axialrichtung und Radialrichtung eines Zylinders. Hierzu kann der Lichtleiter und/oder die Diffusionseinrichtung zylinderförmig ausgebildet und für eine entsprechende Lichtabgabe hergerichtet sein.
Die Erfassungs- und Wiedergabevorrichtung kann insbesondere eine eigne, insbesondere drahtlose Energieversorgung, bspw. in Form einer induktiven Kopplung und/oder eines integrierten Energiespeichers und/oder eines Energieharvesters aufweisen. Auf diese Weise kann die Erfassungsvorrichtung energieautark ausgestaltet werden und kann unabhängig vom Energiemanagement des zugrundeliegenden Feldgerätes eingesetzt werden.
Ein erfindungsgemäßes Feldgerät der Messtechnik, insbesondere Füllstand-, Grenzstand-, Dichte- oder Druckmessgerät bei dem der Betriebszustand mit optischen Signalisierungsmitteln angezeigt wird und das eine Vorrichtung zur drahtlosen Erfassung und optischen Wiedergabe des Betriebszustands aufweist zeichnet sich durch eine gemäß der obigen Beschreibung ausgebildete Vorrichtung zur drahtlosen Erfassung und optischen Wiedergabe des Betriebszustands aus.
Ein solches Feldgerät kann insbesondere eine herkömmliche Elektronikeinheit aufweisen, die in herkömmlicher weise den Betriebszustand des Feldgerätes signalisiert, wobei in das Feldgerät eine Vorrichtung zur drahtlosen Erfassung und optischen Wiedergabe des Betriebszustands integriert ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur drahtlosen Erfassung und optischen Wiedergabe des Betriebszustands eines Messgeräts, insbesondere eines Feldgeräts, bei dem der Betriebszustand mit optischen Signalisierungsmitteln angezeigt wird zeichnet sich durch folgende, nacheinander erfolgende Schritte aus:

- optisches Erfassen eines Betriebszustandes durch erfassen wenigstens einer optischen Zustandsinformation und
- optisches Wiedergeben der erfassten Zustandsinformation mittels einer optische Wiedergabevorrichtung.

Vorzugsweise wird vor der optischen Wiedergabe eine Priorisierung der erfassten Informationen durchgeführt und anschließend die Zustandsinformation mit der höchsten Priorität wiedergegeben.
Die Priorisierung erfolgt dabei vorzugsweise anhand einer Position und/oder Farbe und/oder Blinkfrequenz der erfassten Zustandsinformation.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematisierte Schnittdarstellung eines Feldgeräts mit einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Anmeldung.

1 zeigt eine schematisierte Schnittdarstellung eines Feldgerätes 1, das mit einer Erfassungs- und Wiedergabevorrichtung 5, nachfolgend der Einfachheit halber als Erfassungsvorrichtung bezeichnet, versehen ist.
Das Feldgerät 1 ist im Wesentlichen wie ein herkömmliches Feldgerät, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, aufgebaut. Es weist ein in einem Gehäuse 13 angeordnetes Elektronikmodul 15 auf, das bspw. eine Messwertverarbeitung realisieren kann. Typischerweise ist das Elektronikmodul 15 unterseitig mit einem Sensor zur Erfassung physikalischer Größen verbunden und weist oberseitig, das heißt an einem dem Sensor gegenüberliegenden Ende eine Anzeigevorrichtung oder eine Anzeige- und Eingabevorrichtung auf. Die Anzeigevorrichtung bzw. Anzeige und Eingabevorrichtung kann dabei unterschiedlich ausgebildet sein und ist im Wesentlichen aus dem Stand der Technik bekannt.
Das Gehäuse ist im Stand der Technik oberseitig mit einem Deckel, der an die jeweilige Anzeige bzw. Anzeige- und Eingabevorrichtung angepasst ist verschlossen. So kann der Deckel bei Verwendung einer Anzeigevorrichtung lediglich ein Sichtfenster aufweisen, wobei bei zusätzlichen Eingabemöglichkeiten entsprechende Schnittstellen, bspw. Taster oder dergleichen vorgesehen sein müssen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Elektronikmodul 15 drei optische Signalisierungsmittel 3, die als herkömmliche Leuchtdioden ausgebildet sind, auf. Oberseitig ist das Gehäuse 13 vorliegend nicht mit einem herkömmlichen Deckel, sondern mit der Erfassungsvorrichtung 5 verschlossen.
Die Erfassungsvorrichtung 5 ist in diesem Fall in einer als Deckel für das Gehäuse 13 ausgebildeten Aufnahme angeordnet, kann aber auch selbst als Deckel, oder integral mit dem Gehäuse 13 ausgebildet sein. Mit einer solchen Anordnung ist es auch möglich eine Deckelerkennung durchzuführen und somit einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.
Die Erfassungsvorrichtung 5 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei als RGB-Sensoren, d. h. optische Sensoren, die eine Farbunterscheidung ermöglichen, ausgebildete optische Erfassungsmittel 7 auf, die an einer zu den Signalisierungsmitteln 3 des Elektronikmoduls 15 orientierten Seite der Erfassungsvorrichtung 5 angeordnet sind. Die RGB-Sensoren 7 sind dabei so angeordnet, dass eine ungehinderte optische Erfassung der durch die Signalisierungsmittel 3 angezeigten Zustandsinformationen erfolgen kann. Dies kann durch eine freie Sichtverbindung oder auch geeignete Lichtleiter (vorliegend nicht dargestellt), die zwischen den Signalisierungsmitteln 3 und den Erfassungsmitteln 7 angeordnet sind, realisiert werden.
Ferner ist jeweils ein Erfassungsmittel 7, vorliegend ein RGB-Sensor, jeweils einem Signalisierungsmittel 3, vorliegend einer LED, zugeordnet. Unter Zuordnung soll im vorliegenden Fall eine Zuordnung derart verstanden werden, dass eindeutig erkennbar ist, von welchem Signalisierungsmittel 3 ein von dem Erfassungsmittel 7 erfasstes Signal stammt. Dies kann bspw. durch eine räumlich gegenüberliegende Anordnung oder eine Signalzuordnung mittels der bereits angesprochenen Lichtleiter erfolgen.
Die Erfassungsvorrichtung 5 weist ferner eine Elektronikeinheit 17 auf, mittels derer eine Weiterverarbeitung der erfassten Signale sowie ggf. eine Priorisierung der Signale auf Basis der zugrundeliegenden Zustandsinformation und die Auswahl einer Zustandsinformation für die Wiedergabe auf Basis die Priorisierung erfolgt.
Die Wiedergabe der Zustandsinformation erfolgt vorliegend mittels einer als LED ausgebildeten Wiedergabevorrichtung 9, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Lichtleiter 11 gekoppelt ist. Die LED 9 ist in Axialrichtung A orientiert und würde damit nominell lediglich in diese Richtung unter einem vorgegebenen Abstrahlkegel abstrahlen. Durch die Lichtleiter 11, die vorliegend einerseits eine Vergrößerung der Abstrahlfläche in Axialrichtung A bewirken und andererseits zusätzlich eine Abstrahlung auch in Radialrichtung R ermöglichen wird eine gut sichtbare Wiedergabe der Statusinformation erreicht.
Die in 1 gezeigte Erfassungs- und Wiedergabevorrichtung 5 zur drahtlosen Erfassung und optischen Wiedergabe des Betriebszustands des Feldgerätes 1 erfasst also optisches den mittels der LEDs 3 signalisierten Betriebszustand durch erfassen und Auswerten der optisch signalisierten Zustandsinformationen. Die erfassten Signale werden in der Elektronikeinheit 17 weiterverarbeitet, insbesondere priorisiert, wobei anschließend die Zustandsinformation der höchsten Priorität mittels der optische Wiedergabevorrichtung 9 wiedergegeben wird.
Vorteilhaft an der Erfassungs- und Wiedergabevorrichtung 5 der vorliegenden Anmeldung ist insbesondere, dass diese sowohl in neuen Feldgeräten zum Einsatz kommen kann, als auch für den Einsatz mit bereits im Bestand befindlichen Feldgeräten geeignet ist. Bestandsgeräte können damit nachgerüstet werden.
Bezugszeichenliste

1: Feldgerät
3: optische Signalisierungsmittel - und Wiedergabe
5: Erfassungsvorrichtung
7: optisches Erfassungsmittel
9: Wiedergabevorrichtung / LED / OLED
11: Diffusor/ Lichtleiter
13: Gehäuse
15: Elektronikmodul
17: Elektronikeinheit, Steuerschaltung
A: Axialrichtung
R: Radialrichtung

Claims

Erfassungs- und Wiedergabevorrichtung (5) zur drahtlosen Erfassung und optischen Wiedergabe des Betriebszustands eines Feldgeräts (1) bei dem der Betriebszustand mit optischen Signalisierungsmitteln (3) angezeigt wird dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (5) wenigstens ein optisches Erfassungsmittel (7) zur Erfassung wenigstens einer optischen Zustandsinformation und eine wenigstens optische Wiedergabevorrichtung (9) zur Wiedergabe der erfassten Zustandsinformation aufweist.
Vorrichtung (5) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsmittel (7) als RGB-Sensor ausgebildet ist.
Vorrichtung (5) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Wiedergabevorrichtung (9) als Leuchtmittel, vorzugsweise Leuchtdiode, insbesondere Mehrfarb-Leuchtdiode oder organische Leuchtdiode ausgebildet ist.
Vorrichtung (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmittel (7) geeignet ausgebildet sind, eine Farbinformation und eine Blinkfrequenz der optischen Signalisierungsmittel (3) zu erfassen.
Vorrichtung (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmittel (7) geeignet ausgebildet sind, eine Position der optischen Signalisierungsmittel (3) zu erfassen.
Vorrichtung (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (5) eine Mehrzahl von Erfassungsmitteln (7) aufweist die den optischen Signalisierungsmitteln (3) zugeordnet und deren Positionen an Positionen der optischen Signalisierungsmittel angepasst sind.
Vorrichtung (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerschaltung (17), mit der die wenigstens eine optische Erfassungsschaltung (7) verbunden ist und die bei der gleichzeitigen Erfassung mehrerer Signalisierungsmittel(3) abhängig von der Farbe und/oder Position und/oder Blinkfrequenz ein Information auswählt und diese den Wiedergabemitteln (3) zuführt.
Vorrichtung (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Signalisierungsmittel (3) mit einem Lichtleiter (11) und/oder einer Diffusionseinrichtung gekoppelt sind, die derart ausgebildet sind, dass eine optische Wiedergabe wenigstens mit einer Fläche von 10 cm² und einem Lichtstrom von wenigstens 10 Lumen erfolgt.
Vorrichtung (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Wiedergabe (3) wenigstens in zwei Raumrichtungen, vorzugsweise in Axialrichtung (A) und Radialrichtung (R) eines Zylinders erfolgt.
Vorrichtung (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (5) ein Modul zur drahtlosen Energieversorgung und/oder einen Energiespeicher aufweist.
Feldgerät (1) der Messtechnik, insbesondere Füllstand-, Grenzstand-, Dichte- oder Druckmessgerät mit einer Vorrichtung (5) zur drahtlosen Erfassung und optischen Wiedergabe des Betriebszustands gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur drahtlosen Erfassung und optischen Wiedergabe des Betriebszustands eines Messgeräts bei dem der Betriebszustand mit optischen Signalisierungsmitteln (3) angezeigt wird gekennzeichnet, durch folgende Schritte: optisches Erfassen eines Betriebszustandes durch erfassen wenigstens einer optischen Zustandsinformation und optisches Wiedergeben der erfassten Zustandsinformation mittels einer optische Wiedergabevorrichtung.
Verfahren gemäß Anspruch 12, gekennzeichnet, durch eine Priorisierung der erfassten Informationen vor der Wiedergabe und Wiedergabe der Zustandsinformation mit der höchsten Priorität.
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Priorisierung anhand einer Position und/oder Farbe und/oder Blinkfrequenz der erfassten Zustandsinformation erfolgt.