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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der korrekten Datenübertragung von einem der Feldebene der Automatisierungstechnik eingesetzten elektronischen Schaltgerät gemäß dem Anspruch 1, wobei unter Daten die an eine übergeordnete Steuerungs- und Prozessebene übertragenen Messwerte (Prozesswerte), aber auch (Geräte-) Parameter verstanden werden sollen.
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Unter einem elektronischen Schaltgerät soll ein induktiver, kapazitiver, magnetischer oder optischer Näherungsschalter, ein Temperatursensor oder auch ein Schreib-Lesegerät für einen RFID-Transponder oder ähnliches verstanden werden.
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Elektronische Schaltgeräte arbeiten in der Regel berührungslos und werden in großer Stückzahl in der Automatisierungstechnik und zwar vorzugsweise in der Feldebene der Automatisierungspyramide eingesetzt. Derartige Geräte werden von der Anmelderin in verschiedenen Ausführungen hergestellt und vertrieben.
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Sie weisen einen meist an ihrer Frontseite angeordneten Sensor zur Erfassung einer physikalischen Größe, eine Elektronikeinheit zur Auswertung des Sensorsignals und zur Erzeugung eines binären Schaltsignals oder eines digitalen oder analogen Messwerts, sowie einen elektrischen Anschluss in Form eines Steckers oder Anschlusskabels auf.
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Weiterhin besitzen sie mindestens eine LED zur Anzeige der Betriebsspannung und optional weitere LEDs oder auch ein Display zur Anzeige von Betriebsparametern, Schaltzuständen oder der gerade an die übergeordnete Steuerungs- und Prozessebene übertragene Messwerte.
Dazu müssen die Geräte über eine Schnittstelle zur übergeordneten Steuerungs- und Prozessebene verfügen. Oft ist das eine (Feld-) Busschnittstelle oder sie sind sogar internetfähig. Einfachere Geräte mit einem Dreileiteranschluss können über eine 10-Link Verbindung mit der übergeordneten Ebene kommunizieren.
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Angesichts immer komplexerer Fertigungsanlagen werden die genannten Schaltgeräte in zunehmender Zahl eingesetzt, so dass bei der Inbetriebnahme oder der Fehlersuche leicht eine unübersichtliche Situation entstehen kann.
Daraus resultiert der Wunsch, deren Funktionsfähigkeit, den aktuellen Schaltzustand und gegebenenfalls auch die aktuell an die übergeordnete Steuerung übertragenen Nutzdaten, insbesondere deren korrekte Übertragung zu überprüfen.
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So wird in der
EP 2 713 228 A1 ein Verfahren zur Übertragung von Adress-, Diagnose- und Strukturdaten zwischen einem an ein Kommunikationsnetz angeschlossenen Infrastrukturgerät und einem Diagnosegerät vorgeschlagen, wobei die Daten als überlagerte codierte Symbolsequenz durch eine vorgegebene Leuchtdiode zusätzlich zu angezeigten Geräte- oder Kommunikationsstatusinformationen signalisiert werden. Das zugehörige Diagnosegerät weist eine Kamera auf, mit der eine (als Signalquelle) identifizierte Leuchtdiode optisch abgetastet wird, und aus der abgetasteten codierten Symbolsequenz die oben genannten Daten durch das Diagnosegerät ermittelt werden. Als Diagnosegerät wird ein mit einer geeigneten Software ausgerüstetes Smartphone oder ein Tablet-PC vorgeschlagen.
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Als nachteilig wird das in das Kommunikationsnetz einzubindende Infrastrukturgerät an sich, sowie die zur Einbindung notwendigen Informationen angesehen, denn das Einbinden eines Diagnosegerätes in das Kommunikationsnetz stellt insbesondere bei älteren Anlagen eine Hürde dar. Des Weiteren ist es, selbst wenn der Zugriff auf die Anlage möglich und zugelassen ist, für den Service von höchstem Interesse, zu überprüfen, ob die Daten und Parameter im Sensor mit denen in der darüber liegenden Ebene in der Automatisierungspyramide der (Fertigungs-) Anlage übereinstimmen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, die genannten Nachteile zu überwinden, zusätzliche Eingriffe in das Kommunikationsnetz zu vermeiden, und eine Möglichkeit zu schaffen, die Daten der angeschlossen Schaltgeräte ad hoc auszulesen und mit den im System vorhandenen Daten zu vergleichen zu können.
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Diese Aufgabe wird gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
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Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, ein für die Feldebene vorgesehenes elektronischen Schaltgerät zu verwenden, wobei die zur Betriebsspannungsanzeige in diesen Geräten ohnehin vorhandene LED zusätzlich auf eine in der
EP 2 713 228 A1 beschriebenen Weise mit codierten Symbolsequenzen zu beaufschlagt wird, und diese Signale mit einem Smartphone oder Tablet-PC auszulesen, was im Gegensatz zum Stand der Technik nicht in einem übergeordnetes Infrastrukturgerät, sondern in einem
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Für die Feldebene der Automatisierungspyramide vorgesehenen Schaltgerät geschieht, wobei die Modulation der LED mit einer visuell nicht wahrnehmbaren Frequenz erfolgt.
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Dieser Vorgang startet erfindungsgemäß nach dem Einschalten der Betriebsspannung (bei Erreichen der Betriebsbereitschaft) und wird während der gesamten Betriebsphase des Schaltgerätes ständig wiederholt, wobei die zu übertragenden Symbolfolge auf die bekannte Weise durch im Mikrocontroller gespeicherte Software festgelegt wird.
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In vorteilhafter Weise wird die Symbolfolge schon ab Werk festgelegt, so dass kein Steuerbefehl vom Bediener oder der Steuerungs- und Prozessebene erforderlich ist. So wird das o. g. Infrastrukturgerät und dessen Einbindung in das Kommunikationsnetz überflüssig. Außerdem benötigt der Service-Techniker keine detaillierten Informationen über den Aufbau der industriellen Anlage, da er den Zustand und die Daten jedes Schaltgerätes einzeln auslesen kann, ohne dass er mit der Bedienung des Gerätes im Detail vertraut sein muss. Das Empfangsgerät muss lediglich den Code erkennen.
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In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung werden die codierten Sequenzen mit von handelsüblichen Smartphones ohne weiteres erreichbaren Modulationsfrequenzen von etwa 100 Hz gesendet, was in absehbarer Zeit sicher noch bis in den kHz-Bereich erweitert werden kann.
In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird die LED mit Rechtecksignalen mit Frequenz im Bereich von 1 bis 10 MHz moduliert, was allerdings einen für diese Signale geeigneten Spezialempfänger erfordert.
Erfindungsgemäß wird mindestens ein aktueller Prozesswert als codierte Folge von vorzugsweise hexadezimalen Symbolen (Zahlenfolge) ausgegeben. Die Kommunikation erfolgt ausschließlich unidirektional und ist auf ein absolutes Mindestmaß beschränkt.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Prozesswert des elektronischen Schaltgeräts für jeden Service-Techniker mit einem geeigneten optischen Empfangsgerät faktisch ohne Eingabe eines Steuerbefehls oder sonstigen Information ausgelesen werden kann. Zum Auslesen ist lediglich ein optischer Kontakt erforderlich.
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Die Kosten für eine geeignete LED liegen deutlich unter denen eines Transceivers. Zusätzlicher Platzbedarf entsteht überhaupt nicht, weil die LED direkt von dem ohnehin vorhandenen Mikrocontroller moduliert werden kann. Durch die hohe Modulationsfrequenz nimmt das Auge die LED nach wie vor als kontinuierlich leuchtende LED wahr. Das optische Empfangsgerät kann ein Smartphone sein, dessen Kamera durch eine geeignete Applikation in die Lage versetzt wird, das von den elektronischen Schaltgerät ausgestrahlte Signal aufzunehmen, wozu nach Erkennung der oben genannte Sende-LED eine bestimmte Region der Empfangsmatrix mit der erforderlichen Frequenz ausgelesen wird.
Alternativ kann ein optischer Empfänger mit einem für Signale im Bereich von 1 bis 10 MHz geeigneten Lichtempfangselement eigesetzt werden, welches als Handgerät etwa im Scheckkartenformat, die empfangenen Signale in ein Funksignal, beispielsweise in ein Bluetooth-Signal umwandelt, das von einem Smartphone ohne Weiteres erkannt wird.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Die 1 zeigt eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anordnung mit einem elektronische Schaltgerät 12, einem Smartphone 7, einem Buskoppler 8, einem Laptop 9 mit Parametriersoftware für IO-Link-Master (LR-Device) und einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) 11.
Der beispielhaft als Temperaturfühler dargestellte Sensor 1 misst die Temperatur eines Mediums 10, wobei neben den bereits genannten Sensortypen auch Ultraschall-, sowie Druck- Füllstands- oder Strömungssensoren in Frage kommen
Die Temperaturmesswerte gelangen zu dem als Elektronikeinheit 2 wirkenden µC, der einen Analog-Digital-Wandler aufweisen kann, und zur Auswertung des Sensorsignals, sowie zur Erzeugung eines binären, digitalen oder analogen Schaltsignals geeignet ist. Zwischen dem Sensor 1 und dem Mikrocontroller 2 können weitere, nicht dargestellte Verstärker oder sonstige Elektronikbaugruppen angeordnet sein.
Das optische Schaltgerät weist mindestens eine im sichtbaren Spektralbereich aktive LED 4, zur Anzeige der Betriebsspannung auf, was weitere LEDs aber nicht generell ausschließen soll.
Außerdem weist das optische Schaltgerät eine hier als IO-Link dargestellte dreipolige Schnittstelle 3 zu einer übergeordneten Steuerungs- und Prozessebene, in diesem Fall einem Buskoppler 8 auf, ohne die Erfindung darauf zu beschränken.
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Im Schaltgerät 12 befindet sich ein IO-Link Slave, der mit einem im Buskoppler 8 befindlichen IO-Link Master eine erste (drahtgebundene) Schnittstelle 5 bildet. Damit können sowohl binäre als auch digitale Signale übertragen werden.
Die LED 4 wird von einem Ausgang des Mikrocontrollers µC gesteuert, und sendet neben und unabhängig von ihrer eigentlichen Funktion erfindungsgemäß eine codierte Folge von Symbolen aus, die sich zyklisch wiederholt, und eine Startsequenz, eine zur Identifizierung von Nutzdaten geeignete Sequenz, eine Sequenz von Nutzdaten und schließlich eine als Prüfsumme geeignete Schlusssequenz aufweist. Die eigentlich zur Betriebsspanungsanzeige verwendete, in beinahe allen Schaltgeräten vorhandene LED 4 ist deshalb so geeignet, weil sie bei anliegender Betriebsspannung stets leuchtet, d.h. immer sendebereit ist. Ein externer Steuerbefehl ist erfindungsgemäß nicht erforderlich.
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Als optisches Empfangsgerät 7 dient hier Smartphone, dessen Kamera die Signale der LED 4 empfängt und im Arbeitsspeicher ablegt und auf dem Display anzeigt.
Durch eine geeignete Applikation (App) werden die Signale der LED 4 decodiert und auf dem Display angezeigt. Der aktuelle Prozesswert eines 4-20 mA - Signals beträgt hier 16 mA. Natürlich können auch binäre Zustände, mehrere Prozesswerte oder codierte Meldungen wie 0000 oder 9999 angezeigt werden.
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Angesichts des derzeitigen Standes der Technik wird eine Modulationsfrequenz von 100 Hz vorgeschlagen, die vom optischen Empfangsgerät 7 (Smartphone) selbständig erkannt werden kann. Einzige Voraussetzung ist, dass die Modulationsfrequenz der LED 4 unterhalb der Grenzfrequenz der Kamera des Empfangsgerätes 7 liegt. Bereits heute erhältliche Smartphones erreichen mit Spezialfunktionen (SloMo) Abtastraten von 120 bis zu 960 Bildern pro Sekunde.
So kann mit einem geeigneten Smartphone jedes erfindungsgemäße Schaltgerät ohne Kenntnis der oftmals komplizieren Zusammenhänge in einer Industrieanlage ad hoc ausgelesen und die Daten mit den in die Steuerungs- und Prozessebene übertragenen Daten verglichen werden.
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Der zusätzliche materielle Aufwand für das Schaltgerät liegt praktisch bei null, denn ein Mikrocontroller 2 und eine LED 4 mit Vorwiderstand sind ohnehin vorhanden. Natürlich kann die Übertragungsfrequenz in Abhängigkeit von den technischen Möglichkeiten, insbesondere mit einem schnellen optischen Empfänger fast beliebig erhöht werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, dass die LED 4 eine codierte Folge von Symbolen mit einer Startsequenz, ein zur Identifizierung von Nutzdaten geeignete Sequenz, eine Sequenz von Nutzdaten mit einem Prozesswert und eine als Prüfsumme geeigneten Schlusssequenz aussendet, wobei die LED 4 eigentlich zur Anzeige der Betriebsspannung vorgesehen ist und auch weiterhin dazu dient, das Aussenden der Symbolfolge mit dem Erreichen der Betriebsbereitschaft beginnt, und dem Abschalten der Betriebsspannung endet, wobei die von der LED 4 gesendeten Nutzdaten von einem optischen Lesegerät 7 erfasst werden, das Lesegerät 7 über eine zweite Schnittstelle 6 mit der übergeordneten Steuerungs- und Prozessebene 8 kommuniziert, und die von der LED 4 ausgesendeten Nutzdaten mit den in der übergeordneten Steuerungs- und Prozessebene 8 vorliegenden Daten verglichen werden, was von einer im Smartphone 7 hinterlegten Applikation gesteuert werden kann.
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Die die Ausgabe der Symbolfolge kann ab Werk ohne zusätzlichen Steuerbefehl von einer höheren Ebene der Automatisierungspyramide 11 oder einem Bediener erfolgen.
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Entsprechend der technischen Möglichkeiten kann die LED 4 mit einer Frequenz im Bereich von 1 bis 10 MHz moduliert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensor, zum Beispiel Temperatursensor
- 2
- Elektronikeinheit, z. B. Mikrocontroller (µC)
- 3
- Mehrpoliger Anschluss, für IO-Link zur Steuerungs- und Prozessebene
- 4
- LED, zum Beispiel grüne LED zur Anzeige der Betriebsbereitschaft
- 5
- Erste Schnittstelle, z.B. IO-Link (serielle Master-Slave) - Schnittstelle
- 6
- Zweite Schnittstelle, drahtlos, z. B Bluetooth
- 7
- Optisches Empfangsgerät, Smartphone oder Tablet-PC mit einer Kamera
- 8
- Buskoppler zur übergeordneten Steuerungs- und Prozessebene
- 9
- LR-Device, z. B. Laptop oder Notebook mit der entsprechenden Software
- 10
- Medium, dessen Temperatur überwacht wird
- 11
- Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), Steuerungs- und Prozessebene
- 12
- Schaltgerät für die Automatisierungstechnik
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2713228 A1 [0007, 0011]