-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Integrieren einer Feldzugriffseinheit in ein Kommunikationsnetzwerk der Automatisierungstechnik, wobei das Kommunikationsnetzwerk zumindest ein Feldgerät aufweist, wobei das Kommunikationsnetzwerk zumindest eine übergeordnete Einheit aufweist, wobei das Feldgerät Prozesswerte bezüglich eines Anlagenprozesses erhebt oder verarbeitet und die erhobenen oder verarbeiteten Prozesswerte, Diagnosedaten und/oder Statusinformationen als Telegramme über einen ersten Kommunikationskanal an die übergeordnete Einheit übermittelt oder von dieser übermittelt bekommt, sowie eine Anordnung, umfassend ein Feldgerät, eine übergeordnete Einheit, eine Feldzugriffseinheit und ein Kommunikationsnetzwerk.
-
Aus dem Stand der Technik sind bereits Feldgeräte bekannt geworden, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. In der Automatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierung werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Sensoreinheiten. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, pH-Messung, Füllstandmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktorsysteme verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
-
In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Kommunikationsnetzwerke wie beispielsweise Feldbusse (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Bei den übergeordneten Einheiten handelt es sich um Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder einen PLC (Programmable Logic Controller). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, insbesondere von den Sensoreinheiten, erfassten Messwerte werden über das jeweilige Bussystem an eine (oder gegebenenfalls mehrere) übergeordnete Einheit(en) übermittelt, die die Messwerte gegebenenfalls weiterverarbeiten und an den Leitstand der Anlage weiterleiten. Der Leitstand dient zur Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung und Prozessteuerung über die übergeordneten Einheiten. Daneben ist auch eine Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an die Feldgeräte erforderlich, insbesondere zur Konfiguration und Parametrierung von Feldgeräten sowie zur Ansteuerung von Aktoren.
-
Die übergeordnete Einheit hat die Möglichkeit, die Feldgeräte zu parametrieren. Neben feldgerätespezifischen Einstellungen, wie bspw. Grenzwerte und/oder Messmodus, legt die Parametrierung des Feldgeräts beispielsweise fest, welche der möglichen Steuer-, bzw. Messwerte an das, bzw. von dem, Feldgerät übertragen werden sollen.
-
Im Zuge der fortschreitenden Digitalisierung hinsichtlich der Schlagworte „Internet of Things (loT)“ und „Industrie 4.0“, welche auch vor Komponenten von Prozessanlagen nicht Halt macht, besteht ein erhöhter Bedarf, Daten von Feldgeräten, insbesondere Messdaten, Diagnosedaten, Parameterwerte, etc. an zentraler Stelle verfügbar zu machen und aus diesen Daten einen Mehrwert zu schaffen (Schlagworte hierfür sind „Big Data Analysis“, „Predictive Maintenance“, etc.). Unter der zentralen Stelle wird häufig eine über das Internet kontaktierbare Datenbank, insbesondere eine sogenannte Cloud-fähige Datenbank, verstanden.
-
Zum Erfassen der Daten, welche zwischen den Feldgeräten und der übergeordneten Einheit über ein entsprechendes Kommunikationsnetzwerk ausgetauscht werden, werden sogenannte Feldzugriffseinheiten verwendet. Eine Feldzugriffseinheit ist dazu ausgestaltet, in ein solches Kommunikationsnetzwerk integriert zu werden, die über das Kommunikationsnetzwerk übermittelten Daten mitzuhören und aufzuzeichnen.
-
Der Datenverkehr auf dem Kommunikationsnetzwerk ist jedoch ohne zusätzliche Informationen nicht zu interpretieren. Aus diesem Grund muss eine den Datenverkehr mithörende Feldzugriffseinheit von Hand parametriert werden, d.h. die Parameter eines Feldgeräts betreffend den Datenverkehr in die Feldzugriffseinheit eingegeben werden, um die Daten des Feldgeräts aus dem Datenverkehr extrahieren und interpretieren zu können. Beispielsweise muss zum Erfassen eines Messwerts des Feldgeräts aus dem Datenverkehr die Position im Datentelegramm und der Datentyp angegeben werden. Mit Einschränkungen könnte dies auch durch das Mithören der während der Parametrierung des Feldgeräts von der übergeordneten Einheit an das Feldgerät übermittelten Parametriertelegramme geschehen. In der Praxis ist dies jedoch nur in Ausnahmefällen möglich.
-
Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Integration einer Feldzugriffseinheit in einem Kommunikationsnetzwerk zu vereinfachen.
-
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Integrieren einer Feldzugriffseinheit in ein Kommunikationsnetzwerk der Automatisierungstechnik gelöst, wobei das Kommunikationsnetzwerk zumindest ein Feldgerät aufweist, wobei das Kommunikationsnetzwerk zumindest eine übergeordnete Einheit aufweist, wobei das Feldgerät Prozesswerte bezüglich eines Anlagenprozesses erhebt oder verarbeitet und die erhobenen oder verarbeiteten Prozesswerte, Diagnosedaten und/oder Statusinformationen als Telegramme über einen ersten Kommunikationskanal an die übergeordnete Einheit übermittelt oder von dieser übermittelt bekommt, umfassend:
- - Verbinden der Feldzugriffseinheit mit dem Kommunikationsnetzwerk;
- - Erstellen eines Konfigurationsdatensatzes durch das Feldgerät, wobei der Konfigurationsdatensatz Parameter des Feldgeräts bezüglich der Kommunikation des Feldgeräts über das Kommunikationsnetzwerk aufweist;
- - Exportieren des Konfigurationsdatensatzes durch das Feldgerät und Übermitteln des Konfigurationsdatensatzes an die Feldzugriffseinheit über einen zweiten Kommunikationskanal;
- - Importieren des Konfigurationsdatensatzes in die Feldzugriffseinheit;
- - Mithören der über den ersten Kommunikationskanal übermittelten Telegramme mittels der Feldzugriffseinheit und Speichern, und optional Vorverarbeiten, der über den ersten Kommunikationskanal übermittelten Telegramme auf Basis des importierten Konfigurationsdatensatzes.
-
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die Konfiguration einer Feldzugriffseinheit, welche in ein Kommunikationsnetzwerk integriert wird, erleichtert wird. Das Feldgerät weist eine Funktionalität auf, welche das Erstellen eines Konfigurationsdatensatzes erlaubt. Der Konfigurationsdatensatz enthält diejenigen Parameter des Feldgeräts, welche die Kommunikation des Feldgeräts über das Kommunikationsnetzwerk betreffen. Insbesondere betreffen die Parameter die Position eines Messwerts in einem von dem Feldgerät erstellten Telegramm und/oder den Datentyp, die Einheit, Grenzwerte und ggf. Visualisierungsinformationen. Der Konfigurationsdatensatz wird an die Feldzugriffseinheit übermittelt und analysiert. Anschließend wird die Feldzugriffseinheit mit dem Konfigurationsdatensatz derart eingestellt, dass diese die Telegramme, welche an das Feldgerät übermittelt werden, bzw. von dem Feldgerät übermittelt werden, interpretieren kann.
-
Das Verfahren ist besonders dann vorteilhaft anzuwenden, wenn die Feldzugriffseinheit neu in ein Kommunikationsnetzwerk mit einer Vielzahl von Feldgeräten integriert wird. Der zeitliche Aufwand zur Konfiguration der Feldzugriffseinheit kann in einem hohen Maße reduziert werden.
-
Feldgeräte, welche im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind, sind bereits im einleitenden Teil der Beschreibung beispielhaft genannt worden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Feldzugriffseinheit die gespeicherten, und optionale vorverarbeitete Telegramme, über einen dritten Kommunikationskanal, welcher insbesondere mittels Internet ausgebildet wird, an eine Datenbank, insbesondere eine cloudfähige Datenbank, übermittelt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der erste Kommunikationskanal auf dem Kommunikationsnetzwerk ausgebildet wird.
-
Gemäß einer ersten vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der zweite Kommunikationskanal auf dem Kommunikationsnetzwerk ausgebildet wird. Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, wenn es sich bei dem Kommunikationsnetzwerk um ein Ethernet-basiertes Netzwerk handelt, da es bei Feldbusnetzwerken standardmäßig nicht vorgesehen ist, Daten im Sinne der Konfigurationsdatensätze zwischen zwei Teilnehmern zu übermitteln.
-
Gemäß einer zweiten vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der zweite Kommunikationskanal auf einem separaten Kommunikationsnetzwerk, welches insbesondere drahtgebunden oder drahtlos ausgestaltet ist, ausgebildet wird. Hierbei kann es sich um ein komplett separates Kommunikationsnetzwerk handeln. Im Falle, dass das separate Kommunikationsnetzwerk drahtlos ausgestaltet ist, können beispielsweise Standards wie RFID, NFC, Bluetooth, ZigBee, etc. verwendet werden.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Konfigurationsdaten als vom Feldgerät erstellter Konfigurationsdatensatz mittels eines Webservers des Feldgeräts exportiert wird. Der von dem Feldgerät erstelle Konfigurationsdatensatz wird in dem Webserver abgelegt und kann von der Feldzugriffseinheit abgerufen werden. Der Vorteil besteht darin, dass der Konfigurationsdatensatz nicht bei jeder Anfrage der Feldzugriffseinheit neu erstellt werden muss.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Konfigurationsdatensatz in einem XML- oder in einem Binärdatenformat erstellt wird. Prinzipiell kann der Konfigurationsdatensatz in einem beliebigen maschinenlesbaren Datenformat vorliegen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als Kommunikationsnetzwerk ein Feldbus der Automatisierungstechnik, insbesondere basierend auf einem der Protokolle HART, Foundation Fieldbus, Profibus, etc., oder ein Ethernet-basiertes Netzwerk verwendet wird. Prinzipiell kann auch jedes weitere geeignete Feldbusprotokoll, bzw. Ethernetprotokoll verwendet werden.
-
Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Feldgerät zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren gelöst, wobei das Feldgerät Mittel aufweist, welche ausgestaltet sind, den Konfigurationsdatensatz zu erstellen und zu exportieren.
Des Weiteren wird die Aufgabe durch eine Feldzugriffseinheit zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren gelöst, wobei die Feldzugriffseinheit Mittel aufweist, welche dazu ausgestaltet sind, den Konfigurationsdatensatz zu importieren, die über den ersten Kommunikationskanal übermittelten Telegramme mitzuhören und zu speichern, und optional die über den ersten Kommunikationskanal übermittelten Telegramme auf Basis des importierten Konfigurationsdatensatzes vorzuverarbeiten.
-
Des Weiteren wird die Aufgabe durch eine Anordnung gelöst, umfassend ein Kommunikationsnetzwerk, insbesondere ein Feldbus basierend auf einem der Protokolle HART, Foundation Fieldbus, Profibus, eine übergeordnete Einheit, welche verbindbar mit dem Kommunikationsnetzwerk ist, ein Feldgerät, welches ausgestaltet ist, Prozesswerte bezüglich eines Anlagenprozesses zu erheben und die erhobenen Prozesswerte, Diagnosedaten und/oder Statusinformationen als Telegramme über einen ersten Kommunikationskanal an die übergeordnete Einheit zu übermitteln, wobei das Feldgerät dazu ausgestaltet ist, einen Konfigurationsdatensatz zu erstellen, wobei der Konfigurationsdatensatz Parameter des Feldgeräts bezüglich der Kommunikation des Feldgeräts über das Kommunikationsnetzwerk aufweist, den Konfigurationsdatensatz zu exportieren und den Konfigurationsdatensatz an die Feldzugriffseinheit über einen zweiten Kommunikationskanal zu übermitteln,
wobei die Feldzugriffseinheit dazu ausgestaltet ist, den Konfigurationsdatensatz zu importieren, die über den ersten Kommunikationskanal übermittelten Telegramme mitzuhören und zu speichern, und optional die über den ersten Kommunikationskanal übermittelten Telegramme auf Basis des importierten Konfigurationsdatensatzes vorzuverarbeiten.
-
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert. Es zeigt
- 1: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung; und
- 2: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
In 1 sind Teile einer Anlage A der Automatisierungstechnik abgebildet. Konkret handelt es sich um eine Messstelle MS. Diese besteht aus einem Tank und einer von dem Tank abführenden Rohrleitung. Zur Messung des Füllstands des Tanks als Prozessgröße ist ein Feldgerät FG1, beispielsweise ein Füllstandmessgerät mittels eines Radars als Sensoreinheit, am Tank angebracht. Zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit in der Rohrleitung ist ein Feldgerät FG3 angebracht, dessen Sensoreinheit die Durchflussgeschwindigkeit eines die Rohrleitung durchströmenden Mediums als primäre Prozessgröße nach dem Coriolisprinzip bestimmt. Des Weiteren ist in der Messstelle MS ein weiteres Feldgerät FG2 angebracht, welches die Temperatur des die Rohrleitung durchströmenden Messmediums mittels eines hochpräzisen Temperatursensors als Sensoreinheit bestimmt.
-
Die Feldgeräte FG1, FG2, FG3 sind untereinander mittels eines Kommunikationsnetzwerks KN verbunden und stehen miteinander in Kommunikationsverbindung. Bei dem Kommunikationsnetzwerk KN handelt es sich insbesondere um ein Ethernet-Netzwerk. Alternativ handelt es sich bei dem Kommunikationsnetzwerk KN um einen Feldbus nach einem der bekannten Feldbusstandards, beispielsweise Profibus, Foundation Fieldbus oder HART.
-
Das Kommunikationsnetzwerk KN beinhaltet eine übergeordnete Einheit SPS, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung, welche Befehle an die Feldgeräte FG1, FG2, FG3 übermittelt, woraufhin die Feldgeräte FG1, FG2, FG3 Prozesswerte, Diagnosedaten und Statusinformationen an die übergeordnete Einheit SPS übermitteln. Diese Prozesswerte, Diagnosedaten und Statusinformationen werden von der übergeordneten Einheit SPS an einen Workstation-PC in der Leitstelle LS der Anlage A weitergeleitet. Dieser dient unter anderem zur Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung und zum Engineering, sowie zum Bedienen und Überwachen der Feldgeräte FG1, FG2, FG3.
-
Des Weiteren beinhaltet das Kommunikationsnetzwerk KN eine Feldzugriffseinheit FE, beispielsweise in Gestalt eines Edge Devices, welches die von den Feldgeräten FG1, FG2, FG3 an die übergeordnete Einheit SPS übermittelten Daten, bspw. Prozesswerte, Diagnosedaten und Statusinformationen, und an die Feldgeräte FG1, FG2, FG3 gerichteten Daten mithört, ggf. vorverarbeitet und über das Internet IN einer auf einer Cloud gelagerten Datenbank DB über den Kommunikationskanal KK3 zur Verfügung stellt. Die Datenbank DB ist dazu ausgestaltet, Applikationen auszuführen. Beispielsweise handelt es sich bei einer solchen Applikation um ein Plant Asset Management-System, welches dem Verwalten der Assets, also dem Inventarbestand, der Anlage A dient.
-
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren in 2 beispielhaft beschrieben:
- Zum erstmaligen Integrieren des Feldgeräts FG1 (dieses steht beispielhaft für jedes der in 1 abgebildeten Feldgeräte FG1, FG2, FG3) wird dieses zuerst an das Kommunikationsnetzwerk KN angeschlossen. In einem ersten Schritt 1 wird das Feldgerät FG1 mittels der übergeordneten Einheit SPS parametriert. Der Begriff Parametrieren bedeutet, dass Parametern (=mögliche Einstellungen) des Feldgeräts Parameterwerte zugeteilt werden. Diese Parameterwerte werden von der übergeordneten Einheit SPS an das Feldgerät FG1 übertragen. Hierfür wird ein erster Kommunikationskanal KK1 zwischen Feldgerät FG1 und übergeordneter Einheit SPS etabliert. Neben Einstellungen bzgl. des Messverhaltens des Feldgeräts FG1 umfassen die Parameter Einstellungen bzgl. der Kommunikation des Feldgeräts FG1 über das Kommunikationsnetzwerk KN. Die Parameterwerte sind von der Feldzugriffseinheit FE nicht interpretierbar, oder aber das Parametrieren erfolgt zu einem Zeitpunkt, an welchem die Feldzugriffseinheit FE noch nicht mit dem Kommunikationsnetzwerk KN verbunden ist.
-
Nach erfolgter Parametrierung tauscht das Feldgerät FG1 im zweiten Schritt mit der übergeordneten Einheit über den ersten Kommunikationskanal KK1 Daten aus. Die Feldzugriffseinheit FE kann nun zwar bereits den über den ersten Kommunikationskanal KK1 übertragenen Datenverkehr mithören, aber noch nicht interpretieren. Zum Konfigurieren der Feldzugriffseinheit zum Zwecke des Interpretierens der vom Feldgerät FG1 übertragenen Telegramme, bzw. der zum Feldgerät FG1 übertragenen Telegramme, exportiert das Feldgerät FG1 die entsprechenden Parameterwerte betreffend die Kommunikation über das Kommunikationsnetzwerk KN in einem Konfigurationsdatensatz KD in einem maschinenlesbaren Format. Der Konfigurationsdatensatz wird in einem Webserver WS des Feldgeräts FG1 abgelegt. Anschließend etabliert die Feldzugriffseinheit FE einen zweiten Kommunikationskanal KK2 zwischen der Feldzugriffseinheit FE und dem Webserver WS des Feldgeräts FG1. In diesem konkreten Ausführungsbeispiel wird der zweite Kommunikationskanal über eine Bluetooth-Verbindung zwischen dem Feldgerät FG und der Feldzugriffseinheit FE etabliert.
-
Der Konfigurationsdatensatz KD wird anschließend von dem Webserver WS abgerufen und an die Feldzugriffseinheit FE übermittelt (Schritt 3). Diese importiert den Konfigurationsdatensatz KD anschließend. Nach erfolgtem Import ist die Feldzugriffseinheit FE in der Lage, den Datenverkehr des ersten Kommunikationskanals KK1 zu interpretieren und Daten des Feldgeräts FG1, bzw. für das Feldgerät FG1 vorgesehene Daten zu erfassen und zu speichern.
-
Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass die Parameterwerte betreffend die Kommunikation der Feldgeräte FG1, FG2, FG3 über das Kommunikationsnetzwerk KN nicht manuell, bzw. händisch in der Feldzugriffseinheit FE eingegeben werden müssen. Dadurch wird eine Reduzierung des Zeitaufwands für die Konfiguration der Feldzugriffseinheit FE erzielt. Insbesondere ist das Verfahren dann besonders vorteilhaft, wenn die Feldzugriffseinheit erstmalig in ein Kommunikationsnetzwerk KN eingebaut wird und in dieses integriert werden soll.
-
Bezugszeichenliste
-
- A
- Anlage der Automatisierungstechnik
- DB
- Datenbank
- FE
- Feldzugriffseinheit
- FG1, FG2, FG3
- Feldgeräte
- IN
- Internet
- KD
- Konfigurationsdatensatz
- KK1, KK2, KK3
- Kommunikationskanäle
- KN
- Kommunikationsnetzwerk
- LS
- Leitstand der Anlage
- MS
- Messstelle
- SPS
- übergeordnete Einheit
- WS
- Webserver
