DE102019126452A1 - Drahtloser Protokollwandler für Feldgeräte - Google Patents

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DE102019126452A1
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David R. Denison
Manikandan JANARDHANAN
Fred G. Middendorf
Scott N. Hokeness
Nicholas T. Meyer
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Abstract

Techniken für den Zugriff auf und die Steuerung von Feldgeräten zur Datenerfassung und Protokollumwandlung umfassen das Empfangen von Daten, die in einem Prozesssteuerprotokoll codiert sind, das Extrahieren von Nutzdaten, das Speichern eines Teils der Nutzdaten und das Übertragen eines Teils der Nutzdaten in einem Universal-Computerkommunikationsprotokoll über ein drahtloses Netzwerk. Ein Verfahren für den Zugriff auf ein Feldgerät umfasst das Empfangen eines Befehls eines Benutzers von einem Benutzerkommunikator, das Identifizieren eines Zielfeldgeräts, das Erzeugen eines Befehls, das Codieren eines protokollcodierten Datensatzes und das Übertragen des protokollcodierten Datensatzes an das Zielfeldgerät. Ein Feldkommunikator-Gerät enthält Anweisungen zum Abrufen und Interpretieren von Feldgerätedaten, zum Speichern der Daten und zum Übertragen der Daten. Ein Computersystem umfasst einen Feldkommunikator, einen drahtlosen Benutzerkommunikator und ein drahtloses Computemetzwerk für den Zugriff auf und die Steuerung von Feldgeräten in einer Prozessanlage.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Der Prioritätsvorteil der am 1. Oktober 2018 eingereichten provisorischen U.S.-Patentanmeldung Nr. 62/739.830 wird beansprucht, und deren gesamter Inhalt wird durch Verweis hier aufgenommen.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Prozessanlagen und Prozessleitsysteme, insbesondere die Bereitstellung von Datenerfassungs- und Datenprotokollumwandlungseinrichtungen für ein Feldgerät in einer Prozessanlage.
  • HINTERGRUND
  • Verteilte Prozessleitsysteme, wie sie in chemischen, petrochemischen, industriellen oder anderen Prozessanlagen zur Herstellung, Veredelung, Umwandlung, Erzeugung oder Herstellung physischer Materialien oder Produkte verwendet werden, umfassen typischerweise eine oder mehrere Prozesssteuerungen, die über analoge, digitale oder kombinierte analoge/digitale Busse oder über eine drahtlose Kommunikationsverbindung oder ein drahtloses Netzwerk mit einem oder mehreren Feldgeräten kommunikativ gekoppelt sind. Die Feldgeräte, die zum Beispiel Ventile, Ventilstellungsregler, Schalter und Messumformer (z.B. Temperatur-, Druck-, Füllstands- und Durchflusssensoren) sein können, befinden sich in der Prozessumgebung und führen allgemein physische oder prozesssteuemde Funktionen wie z.B. das Öffnen oder Schließen von Ventilen, das Messen von Prozess- und/oder Umgebungsparametern wie die Temperatur oder den Druck usw. durch, um einen oder mehrere Prozesse zu steuern, die innerhalb der Prozessanlage oder des Systems ausgeführt werden. Intelligente Feldgeräte wie z.B. die Feldgeräte, die dem wohlbekannten Fieldbus-Protokoll entsprechen, können auch Steuerberechnungen, Alarmfunktionen und andere Steuerfunktionen durchführen, die üblicherweise in der Steuerung implementiert sind. Die Prozesssteuerungen, die typischerweise auch in der Anlagenumgebung angeordnet sind, empfangen Signale, die von den Feldgeräten durchgeführte Prozessmessungen und/oder andere die Feldgeräte betreffenden Informationen enthalten, und führen eine Steueranwendung aus, die zum Beispiel verschiedene Steuermodule ausführt, die Entscheidungen zur Prozesssteuerung treffen, auf der Basis der empfangenen Information Steuersignale erzeugen und mit den Steuermodulen oder -blöcken koordinieren, die in Feldgeräten wie z.B. HART®-, WirelessHART®- und FOUNDATION® Fieldbus-Feldgeräten ausgeführt werden. Die Steuermodule in der Steuerung senden die Steuersignale über die Kommunikationsleitungen oder Verbindungen zu den Feldgeräten, um dadurch den Betrieb mindestens eines Teils der Prozessanlage oder des Systems zu steuern, um z.B. mindestens einen Teil eines oder mehrerer Industrieprozesse, die innerhalb der Anlage oder des Systems ausgeführt werden, zu steuern. Zum Beispiel steuern die Steuerungen und die Feldgeräte mindestens einen Teil eines Prozesses, der von der Prozessanlage oder dem System gesteuert wird. E/A-Vorrichtungen, die typischerweise auch in der Anlagenumgebung angeordnet sind, sind typischerweise zwischen einer Steuerung und einem oder mehreren Feldgeräten angeordnet und ermöglichen die Kommunikation zwischen diesen, indem sie z.B. elektrische Signale in Digitalwerte umwandeln und umgekehrt. Wie hier verwendet, werden Feldgeräte und Steuerungen allgemein als „Prozesssteuergeräte“ bezeichnet.
  • Informationen von den Feldgeräten und der Steuerung werden in der Regel über ein Datenhighway oder ein Kommunikationsnetzwerk einem oder mehreren anderen Hardwaregeräten wie z.B. Bediener-Arbeitsstationen, PCs oder Computergeräten, Data-Historians, Reportgeneratoren, zentralen Datenbanken oder anderen zentralen Verwaltungsrechnern bereitgestellt, die sich typischerweise in Kontrollräumen oder an anderen Orten außerhalb der raueren Anlagenumgebung befinden. Allgemein ist das Datenhighway oder das Kommunikationsnetz ein drahtgebundenes Netzwerk mit niedriger Bandbreite. Jedes dieser Hardwaregeräte ist typischerweise in der Prozessanlage oder einen Teil der Prozessanlage zentralisiert. Diese Hardwaregeräte führen Anwendungen aus, die es zum Beispiel einem Bediener ermöglichen, Funktionen in Bezug auf die Steuerung eines Prozesses und/oder den Betrieb der Prozessanlage auszuführen, wie z.B. das Ändern von Einstellungen der Prozesssteuerroutine, das Ändern des Betriebs der Steuermodule in den Steuerungen oder Feldgeräten, das Anzeigen des aktuellen Prozesszustands, das Anzeigen von Alarmen, die von Feldgeräten und Steuerungen generiert wurden, das Simulieren des Betriebs des Prozesses zu Personalschulungszwecken von oder das Testen der Prozesssteuerungssoftware, das Pflegen und Aktualisieren einer Konfigurationsdatenbank usw. Der Datenhighway, der von den Hardwaregeräten, Steuerungen und Feldgeräten verwendet wird, kann einen drahtgebundenen Kommunikationsweg, einen drahtlosen Kommunikationsweg oder eine Kombination aus drahtgebundenen und drahtlosen Kommunikationswegen umfassen.
  • Beispielsweise umfasst das Delta V™-Steuerungssystem, das von Emerson Process Management angeboten wird, mehrere Anwendungen, die in verschiedenen Geräten, die sich an verschiedenen Stellen in einer Prozessanlage befinden, gespeichert und ausgeführt werden. Eine Konfigurationsanwendung, die in einer oder mehreren Arbeitsstationen oder Computergeräten installiert ist, ermöglicht es Benutzern, Prozesssteuermodule zu erstellen oder zu ändern und diese Prozesssteuermodule über einen Datenhighway in dedizierte verteilte Steuerungen herunterzuladen. Typischerweise bestehen diese Steuermodule aus kommunikativ miteinander verbundenen Funktionsblöcken, die Objekte in einem objektorientierten Programmierprotokoll sind, die auf der Basis von Eingaben Funktionen im Steuersystem durchführen und anderen Funktionsblöcken im Steuersystem Ausgaben bereitstellen. Die Konfigurationsanwendung kann einem Konfigurationsdesigner auch ermöglichen, Bedienoberflächen zu erstellen oder zu ändern, die von einer Betrachtungsanwendung verwendet wird, um einem Bediener Daten anzuzeigen, und dem Bediener zu ermöglichen, Einstellungen wie z.B. Sollwerte in den Prozesssteuerroutinen zu ändern. Jede dedizierte Steuerung, und in manchen Fällen ein oder mehrere Feldgeräte, speichern und führen eine jeweilige Steueranwendung aus, die die ihr zugeordneten und dort heruntergeladenen Steuermodule ausführt, um die eigentliche Prozesssteuerfunktionalität zu implementieren. Die Betrachtungsanwendungen, die auf einer oder mehreren Bediener-Arbeitsstationen (oder auf einer oder mehreren entfernten Computergeräten, die mit den Bediener-Arbeitsstationen und dem Datenhighway in kommunikativer Verbindung sind) ausgeführt werden können, empfangen über den Datenhighway Daten von der Steueranwendung, zeigen diese Daten den Konstrukteuren, Betreibern oder Benutzern von Prozessleitsystemen über die Benutzeroberflächen an und können eine von mehreren verschiedenen Ansichten wie z.B. eine Bediener-Ansicht, eine Ingenieur-Ansicht, eine Techniker-Ansicht usw. bereitstellen. Eine Data Historian-Anwendung wird typischerweise in einem Data Historian-Gerät gespeichert und ausgeführt, die einige oder alle Daten, die über den Datenhighway bereitgestellt werden, sammelt und speichert, während in einem weiteren mit dem Datenhighway verbundenen Computer eine Konfigurationsdatenbank-Anwendung ausgeführt werden kann, um die aktuelle Prozesssteuerroutinenkonfiguration und zugehörige Daten zu speichern. Alternativ dazu kann die Konfigurationsdatenbank in der gleichen Arbeitsstation wie die Konfigurationsanwendung angeordnet sein.
  • Typischerweise erfordert eine Prozessanlage, dass physische Geräte, Verbindungen, Verkabelungen usw. in der Feldumgebung der Prozessanlage über eine physische Verkabelung installiert, eingerichtet und miteinander verbunden werden. In der Backend-Umgebung der Anlage (z.B. an den zentralen Verwaltungsrechnem wie z.B. Bediener-Arbeitsstationen, PCs oder Computergeräten, zentralen Datenbanken, Konfigurationstools usw., die typischerweise in Kontrollräumen oder anderen Orten außerhalb der rauen Feldumgebung der Anlage platziert sind) werden Daten, die die verschiedenen Geräte, ihre Konfigurationen und ihre Zwischenverbindungen spezifisch identifizieren und/oder adressieren, integriert, geprüft oder autorisiert und gespeichert. Nachdem die physische Hardware installiert und konfiguriert wurde, werden Identifikationsinformationen, logische Anweisungen und andere Anweisungen und/oder Daten in die verschiedenen Geräte heruntergeladen, die sich in der Feldumgebung befinden, oder anderweitig bereitgestellt, sodass die verschiedenen Geräte in der Lage sind, über drahtgebundene Verbindungen mit anderen Geräten zu kommunizieren.
  • Typischerweise wird von verschiedenen Benutzerkategorien auf Feldgeräte zugegriffen. Zum Beispiel können Steuerungsplaner an Arbeitsplätzen Feldgeräte programmieren, die in der Backend-Umgebung der Anlage angeordnet sind. Betriebspersonal kann Feldgeräte auf Betriebszustände, Trends (z.B. Wertschwellen), die Regelkreisleistung usw. überwachen. Auch Wartungspersonal kann auf verschiedene Geräte in einer Prozessanlage zugreifen, um die Geräte routinemäßig und/oder im Notfall zu reparieren, neu zu konfigurieren, auszutauschen und/oder zu warten. Jeder der Benutzer kann über Verbindungen auf die Feldgeräte zugreifen, die direkte Verbindungen sein können, die durch ein handgeführtes oder tragbares Kommunikator-Gerät oder über installierte Prozessanlagennetzwerke erleichtert werden. Feldgeräte können ein großes Datenvolumen erzeugen, das zur Sättigung des festverdrahteten Netzwerks in einer Prozessanlage führt, und die direkte Kommunikation mit tragbaren Geräten kann mühsam und zeitaufwändig sein, da sie allgemein eine vorübergehende direkte festverdrahtete Verbindung mit dem Feldgerät erfordert. Zudem werden Daten von Feldgeräten, die über ein installiertes festverdrahtetes Netzwerk der Prozessanlage empfangen werden, verzögert, da sie innerhalb des festverdrahteten Netzwerks eine Reihe von Teilstrecken (Hops) durchlaufen müssen. Da Diagnosedaten von Feldgeräten in der Prozessanlage nicht dem Hauptzweck des Feldgeräts entsprechen, können diese Daten gegenüber Daten in Bezug auf Primärfunktionen der Anlage entpriorisiert werden. Solche entpriorisierten Daten können zu erheblichen Verzögerungen bei der Fehlersuche, Aufrüstung und Wartung von Feldgeräten führen.
  • Zudem können manche Aktivitäten (z.B. die Diagnose eines Feldgeräts) den physischen Zugriff eines Benutzers (z.B. eines Wartungsbenutzers) auf das Feldgerät erfordern, was zu einer Reihe von Komplikationen führen kann. Zuerst muss der Benutzer möglicherweise eine Abdeckung des Feldgeräts abnehmen, um Zugang zu den Kommunikationsanschlüssen des Feldgeräts zu erhalten, und während dieses Vorgangs kann das Innere des Feldgeräts einer potenziell gefährlichen Betriebsumgebung ausgesetzt werden (z.B. brennbare Gase, Toxine, Abgase, Hitze, Funken, Lichtbogen usw.). Darüber hinaus kann der Zugriff auf das Feldgerät erfordern, dass der Benutzer ein Gehäuse des Feldgeräts abnimmt und/oder auswechselt, wodurch das Feldgerät potenziell einer Verunreinigung ausgesetzt wird und/oder eine Zulassung des Feldgeräts zunichte gemacht wird und der Benutzer aufgrund des Zugriffs auf ein Feldgerät verschiedene wegwerfbare Hardwarekomponenten (z.B. eine Gummidichtung, einen O-Ring usw.) auszuwechseln hat, Feldtechniker muss daher bei jeder Wartung zusätzliche Ersatzhardware zum Feldgerät mitführen, was die körperliche Belastung des Feldtechnikers/Benutzers erhöht.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein computerimplementiertes Verfahren zur Datenerfassung von einem Feldgerät und zum Durchführen der Protokollumwandlung umfasst ein Empfangen eines Datensatzes, der in einem Prozesssteuerprotokoll codiert ist, vom Feldgerät über einen Sender. Der Sender kann verdrahtet oder drahtlos sein. Das Verfahren kann außerdem ein Extrahieren von Nutzdaten aus dem Datensatz durch einen Prozessor und ein Speichern mindestens eines Teils der Nutzdaten in einem Speicher umfassen, und ein Übertragen mindestens eines Teils der Nutzdaten, die in einem Universal-Computerkommunikationsprotokoll codiert ist, über eine drahtlose Netzwerkschnittstellensteuerung.
  • In einem weiteren Aspekt umfasst ein computerimplementiertes Verfahren für den Zugriff auf ein Feldgerät das Empfangen eines Befehls eines Benutzers, der eine Angabe eines Feldgeräts enthält, wobei der Befehl des Benutzers die von einem Benutzerkommunikator empfangene Angabe des Feldgeräts enthält. Das Verfahren kann außerdem ein Identifizieren, auf der Basis der Angabe des Zielfeldgeräts, eines Zielfeldgeräts mit einem dem Zielfeldgerät entsprechenden Protokoll und ein Erzeugen eines Gerätebefehls auf der Basis des Befehls vom Benutzers umfassen. Das Verfahren kann außerdem das Codieren eines protokollcodierten Datensatzes auf der Basis des dem Zielfeldgerät entsprechenden Protokolls und ein Übertragen des protokollcodierten Datensatzes an das Zielfeldgerät über einen Sender umfassen.
  • Ein Feldkommunikator-Gerät umfasst einen oder mehrere Prozessoren,
    einen Sender, eine drahtlose Netzwerkschnittstellensteuerung und
    Speicher, der Anweisungen speichert, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, das Feldkommunikator-Gerät dazu veranlassen, in ein Prozesssteuerprotokoll codierte Daten abzurufen, die Daten im drahtlosen Kommunikationsgerät zu interpretieren, mindestens einen Teil der Daten im Speicher zu speichern und mindestens einem Teil der Daten über die drahtlose Netzwerkschnittstellensteuerung in einem Universal-Computerkommunikationsprotokoll zu übertragen.
  • Ein Computersystem zum Bereitstellen von Datenerfassungs- und Protokollumwandlungstechniken umfasst ein drahtloses Computemetzwerk, einen drahtlosen Benutzerkommunikator und einen Feldkommunikator, der einen oder mehrere Prozessoren, einen Sender, eine drahtlose Netzwerkschnittstellensteuerung und einen Speicher aufweist, der Anweisungen speichert, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, das Computersystem dazu veranlassen, in ein Prozesssteuerprotokoll codierte Daten über das drahtlose Computernetzwerk zu senden. Der Speicher kann weitere Anweisungen enthalten, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, das Computersystem dazu veranlassen, die Daten über das drahtlose Netzwerk zu empfangen, die Daten zu interpretieren, um im Feldkommunikator Nutzdaten zu erzeugen, und eine die Nutzdaten enthaltende Anweisung an ein Feldgerät auszugeben.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Prozessanlage und Komponenten davon darstellt, von denen mindestens ein Teil die hier beschriebenen Datenerfassungs- und Protokollumwandlungstechniken aufweisen kann;
    • 2 stellt eine beispielhafte Prozessanlagenumgebung zur Durchführung von Datenerfassungs- und Protokollumwandlungstechniken dar;
    • 3 stellt ein beispielhaftes Feldkommunikator-Gerät dar, das in der Lage ist, Datenerfassungs- und Protokolltechniken in einer Prozessanlage durchzuführen;
    • 4 ist ein Blockschaltbild, das ein beispielhaftes Feldkommunikator-Gerät darstellt, das mit verschiedenen Komponenten einer Prozessanlage in Kommunikation ist;
    • 5 stellt ein beispielhaftes Verfahren zur Datenerfassung und Protokollumwandlung für Feldgeräte dar; und
    • 6 stellt ein beispielhaftes Verfahren für den Zugriff auf ein Feldgerät dar.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Prozessanlagen umfassen allgemein eine Vielzahl von Geräten unterschiedlichen Typs, die verschiedene Aspekte von Prozessen in der Prozessanlage überwachen, um sicherzustellen, dass die Systeme und Komponenten der Anlagen den betrieblichen Anforderungen der Eigentümer oder Kunden entsprechend ausgelegt, geprüft, installiert, betrieben und gewartet werden, wodurch die Funktionsfähigkeit, Leistung, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Informations-Rückverfolgbarkeit von Prozessanlagen gewährleistet wird.
  • Die Geräte unterschiedlichen Typs können z.B. HART®-, WirelessHART®- und FOUNDATION®-Fieldbus-Feldgeräte umfassen. Jedes des Feldgeräte kann in einem Computernetzwerk fest verdrahtet sein, das mit einer Vielzahl von Backend-Diensten (z.B. ein Management-System, eine Arbeitsstation, eine Datenbank usw.) kommunikativ gekoppelt ist, um Benutzern (z.B. Mitarbeitern der Prozessanlage) die Überwachung, die Konfiguration, den Zugriff auf und den Einsatz von Feldgeräten zu ermöglichen. In bestimmten Aspekten kann der Zugriff auf Feldgeräte über eine oder mehrere Steuerungen erfolgen. Allgemein kann eine „Prozesssteuerung“, ein „Steuergerät“ oder „Feldgerät“ jedes Gerät in der Anlagenumgebung sein, einschließlich Steuervorrichtungen, Sicherheitsvorrichtungen, Überwachungsvorrichtungen und/oder dergleichen, die dazu konfiguriert sein können, zugehörige Funktionalitäten zu initiieren, zu implementieren und/oder zu verwalten.
  • Eine Prozessanlage kann ein Feldgerät umfassen, das mit einem Feldkommunikator-Gerät gekoppelt ist, wobei ein Benutzerkommunikator den drahtlosen Zugriff auf den Feldkommunikator ermöglicht. Allgemein kann ein Benutzer mit dem Benutzerkommunikator auf den Feldkommunikator zugreifen, um das Lesen von Daten aus dem Feldgerät und das Schreiben von Daten in das Feldgerät zu organisieren. Der Benutzer kann den Benutzerkommunikator zum Beispiel verwenden, um einen Befehl auszugeben. Der Befehl kann vom Benutzerkommunikator in einem Universal- Computerkommunikationsprotokoll (z.B. Hyper Text Transfer-Protokoll) zum Feldkommunikator übertragen werden. Der Feldkommunikator kann den Befehl empfangen, den Befehl in einen Prozesssteuerprotokollbefehl umwandeln und den umgewandelten Befehl an das Feldgerät senden. Der Feldkommunikator kann eine Antwort auf den Befehl lesen und die Antwort an den Benutzerkommunikator senden. Allgemein kann zwischen dem Feldgerät, dem Feldkommunikator und dem Benutzerkommunikator jede geeignete Form transitiver bidirektionaler Kommunikation implementiert werden.
  • Der Feldkommunikator kann bestimmte Fähigkeiten des Feldgeräts erleichtern, die sonst im Feldgerät fehlen (z.B. Datenerfassung, Daten-Caching, Datenkonvertierungsroutinen, drahtlose Übertragungsfähigkeiten usw.). Der Feldkommunikator kann vom Hersteller des Feldkommunikators (z.B. bei der Herstellung des Feldgeräts) oder vom Käufer/Benutzer des Feldgeräts zusammen mit dem Feldgerät installiert werden. Zum Beispiel kann ein Prozessanlagenbetreiber ein Feldgerät und einen Feldkommunikator gemeinsam oder getrennt erwerben, und der Anlagenbetreiber kann den Feldkommunikator in das Feldgerät installieren, bevor er das Feldgerät in der Prozessanlage einsetzt. Ein Benutzerkommunikator kann mit dem Feldkommunikator oder separat bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Anlagenbetreiber einen Feldkommunikator erwerben und den Feldkommunikator in ein bereits aufgestelltes Feldgerät installieren (d.h., ein bestehendes Feldgerät nachrüsten/aufrüsten).
  • Das Feldgerät kann mit dem Feldkommunikator verbunden sein (z.B. über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung), und der Feldkommunikator kann in einem Prozesssteuerprotokoll codierte Daten aus dem Feldgerät lesen. Der Feldkommunikator kann diese prozesssteuerprotokollcodierten Daten in ein Universal-Computerkommunikationsprotokoll umwandeln. Der Feldkommunikator kann die Originaldaten und/oder die konvertierten Daten im Kurz- oder Langzeitspeicher zwischenspeichern. Der Feldkommunikator kann die umgewandelten Daten über eine drahtlose Netzwerkschnittstellensteuerung des Feldkommunikators an ein anderes Gerät in der Prozessanlage (z.B. einen Router, einen Repeater, ein Gerät in einem drahtlosen Mesh-Netzwerk usw.) übertragen.
  • Typischerweise sind Prozesssteuerprotokolldaten von Feldgeräten in einer Prozessanlage nur über eine verdrahtete Umgebung mit niedriger Bandbreite verfügbar. Da der Feldkommunikator über eine drahtgebundene Verbindung direkt mit dem Feldgerät verbunden werden kann, kann der Feldkommunikator jedoch Daten mit einer hohen Bandbreite/Durchsatzgeschwindigkeit (z.B. 1 Gigabyte pro Sekunde oder mehr) vom Feldgerät abrufen und große Datenmengen im Vergleich zum herkömmlichen Zugriff auf Feldgerätedaten mit niedriger Bandbreite relativ schnell vom Feldgerät abrufen. Da der Feldkommunikator zudem eine drahtlose Netzwerkschnittstellenkarte aufweisen kann, die mit einem drahtlosen Hochgeschwindigkeitsnetzwerk verbunden ist, kann der Feldkommunikator den schnellen Echtzeitzugriff auf Feldgeräte durch andere Geräte in der Prozessanlage, denen solch ein Zugriff bisher fehlte, erleichtern. Der Feldkommunikator kann zum Beispiel mit anderen Feldkommunikatoren, mit stationären Komponenten in der Prozessanlage und/oder mit mobilen Komponenten (z.B. einem Benutzerkommunikator) in oder in der Nähe der Prozessanlage drahtlos Daten austauschen.
  • Der Feldkommunikator kann den Zugriff auf Feldgeräte mit unterschiedlichen Prozesssteuerprotokollen standardisieren (z.B. über eine Anwendungsprogrammierschnittstelle (API)). Zum Beispiel kann ein bestimmtes Feldgerät Daten in einem Format auf Paketbasis, einem gepackten Binärformat usw. ausgeben. Das Format kann ein proprietäres Format eines Feldgeräteherstellers sein und zwischen Geräten nicht rückwärtskompatibel sein. Der Feldkommunikator kann eine Bibliothek von Protokollumwandlungsroutinen aufweisen, die es dem Feldkommunikator ermöglichen, einen transparenten und standardisierten Zugriff auf Feldgeräte mit unterschiedlichen Prozesssteuerprotokollen zu ermöglichen. Ein Feldkommunikator kann zum Beispiel in drei Feldgeräten installiert sein, die jeweils von verschiedenen Herstellern hergestellt wurden und Daten in drei verschiedenen Prozesssteuerprotokollen ausgeben. Darüber hinaus kann jedes der drei Feldgeräte drei jeweilige Sätze von Funktionalitäten umfassen, die sich teilweise überschneiden. Zum Beispiel kann jedes der drei Geräte einen Versionsbefehl unterstützen, der, wenn er ausgeführt wird, die Softwareversion des jeweiligen Feldgeräts zurückgibt. Die Befehle, die an die jeweiligen Geräte ausgegeben werden müssen, um die Version zu erhalten, können jedoch unterschiedlich sein.
  • Im obigen Beispiel kann ein Benutzer über die API des Feldkommunikators mit dem Benutzerkommunikator auf den Feldkommunikator zugreifen. Zum Beispiel kann der Benutzer einen GetVersion-Befehl ausgeben. Ein oder mehrere Feldgeräte können als Parameter für den GetVersion-Befehl angegeben sein. Im Feldkommunikator ausgeführte Softwareanweisungen können auf der Basis der Identität/des Typs des als Parameter angegebenen Feldgeräts einen geeigneten Systemaufruf bestimmen. Im obigen Beispiel kann der Feldkommunikator drei verschiedene Versionsbefehle an jedes der jeweiligen Feldgeräte ausgeben. Ein Vorteil dieser vereinheitlichten Schnittstelle zu unterschiedlichen Feldgeräten ist, dass die Programmieraufgabe des Benutzers vereinfacht wird. Der Benutzer muss nur eine Abfrage schreiben, statt drei. Die Bibliothek der Protokollumwandlungsroutinen ist eine hilfreiche Blackbox-Abstraktion. Ein weiterer Vorteil der Feldkommunikator-API ist, dass mehrere Feldgeräte durch mehrfadigen und/oder Multiprozessor-Code parallel abgefragt werden können. Weitere Vorteile werden in Betracht gezogen.
  • Unabhängig davon, wie ein bestimmtes Feldgerät mit Feldkommunikatorfähigkeiten ausgestattet wird, erwirbt ein derart ausgestattetes Feldgerät eine Anzahl wichtiger und nützlicher Anwendungen im Zusammenhang mit der Prozessanlage, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, der Möglichkeit des Anlagenbetreibers, das Feldgerät aus der Ferne zu verwalten, der Möglichkeit, Daten aus einem oder mehreren Feldgeräten in getrennte Netzwerke aufzuteilen (z.B. zu Sicherheits- und/oder Lastmanagementzwecken) und der Aufhebung des Rechts auf direkten physischen Zugriffs auf Feldgeräte, sobald sie aufgestellt sind. Dadurch kann ein Administrator einer Prozessanlage Feldgeräte effizient und effektiv verwalten, ohne den Administrator oder das Feldgerät potenziell gefährlichen Bedingungen auszusetzen. Große Datenmengen können in Echtzeit oder Fast-Echtzeit aus dem Speicher des Feldgeräts gelesen und in diesen geschrieben werden, ohne die Netzwerkpriorität anderer Daten, die innerhalb der Prozessanlage übertragen werden, zu beeinträchtigen. Die Systeme und Verfahren können eine effizientere Bereitstellung/Inbetriebnahme von Feldgeräten ermöglichen, und können die Zwischenspeicherung von Daten im Speicher des Feldkommunikators ermöglichen, sodass bestimmte Attribute des Feldgeräts (z.B. Softwareversion, letztes Kalibrierungsdatum usw.) schneller abgerufen werden können.
  • Die Systeme und Verfahren können es dem Administrator außerdem ermöglichen, Korrekturmaßnahmen und/oder andere Funktionalitäten bezüglich der Erfassung von Daten von Feldgeräten und der Umwandlung von Daten in und aus bestimmten Protokollen initiieren. Zum Beispiel kann sich ein Benutzer in der Feldumgebung einer Prozessanlage befinden und durch Sichtkontrolle feststellen, dass ein Ventil blockiert zu sein scheint. Bisher musste der Benutzer physisch auf das zum Ventil gehörige Feldgerät zugreifen, und der Benutzer musste zuerst eine prozesssteuerungsprotokollspezifische Hardware abrufen, um eine Diagnose durchzuführen. Selbst wenn der Benutzer über die richtige Hardware verfügte, musste er möglicherweise auf die Dokumentation eines ungewohnten Prozesssteuerprotokolls zurückgreifen, was sehr zeitaufwändig sein konnte. Mit den vorliegenden Techniken kann der Benutzer jedoch den Benutzerkommunikator verwenden, um sofort auf das Feldgerät zuzugreifen, worauf der Benutzer auf den Cache des Feldgeräts zugreifen kann, um den aktuellen Zustand des Ventils (z.B. mit einem GetValveState- Befehl) bestimmen sowie eine Momentaufnahme historischer Ventilzustände zu erhalten. Diese Daten können dem Benutzer auf einer grafischen Benutzeroberfläche dargestellt werden, sodass der Benutzer schnell erkennen kann, dass der Ventilzustand seit langem in einer bestimmten Position blockiert ist.
  • Im obigen Beispiel greift ein Benutzer über einen Benutzerkommunikator auf den Feldkommunikator zu. Erfindungsgemäß kann der Feldkommunikator jedoch dazu konfiguriert sein, ohne den expliziten Eingriff eines Benutzers automatisch (z.B. periodisch) Befehle auszuführen, Daten aus dem Feldgerät abzurufen, Daten an das Netzwerk zu senden usw. Zudem können mehrere Benutzer gleichzeitig auf den Feldkommunikator zugreifen, indem sie ein oder mehrere Universal-Computerkommunikationsprotokolle verwenden. Zum Beispiel kann ein erster Benutzer mit einem handgeführten Benutzerkommunikator über Bluetooth auf den Feldkommunikator zugreifen, während ein zweiter Benutzer über eine HTTP-Verbindung von einem Hochleistungscomputer aus auf den Feldkommunikator zugreift.
  • 1 ist ein Blockschaltbild einer beispielhaften Prozessanlage, eines Prozessleitsystems oder einer Prozesssteuerungsumgebung 5, in welcher ein oder mehrere Feldkommunikatoren, wie hier beschrieben, installiert und betrieben werden können. Die Prozesssteuerungsumgebung 5 umfasst eine oder mehrere Prozesssteuerungen, die Signale empfangen können, die Prozessmessungen enthalten, die von Feldgeräten durchgeführt wurden, diese Informationen verarbeiten, um eine Steuerroutine zu implementieren und Steuersignale erzeugen, die über drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsverbindungen oder Netzwerke der Prozesssteuerungen an andere Feldgeräte gesendet werden, um den Betrieb eines Prozesses in der Anlage 5 zu steuern. Typischerweise erfüllt mindestens ein Feldgerät eine physische Funktion (z.B. das Öffnen oder Schließen eines Ventils, Erhöhen oder Senken einer Temperatur usw.), um den Betrieb eines Prozesses zu steuern, und einige Feldgerätetypen kommunizieren über E/A-Geräte mit Steuerungen. Prozesssteuerungen, Feldgeräte und E/A-Geräte können verdrahtet oder drahtlos sein, und eine beliebige Anzahl und Kombination von verdrahteten und drahtlosen Prozesssteuerungen, Feldgeräten und E/A-Geräten kann in der Prozessanlagenumgebung oder im System 5 enthalten sein.
  • 1 stellt zum Beispiel eine Prozesssteuerung 11 dar, die über Ein-/Ausgabe-(E/A)-Karten 26 und 28 mit den verdrahteten Feldgeräten 15-22 kommunikativ verbunden ist und die über ein Funkgateway 35 und ein Prozesssteuerungsdatenhighway oder Backbone 10 (das eine oder mehrere drahtgebundene und/oder drahtlose Kommunikationsverbindungen umfassen kann und mit jedem gewünschten oder geeigneten Kommunikationsprotokoll wie zum Beispiel einem Ethernet-Protokoll implementiert werden kann) mit den drahtlosen Feldgeräten 40-46 kommunikativ verbunden ist. In einer Ausführungsform ist die Steuerung 11 über ein oder mehrere andere Kommunikationsnetzwerke als dem Backbone 10 mit dem drahtlosen Gateway 35 kommunikativ verbunden, wie zum Beispiel über eine beliebige Anzahl anderer drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationsverbindungen, die ein oder mehrere Universal-Computerkommunikationsprotokolle unterstützen (z.B. Wi-Fi oder ein anderes IEEE 802.11-konformes drahtloses lokales Netzwerkprotokoll, ein mobiles Kommunikationsprotokoll (z.B. WiMAX, LTE oder ein anderes ITU-R-kompatibles Protokoll), Bluetooth® usw.) oder ein Prozesssteuerprotokoll (z.B. HART®, WirelessHART®, Profibus, FOUNDATION® Fieldbus usw.).
  • Die Steuerung 11, die beispielsweise die von Emerson Process Management angebotene DeltaV™-Steuerung sein kann, kann betrieben werden, um mit mindestens einigen der Feldgeräte 15-22 und 40-46 einen Stapelprozess oder einen kontinuierlichen Prozess zu implementieren. Zusätzlich zur kommunikativen Verbindung mit dem Prozesssteuerungsdatenhighway 10 kann die Steuerung 11 auch mit mindestens einigen der Feldgeräte 15-22 und 40-46 kommunikativ verbunden sein, wobei jede gewünschte Hardware und zugehörige Software verwendet werden kann, zum Beispiel 4-20 mA-Standardgeräte, E/A-Karten 26, 28 und/oder ein intelligentes Kommunikationsprotokoll wie das FOUNDATION® Fieldbus-Protokoll, dem HART®-Protokoll, dem WirelessHART®-Protokoll usw. In 1 sind die Steuerung 11, die Feldgeräte 15-22 und die E/A-Karten 26, 28 verdrahtete Geräte, und die Feldgeräte 40-46 sind drahtlose Feldgeräte. Natürlich könnten die drahtgebundenen Feldgeräte 15-22 und die drahtlosen Feldgeräte 40-46 anderen gewünschten Standards oder Protokollen entsprechen, wie z.B. drahtgebundenen oder drahtlosen Protokollen einschließlich aller in Zukunft entwickelten Standards oder Protokolle.
  • Die Prozesssteuerung 11 von 1 umfasst einen Prozessor 30, der eine oder mehrere Prozesssteuerroutinen 38 (die z.B. in einem Speicher 32 gespeichert sind) implementiert oder überwacht. Der Prozessor 30 ist dazu konfiguriert, mit den Feldgeräten 15-22 und 40-46 und mit anderen Prozesssteuergeräten, die mit der Steuerung 11 kommunikativ verbunden sind, zu kommunizieren. Es ist anzumerken, dass alle Steuerroutinen oder Module, die hier beschrieben werden, Teile aufweisen können, die von verschiedenen Steuerungen oder anderen Geräten implementiert oder ausgeführt werden können, wenn dies gewünscht wird. Dementsprechend können die hier beschriebenen Steuerroutinen oder Module 38, die im Prozessleitsystem 5 implementiert werden, jede Form annehmen, einschließlich Software, Firmware, Hardware usw. Steuerroutinen können in jedem beliebigen Softwareformat implementiert sein, z.B. durch objektorientierte Programmierung, Leiterlogik, sequenzielle Funktionspläne, Funktionsblockdiagramme oder durch Verwendung anderer Softwareprogrammiersprachen oder Designansätze. Die Steuerroutinen 38 können in jedem gewünschten Typ von Speicher 32 wie z.B. Direktzugriffsspeicher (RAM) oder Nur-Lese-Speicher (ROM) gespeichert werden. Dementsprechend können die Steuerroutinen 38 zum Beispiel in einem oder mehreren EPROMs, EEPROMs, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs) oder anderen Hardware- oder Firmware-Elementen hart codiert sein. Daher kann die Steuerung 11 dazu konfiguriert sein, eine Steuerstrategie oder eine Steuerroutine auf jede gewünschte Weise zu implementieren.
  • In manchen Ausführungsformen implementiert die Steuerung 11 eine Steuerstrategie, indem sie sogenannte Funktionsblöcke verwendet, wobei jeder Funktionsblock ein Objekt oder ein anderer Teil (z.B. eine Unterroutine) einer Gesamtsteuerroutine ist und (über Verbindungen, die als Links bezeichnet werden) in Verbindung mit anderen Funktionsblöcken arbeitet, um Prozessregelkreise im Prozessleitsystem 5 zu implementieren. Steuerbasierte Funktionsblöcke führen typischerweise eines von einer Eingabefunktion die z.B. einem Messumformer, einem Sensor oder einem anderen Prozessparameter-Messgerät zugeordnet ist, einer Steuerfunktion, die z.B. einer Steuerroutine zugeordnet ist, die eine PID-, Fuzzy Logic-Steuerung usw. durchführt, oder einer Ausgabefunktion aus, die den Betrieb einer Vorrichtung wie z.B. eines Ventils steuert, um eine physische Funktion innerhalb des Prozessleitsystems 5 durchzuführen. Natürlich gibt es Hybrid- und andere Typen von Funktionsblöcken. Funktionsblöcke können in der Steuerung 11 gespeichert und ausgeführt werden, was typischerweise der Fall ist, wenn diese Funktionsblöcke für Standard 4-20 mA-Geräte und einige Arten von intelligenten Feldgeräten wie HART®-Geräte verwendet werden oder diesen zugeordnet sind, oder sie können in den Feldgeräten selbst gespeichert und implementiert werden, was bei FOUNDATION® Fieldbus-Geräten der Fall sein kann. Die Steuerung 11 kann eine oder mehrere Steuerroutinen 38 umfassen, die einen oder mehrere Regelkreise implementieren können, und kann durch Ausführen eines oder mehrerer Funktionsblöcke durchgeführt werden.
  • Die verdrahteten Feldgeräte 15-22 können Geräte jeden Typs sein, wie z.B. Sensoren, Ventile, Messumformer, Stellungsregler usw., während die E/A-Karten 26 und 28 jede Art von E/A-Geräten sein können, die einem gewünschten Kommunikations- oder Steuerprotokoll entspricht. In 1 sind die Feldgeräte 15-18 Standard 4-20 mA-Geräte oder HART®-Geräte, die über analoge Leitungen oder kombinierte analoge und digitale Leitungen mit der E/A-Karte 26 kommunizieren (im Folgenden auch als „nicht-intelligente“ oder „dumme“ Geräte bezeichnet), während die Feldgeräte 19-22 intelligente Geräte sind, wie z.B. FOUNDATION® Fieldbus-Feldgeräte, die durch ein FOUNDATION® Fieldbus-Kommunikationsprotokoll über einen Digitalbus mit der E/A-Karte 28 kommunizieren. Doch in manchen Ausführungsformen kommunizieren mindestens einige der verdrahteten Feldgeräte 15, 16 und 18-21 und/oder mindestens einige der E/A-Karten 26, 28 zusätzlich oder alternativ dazu durch den Prozesssteuerungsdatenhighway 10 und/oder durch andere geeignete Steuerprotokolle (z.B. Profibus, DeviceNet, Foundation Fieldbus, ControlNet, Modbus, HART usw.) mit der Steuerung 11.
  • In 1 kommunizieren die drahtlosen Feldgeräte 40-46 über ein drahtloses Prozesssteuerungskommunikationsnetzwerk 70 unter Verwendung eines drahtlosen Protokolls wie z.B. das WirelessHART®-Protokoll. Solche drahtlosen Feldgeräte 40-46 können direkt mit einem oder mehreren anderen Geräten oder Knoten des drahtlosen Netzwerks 70 kommunizieren, die ebenfalls für die drahtlose Kommunikation konfiguriert sind (zum Beispiel durch das drahtlose Protokoll oder ein anderes drahtloses Protokoll). Um mit einem oder mehreren anderen Knoten zu kommunizieren, die nicht für die drahtlose Kommunikation konfiguriert sind, können die drahtlosen Feldgeräte 40-46 ein drahtloses Gateway 35 verwenden, das mit dem Prozesssteuerungsdatenhighway 10 oder einem anderen Prozesssteuerungskommunikationsnetzwerk verbunden ist. Das drahtlose Gateway 35 ermöglicht den Zugriff auf verschiedene drahtlose Geräte 40-58 des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 70. Insbesondere stellt das drahtlose Gateway 35 die kommunikative Verbindung zwischen den drahtlosen Geräten 40-58, den verdrahteten Geräten 11-28 und/oder anderen Knoten oder Geräten der Prozesssteuerungsanlage 5 her. Zum Beispiel kann das drahtlose Gateway 35 unter Verwendung des Prozesssteuerungsdatenhighways 10 und/oder unter Verwendung eines oder mehrerer anderer Kommunikationsnetze der Prozessanlage 5 eine kommunikative Verbindung herstellen.
  • Den verdrahteten Feldgeräte 15-22 entsprechend führen die drahtlosen Feldgeräte 40-46 des drahtlosen Netzwerks 70 in der Prozessanlage 5 physische Steuerfunktionen wie z.B. das Öffnen oder Schließen von Ventilen oder das Messen von Prozessparametern durch. Die drahtlosen Feldgeräte 40-46 sind jedoch dazu konfiguriert, durch das drahtlose Protokoll des Netzwerks 70 kommunizieren. Die drahtlosen Feldgeräte 40-46, das drahtlose Gateway 35 und andere drahtlose Knoten 52-58 des drahtlosen Netzwerks 70 sind daher Hersteller und Verbraucher von drahtlosen Kommunikationspaketen.
  • In manchen Konfigurationen der Prozessanlage 5 umfasst das drahtlose Netzwerk 70 nicht drahtlose Geräte. In 1 zum Beispiel ist ein Feldgerät 48 von 1 ein älteres 4-20 mA-Gerät und ein Feldgerät 50 ein verdrahtetes HART®-Gerät. Zur Kommunikation innerhalb des Netzwerks 70 werden die Feldgeräte 48 und 50 über einen Funkadapter 52a, 52b mit dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk 70 verbunden. Die Funkadapter 52a, 52b unterstützen ein drahtloses Protokoll wie z.B. WirelessHART und können auch ein oder mehrere andere Kommunikationsprotokolle wie z.B. Foundation® Fieldbus, PROFIBUS, DeviceNet usw. unterstützen. Zusätzlich umfasst das drahtlose Netzwerk 70 in manchen Konfigurationen einen oder mehrere Netzwerkzugriffspunkte 55a, 55b, die separate physische Geräte in drahtgebundener Kommunikation mit dem drahtlosen Gateway 35 sein können oder mit dem drahtlosen Gateway 35 als integriertes Gerät vorgesehen sein können. Das drahtlose Netzwerk 70 kann auch einen oder mehrere Router 58 umfassen, um Pakete von einem drahtlosen Gerät zu einem anderen drahtlosen Gerät innerhalb des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 70 weiterzuleiten. In 1 kommunizieren die drahtlosen Geräten 40-46 und 52-58 über drahtlose Verbindungen 60 des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 70 und/oder über den Prozesssteuerungsdatenhighway 10 miteinander und mit dem drahtlosen Gateway 35.
  • In 1 umfasst das Prozessleitsystem 5 eine oder mehrere Bediener-Arbeitsstationen 71, die mit dem Datenhighway kommunikativ verbunden sind. Über die Bediener-Arbeitsstationen 71 können die Bediener den Echtzeitbetrieb der Prozessanlage 5 betrachten und überwachen sowie Diagnose-, Korrektur-, Wartungs- und/oder sonstigen Maßnahmen ergreifen, die erforderlich sein können. Mindestens ein Teil der Bediener-Arbeitsstationen 71 kann in verschiedenen geschützten Bereichen in oder in der Nähe der Anlage 5 angeordnet sein, und in manchen Situationen kann mindestens ein Teil der Bediener-Arbeitsstationen 71 entfernt angeordnet, aber dennoch in kommunikativer Verbindung mit der Anlage 5 sein. Die Bediener-Arbeitsstationen 71 können verdrahtete oder drahtlose Computergeräte sein.
  • Das Prozessleitsystem 5 umfasst ein Asset-Management-System 68, das dazu konfiguriert ist, bestimmte der hier beschriebenen Funktionalitäten zu erleichtern. Das Asset-Management-System 68 kann sich z.B. über die Prozesssteuerung 11 und/oder das drahtlose Gateway 35 mit einem Teil oder allen Feldgeräten 15-22 und 40-46 verbinden und kommunizieren. Ausführungsformen gemäß kann das Asset-Management-System 68 von den Feldgeräten 15-22 und 40-46 Daten, die mit den Feldgeräten 15-22 und 40-46 im Zusammenhang stehen, anfordern und abrufen.
  • Das Asset-Management-System 68 kann allgemein eine oder mehrere Softwareanwendungen umfassen, die auf einer oder mehreren Arbeitsstationen (wie z.B. Bediener-Arbeitsstation(en) 71) ausgeführt werden, um es einem Benutzer zu ermöglichen, Daten zu überprüfen, die mit den Feldgeräten 15-22 und 40-46 des Prozessleitsystems 5 im Zusammenhang stehen. Solch eine Interaktion kann eine Diagnose, Wartung, Konfiguration, Bewertung und/oder dergleichen umfassen. Auch wenn eine oder mehrere Asset-Management-System-Anwendungen lokal auf der Arbeitsstation ausgeführt werden können, kann ein Benutzer sich über ein Datenkommunikationsnetzwerk aus der Ferne mit dem Asset-Management-System 68 verbinden. Daher kann ein Benutzer, der sich an einer Arbeitsstation befindet, mit dem Asset-Management-System 68 interagieren, um unabhängig vom physischen Standort des Benutzers verschiedene Funktionen bezüglich des Prozessleitsystems 5 zu ermöglichen.
  • Das beispielhafte Prozessleitsystem 5 ist außerdem mit einer Konfigurationsanwendung 72a und einer Konfigurationsdatenbank 72b dargestellt, die ebenfalls mit dem Datenhighway 10 kommunikativ verbunden sind. Verschiedene Instanzen der Konfigurationsanwendung 72a können auf einem oder mehreren Computergeräten (nicht dargestellt) ausgeführt werden, um es Benutzern zu ermöglichen, Prozesssteuermodule zu erstellen oder zu ändern und diese Module über den Datenhighway 10 in die Steuerungen 11 herunterzuladen, sowie Benutzern zu ermöglichen, Bedienoberflächen, über welche ein Bediener Daten anzeigen und Dateneinstellungen in Prozesssteuerroutinen ändern kann, zu erstellen oder zu ändern. Die Konfigurationsdatenbank 72b speichert die erstellten (z.B. konfigurierten) Module und/oder Bedienoberflächen. Zusätzlich speichert die Konfigurationsdatenbank 72b einen Satz definierter Parameter oder Grundparameter, die jedem der Feldgeräte 15-22, 40-46 zugeordnet sind. Allgemein sind die Konfigurationsanwendung 72a und die Konfigurationsdatenbank 72b zentralisiert und haben im Prozessleitsystem 5 ein einheitliches logisches Erscheinungsbild, auch wenn mehrere Instanzen der Konfigurationsanwendung 72a gleichzeitig innerhalb des Prozessleitsystems 5 ausgeführt werden können und die Konfigurationsdatenbank 72b über mehrere physische Datenspeichergeräte hinweg implementiert sein kann. Daher umfassen die Konfigurationsanwendung 72a, die Konfigurationsdatenbank 72b und deren Benutzeroberflächen (nicht dargestellt) ein Konfigurations- oder Entwicklungssystem 72 für Steuer- und/oder Anzeigemodule. Typischerweise, aber nicht notwendigerweise, unterscheidet sich die Benutzeroberfläche für das Konfigurationssystem 72 von der der Bedienstationen 71, da die Benutzeroberflächen für das Konfigurationssystem 72 unabhängig davon, ob die Anlage 5 in Echtzeit arbeitet oder nicht, von Konfigurations- und Entwicklungsingenieuren genutzt, während die Bedienstationen 71 während des Echtzeitbetriebs der Prozessanlage 5 von den Bedienern genutzt werden.
  • Das beispielhafte Prozessleitsystem 5 umfasst eine Data Historian-Anwendung 73a und eine Data Historian-Datenbank 73b, die auch mit dem Datenhighway 10 kommunikativ verbunden sind. Die Data Historian-Anwendung 73a wird betrieben, um einige oder alle Daten, die über den Datenhighway 10 bereitgestellt werden, zu sammeln und die Daten zur Langzeitspeicherung in der Historian-Datenbank 73b aufzuzeichnen oder zu speichern. Wie die Konfigurationsanwendung 72a und die Konfigurationsdatenbank 72b sind auch die Data Historian-Anwendung 73a und die Historian-Datenbank 73b zentralisiert und weisen im Prozessleitsystem 5 ein einheitliches logisches Erscheinungsbild auf, auch wenn mehrere Instanzen einer Data Historian-Anwendung 73a innerhalb des Prozessleitsystems 5 gleichzeitig ausgeführt werden können und der Daten-Historian 73b über mehrere physische Datenspeichergeräte hinweg implementiert sein kann.
  • In manchen Konfigurationen umfasst das Prozessleitsystem 5 einen oder mehrere andere drahtlose Zugriffspunkte 74, die durch andere drahtlose Protokolle mit anderen Geräten kommunizieren, wie z.B. Wi-Fi oder andere IEEE 802.11-konforme drahtlose lokale Netzwerkprotokolle, mobile Kommunikationsprotokolle wie WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), LTE (Long Term Evolution) oder andere ITU-R (International Telecommunication Union Radiocommunication Sector)-kompatible Protokolle, kurzwellige Funkkommunikation wie NFC und Bluetooth oder andere drahtlose Kommunikationsprotokolle. Typischerweise ermöglichen solche drahtlosen Zugriffspunkte 74 es handgeführten Geräten oder anderen tragbaren Computergeräten (z.B. Benutzerschnittstellengeräte 75), über ein jeweiliges drahtloses Prozesssteuerungskommunikationsnetzwerk zu kommunizieren, das sich vom drahtlosen Netzwerk 70 unterscheidet und ein anderes drahtloses Protokoll unterstützt als das drahtlose Netzwerk 70. Zum Beispiel kann ein drahtloses oder tragbares Benutzerschnittstellengerät 75 eine mobile Arbeitsstation oder eine Diagnosegerät sein, das von einem Bediener innerhalb der Prozessanlage 5 verwendet wird (z.B. eine Instanz einer der Bediener-Arbeitsstationen 71). In manchen Szenarien kommunizieren neben tragbaren Computergeräten auch eine oder mehrere Prozesssteuergeräte (z.B. Steuerung 11, Feldgeräte 15-22, E/A-Geräte 26, 28 oder drahtlose Geräte 35, 40-58) über das von den Zugangspunkten 74 unterstützte drahtlose Protokoll.
  • Ferner ist anzumerken, dass die Prozessanlage oder das Steuerungssystem 5 von 1 eine Feldumgebung 122 (z.B. „der Prozessanlagenboden 122“) und eine Backend-Umgebung 125 umfasst, die über den Datenhighway 10 kommunikativ verbunden sind. Wie in 1 dargestellt, umfasst die Feldumgebung 122 physische Komponenten (z.B. Prozesssteuergeräte, Netzwerke, Netzwerkelemente usw.), die darin angeordnet, installiert und miteinander verbunden sind, um den Prozess während des Betriebs zu steuern. Zum Beispiel sind die Steuerung 11, die E/A-Karten 26, 28, die Feldgeräte 15-22 und andere Geräte und Netzwerkkomponenten 40-46, 35, 52, 55, 58 und 70 in der Feldumgebung 122 der Prozessanlage 5 angeordnet, platziert oder auf andere Weise darin enthalten sind. Allgemein werden in der Feldumgebung 122 der Prozessanlage 5 Rohstoffe in Empfang genommen und mit den dort angeordneten physischen Komponenten verarbeitet, um ein oder mehrere Produkte herzustellen.
  • Die Backend-Umgebung 125 der Prozessanlage 5 umfasst verschiedene Komponenten wie z.B. Computergeräte, Bediener-Arbeitsstationen, Datenbasen oder Datenbanken usw., die vor den rauen Bedingungen und Materialien der Feldumgebung 122 abgeschirmt und/oder geschützt sind. Bezug nehmend auf 1, umfasst die Backend-Umgebung 125 zum Beispiel die Bediener-Arbeitsstationen 71, die Konfigurations- oder Entwicklungssysteme 72 für Steuermodule und andere ausführbare Module, Data-Historian-Systeme 73 und/oder andere zentralisierte Verwaltungssysteme, Computergeräte und/oder Funktionalitäten, die den Betrieb der Prozessanlage 5 unterstützen. In manchen Konfigurationen können verschiedene Computergeräte, Datenbanken und andere Komponenten und Ausrüstungen, die in der Backend-Umgebung 125 der Prozessanlage 5 enthalten sind, an verschiedenen physischen Standorten angeordnet sein, wovon einige in der Prozessanlage 5 lokal angeordnet sein können, und andere entfernt sein können. Wie bereits erläutert, sollen die vorliegenden Techniken die Häufigkeit und Fähigkeit der Datenerfassung von Feldgeräten verbessern und auf alle Prozesse, Energien und Industrien anwendbar sein. Während menschliche Bediener/Mitarbeiter der Prozessanlage 5 bisher zu Datenerfassungszwecken in die raue, unabgeschirmte Umgebung der Feldumgebung 122 eintreten mussten, verbessern die vorliegenden Techniken die Geschwindigkeit und den Zugriff der Datenübertragung von Feldgeräten zu Asset-Management-Systemen (z.B. Asset-Management-System 68).
  • Wie hier erläutert, können Konfigurationsdatenbanken 72b in der Backend-Umgebung 125 der Prozessanlage 5 angeordnet sein und zu Datenerfassungszwecken genutzt werden. Konfigurationsdatenbanken 72b können, unter anderem, Daten und andere Information speichern, die verschiedenen Geräte oder Komponenten und deren Zwischenverbindungen, deren Implementierung auf dem Prozessanlagenboden oder in der Feldumgebung 122 geplant oder beabsichtigt ist, spezifisch identifiziert und/oder adressiert. Einige von diesen Daten können Komponenten in der Feldumgebung 122 zur Verwendung bei der Konfiguration, Überwachung und/oder Diagnose von darin befindlichen Geräten und Regelkreisen bereitgestellt werden, und einige von diesen Daten können in der Backend-Umgebung 125 verwendet werden, z.B. für den Entwurf, die Entwicklung und Vorbereitung von Steuermodulen und/oder Bedienschnittstellenmodulen, die während des Live-Betriebs der Prozessanlage 5 in Verbindung mit der Feldumgebung 122 betrieben werden.
  • Das beispielhafte Prozessleitsystem 5 kann auch einen oder mehrere Feldkommunikatoren 135 umfassen, die über ein Netzwerk 145 mit einem oder mehreren Benutzerkommunikatoren 140 gekoppelt sind. Benutzer der Prozessanlage sind daran interessiert, von Feldgeräten erzeugte Daten zu erhalten und die Feldgeräte aus der Ferne zu steuern. In einer bevorzugten Ausführungsform werden der Feldkommunikator 135, der Benutzerkommunikator 140 und das Netzwerk 145 gemeinsam genutzt, um diesen Zugriff zu erleichtern. Allgemein vermittelt der Feldkommunikator 135 eine bidirektionale elektronische Kommunikation zwischen Feldgeräten und anderen Komponenten der Prozessanlage. Allgemein fungiert der Feldkommunikator 135 als Datenempfänger, Protokollwandler und/oder Datensender, um dem Benutzer die Durchführung verschiedener Funktionen zu ermöglichen, die sich auf den Zugriff, die Konfiguration und die Steuerung von Feldgeräten beziehen.
  • Der Feldkommunikator 135 kann eine leiter- und/oder feldbetriebene Hardwareerweiterung sein, die über eine physische Verdrahtung oder über eine drahtlose Verbindung mit einem Gerät (z.B. ein Feldgerät wie ein Sender, ein Steuerventil usw.) gekoppelt ist. Zum Beispiel kann der Feldkommunikator 135 über einen 2-, 3- oder 4-Leiter-Messumformer mit dem verdrahteten Feldgerät 17 gekoppelt sein. Andererseits kann der Feldkommunikator 135 batteriebetrieben sein oder über eine unabhängige Stromquelle verfügen.
  • Der Feldkommunikator 135 kann an bestehenden oder neuen intelligenten Feldgeräten installiert sein. Ein Feldgerät kann nachgerüstet/aufgerüstet werden, um den Feldkommunikator 135 einzubinden, indem eine vorhandene Abdeckung eines älteren Feldgeräts entfernt wird, um eine Leitung/einen Kanal freizulegen, durch welchen der Drahtsender geführt werden kann, um die Anschlüsse des Feldgeräts per Kabel mit den Anschlüssen des Feldkommunikators 135 zu verbinden. Die Verdrahtung der Feldgeräte mit dem Feldkommunikator 135 wird im Folgenden näher erläutert. Es versteht sich, dass nach der Installation des Feldkommunikators 135 im oder am Feldgerät Feldgerätedaten aus dem Feldgerät abgerufen werden können, ohne die Kappe oder Abdeckung des Feldgeräts zu öffnen.
  • Der Feldkommunikator 135 kann codierte Daten von Feldgeräten über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung erhalten (d.h., empfangen und/oder abrufen). Zum Beispiel, ohne darauf eingeschränkt zu sein, kann der Feldkommunikator 135 von Prozesssteuergeräten (z.B. Feldgeräten) Daten erhalten, die beispielsweise im HART-Protokoll, im Foundation Fieldbus-Protokoll, im Profibus-Protokoll und/oder im Modbus-Protokoll codiert sind. Der Feldkommunikator 135 kann eine Bibliothek von ausführbaren Anweisungen, Code, Funktionen, Routinen usw. umfassen, die es dem Feldkommunikator 135 ermöglichen, die Daten von verschiedenen Feldgeräten zu erhalten.
  • Zusätzlich zum Erhalt codierter Daten von Feldgeräten kann der Feldkommunikator 135 eine Protokollumwandlung codierter Daten durchführen, die von Feldgeräten erhalten wurden. Die Daten können in einem Prozesssteuerdatenprotokoll codiert sein. Insbesondere kann der Feldkommunikator 135 aus einem Prozesskontrolldatenprotokoll (z.B. HART) in ein Universal-Computerkommunikationsformat (z.B. XML, JavaScript Object Notation usw.) übersetzen und umgekehrt, indem er eine Bibliothek gerätespezifischer Protokollumwandlungsroutinen verwendet.
  • Zusätzlich zum Erhalt codierter Daten und zur Durchführung der Protokollumwandlung kann der Feldkommunikator 135 Daten über ein Universal-Computerkommunikationsprotokoll übertragen (d.h., senden und empfangen). Zum Beispiel kann der Feldkommunikator 135 die in einem Universal-Computerkommunikationsformat formatierten Daten über ein Universal-Computerkommunikationsprotokoll wie WiFii (z.B. IEEE 802.11), Bluetooth, Bluetooth Low Energy, Long Range (LoRa) und/oder ein Mobilfunkprotokoll (z.B. 4G, 5G usw.) an einen anderen Host im Netzwerk 145 (z.B. den Benutzerkommunikator 140) senden. Der Feldkommunikator 135 kann auch Daten, die in einem Universal-Computerkommunikationsprotokoll formatiert sind, über ein Universal-Computerkommunikationsprotokoll von einem anderen Host im Netzwerk 145 wie z.B. dem Benutzerkommunikator 140 empfangen. Der Feldkommunikator 135 kann eine oder mehrere APIs umfassen, um die programmgesteuerte Übertragung von Daten, die in einem Universal-Computerkommunikationsformat formatiert sind, über den Benutzerkommunikator 140 zu erleichtern.
  • Ein Benutzer kann den Benutzerkommunikator 140 verwenden, um auf ein Feldgerät zuzugreifen und/oder es zu steuern. Der Benutzerkommunikator 140, der jedes geeignete Computergerät wie z.B. einen Desktop-Computer, einen Laptop, ein Tablett oder ein handgeführtes intelligentes Gerät, eine tragbares Computergerät usw. umfassen kann, kann computerausführbare Anweisungen zur Durchführung einer Reihe von Funktionen bezüglich des Feldkommunikators umfassen. Diese Funktionen umfassen das Übertragen (z.B. Senden und Empfangen) von Information zum und vom Feldkommunikator 135 über das Netzwerk 145. Der Benutzerkommunikator 140 kann Feldgerätedaten über ein Computemetzwerk wie z.B. ein verdrahtetes Netzwerk oder das Netzwerk 145 an das Asset-Management-System 68 weiterleiten. Der Benutzerkommunikator 140 kann einen Satz Client-API-Bindungen zur Ausgabe von Aufrufen an eine oder mehrere APIs des Feldkommunikators 135 über das Netzwerk 145 umfassen.
  • Das Netzwerk 145 kann ein IEEE 802.11 -konformes drahtloses lokales Netzwerk, ein Ad-hoc-Netzwerk, ein Mesh-Netzwerk, ein Personal Area Network, ein mobiles Telekommunikationsnetz wie z.B. ein 3G- oder 4G-Netz, ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN), ein Satellitenkommunikationsnetz, ein terrestrisches Mikrowellennetz oder ein anderes geeignetes drahtloses Netzwerk sein. Das Netzwerk 145 kann den Feldkommunikator 135 und den Benutzerkommunikator 140 kommunikativ koppeln. Das Netzwerk 145 kann eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Feldkommunikator 135 und anderen Aspekten der Feldumgebung 122 wie z.B. der Bediener-Arbeitsstation 71 herstellen. In manchen Fällen kann der Zugriff des Feldkommunikators 135 auf Aspekte der Backend-Umgebung 125 durch das drahtlose Gateway 35 vermittelt werden.
  • Im Betrieb kann ein Benutzer der Prozessanlage den Zugriff auf ein Feldgerät wünschen, um Information zu erhalten oder das Feldgerät zu steuern. Zum Beispiel kann ein Benutzer wünschen, den Zustand eines dem Feldgerät (z.B. ein Ventil) zugeordneten Sensors zu erfahren, oder der Benutzer kann wünschen, den Zustand des Ventils zu ändern (z.B. das Ventil öffnen oder schließen). Der Benutzer kann auf eine Anzeige oder Benutzeroberfläche des Benutzerkommunikators 140 zugreifen. Der Benutzerkommunikator 140 kann bewirken, dass ein in einem Universal-Computerkommunikationsformat (z.B. XML) codierter Befehl über ein Universal-Computerkommunikationsprotokoll (z.B. HTTPS) an den Feldkommunikator 135 gesendet wird, der einer Angabe des Wunsches des Benutzers (z.B. GetValveStatus) und einen oder mehrere Parameter enthält. Der Benutzerkommunikator 140 kann Client-API-Bindungen verwenden, um den Befehl und Parameter zu senden (gemeinsamer API-Aufruf), und die API des Feldkommunikators 135 kann den API-Aufruf empfangen.
  • Der Feldkommunikator 135 kann den API-Aufruf vom Benutzerkommunikator 140 unter Verwendung der Bibliothek von Protokollumwandlungsroutinen in einen Feldgerätebefehl übersetzen, der in einem Prozesssteuerprotokoll codiert ist. Welches spezielle Prozesssteuerprotokoll verwendet wird, kann von einer im API-Aufruf enthaltenen Angabe (z.B. Eine Liste von Feldgerätenamen/Identifikatoren) abhängig sein. In Fällen, in denen nur ein Feldgerätetyp mit dem Feldkommunikator 135 verbunden ist, kann der Typ des Prozesssteuerprotokolls vom Feldkommunikator 135 automatisch gewählt werden. Alternativ dazu kann der Feldkommunikator 135 Feldgeräte abfragen, um ihren Typ zu bestimmen und auf der Basis des Typs ein geeignetes Protokoll zu wählen.
  • Sobald der Feldkommunikator 135 den API-Aufruf in den Feldgerätebefehl übersetzt hat, kann der Feldkommunikator 135 den Feldgerätebefehl an ein oder mehrere Feldgeräte ausgeben. Der Feldkommunikator 135 kann dann synchron und/oder asynchron eine Antwort von einem oder mehreren Feldgeräten lesen. In manchen Fällen können die Client-API-Bindungen ein Flag oder verschiedene Funktionsaufrufe zur Durchführung synchroner und/oder asynchroner Operationen umfassen. Als nächstes kann der Feldkommunikator 135 die Antwort des Feldgeräts auf den Feldgerätebefehl in ein Universal-Computerkommunikationsformat umwandeln und die Antwort über das Netzwerk 145 an den Benutzerkommunikator 140 zurücksenden, worauf die Antwort weiterverarbeitet, dem Benutzer angezeigt werden kann usw.
  • Es versteht sich, dass Benutzer viele verschiedene Arten des Zugriffs auf und Steuerung von Feldgeräten wünschen können, und dass viele Operationen von der API des Feldkommunikators 135 und den Client-API-Bindungen des Benutzerkommunikators 140 unterstützt werden. Zum Beispiel kann ein an der Bediener-Arbeitsstation 71 befindlicher Benutzer den Benutzerkommunikator 140 verwenden, um die Konfiguration des verdrahteten Feldgeräts 17 zu ändern, ohne seinen Schreibtisch zu verlassen. Ein Benutzer kann ein Gerät dazu konfigurieren, programmgesteuert auf den Feldkommunikator 135 zuzugreifen. Zum Beispiel kann ein Benutzerkommunikator 140 oder ein anderes Gerät (z.B. ein Servergerät) dazu programmiert werden, automatisch nach einem vorgegebenen Zeitplan (z.B. jeden Tag um 4:00 Uhr) über den Feldkommunikator 135 Daten von einem oder mehreren Feldgeräten abzurufen. Ein Benutzer kann den Feldkommunikator 135 dazu veranlassen, einen Befehl auszugeben, der bewirkt, dass ein Sensor im Feldgerät eingesetzt wird (z.B. kann die API einen RunPartialStrokeTest Befehl umfassen). Viele zusätzliche Anwendungen zur Fernverwaltung des Feldkommunikators 135 und/oder von Feldgeräten durch einen Benutzer, der auf den Benutzerkommunikator 140 zugreift, werden in Betracht gezogen. Ein Benutzer kann den Feldkommunikator 135 dazu konfigurieren, automatisch Daten zu erfassen und an das Asset-Management-System 68 zu übertragen.
  • Darüber hinaus sind alternative Protokollumwandlungskonfigurationen möglich. Zum Beispiel kann die Antwort vom Feldgerät vor der Übertragung an den Benutzerkommunikator 140 nur partiell umgewandelt werden. Zum Beispiel kann der Feldkommunikator 135 über beschränkte Verarbeitungsfähigkeiten verfügen, oder eine gründlichere Verarbeitung kann erforderlich sein. In diesem Fall können von Feldgeräten erhaltene Daten in übersetzter und/oder unübersetzter Form übertragen werden. Der Feldkommunikator 135 kann über einen Modus verfügen, in welchem Daten, die von einem Feldgerät erhalten werden, zur weiteren Verarbeitung uninterpretiert an einen anderen Computer (z.B. an ein Benutzerschnittstellengerät 75) gesendet werden.
  • Obwohl die obigen Beispiele eine drahtgebundene Verbindung zwischen dem Feldkommunikator 135 und dem Feldgerät beschreiben, sind auch drahtlose Verbindungen möglich. Zum Beispiel kann ein WirelessHART-Feldgerät über eine drahtlose Verbindung Daten an den Feldkommunikator 135 übertragen. In diesem Fall kann der Feldkommunikator 135 ein eigenständiges Gerät sein, das nicht über eine verdrahtete Verbindung zu einem Feldgerät mit Strom versorgt wird. Der Feldkommunikator 135 kann die Kommunikation in einem Protokoll (z.B. HART) vom WirelessHART-Gerät zu einem anderen Ort proxysieren (z.B. durch Übertragen der HART-codierten Daten).
  • Es ist anzumerken, dass, obwohl 1 nur eine einzige Steuerung 11 mit einer begrenzten Anzahl von Feldgeräten 15-22 und 40-46, drahtlosen Gateways 35, drahtlosen Adaptern 52, Zugriffspunkten 55, Routern 58 und drahtlosen Prozesssteuerungs-Kommunikationsnetzen 70 darstellt, die in der beispielhaften Prozessanlage 5 enthalten sind, dies lediglich eine beispielhafte und nicht einschränkende Ausführungsform ist. Eine beliebige Anzahl von Steuerungen 11 kann in der Prozessregelanlage oder im System 5 enthalten sein, und jede der Steuerungen 11 kann mit einer beliebigen Anzahl von verdrahteten oder drahtlosen Geräten und Netzwerken 15-22, 40-46, 35, 52, 55, 58 und 70 kommunizieren, um einen Prozess in der Anlage 5 zu steuern. Obwohl nur ein Feldkommunikator 135 und ein Benutzerkommunikator 140 dargestellt sind, kann jede geeignete Anzahl davon in der Feldumgebung 122 eingesetzt werden. Obwohl nur ein Netzwerk 145 dargestellt ist, kann jede geeignete Anzahl geeigneter Netzwerke entwickelt und eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein erstes Netzwerk 145 für die Kommunikation zwischen Feldgeräten verwendet werden, während ein zweites Netzwerk 145 für die Kommunikation vom Feldgerät 135 zur Konfigurationsanwendung 72a verwendet werden kann. Der Feldkommunikator 135 kann das erste Netzwerk 145 und das zweite Netzwerk 145 gleichzeitig erreichen.
  • Die Vorteile der oben beschriebenen Techniken sind vielfältig. Erstens können der Zugriff auf Feldgerät und deren Steuerung effizienter durchgeführt werden. Bisher konnten Feldgeräte Diagnosen über native Protokolle durchführen, die langsam und nur intermittierend verwendet werden können. Zum Beispiel können Daten, die von einem Feldgerät über das Backbone 10 direkt an das Asset-Management-System 68 übermittelt werden, zunächst ein Automatisierungssystem durchlaufen, wodurch eine Kommunikationsschicht eingeführt wird, die zu Latenzen und/oder Bandbreitenbeschränkungen führt, und das Asset-Management-System 68 daran gehindert wird, Echtzeit-Diagnoseinformationen von den Feldgeräten zu empfangen. Durch Einbindung zusätzlicher drahtloser Netzwerke wird die Bandbreite erhöht.
  • Zweitens wird die Hardware effizienter genutzt, was die Kosten senkt. In manchen Fällen kann der Feldkommunikator 135 durch Teilstreckenübertragung (store und forward) im Ausnahmefall an das Asset Management System 68 optimiert werden. Zum Beispiel kann die Zahl des Feldgeräte, mit denen das Asset-Management-System 68 in einem bestimmten Zeitfenster kommunizieren kann, im Asset-Management-System 68 inhärent begrenzt sein. Indem der Feldkommunikator 135 zur Feldumgebung 122 hinzugefügt wird, fragt der Feldkommunikator 135 ein zugehöriges Gerät (z.B. ein Feldgerät, mit dem der Feldkommunikator 135 verdrahtet ist) häufiger nach Daten ab und speichert/leitet diese Daten dann über das Funkgateway 35 oder ein anderes Computemetzwerk an das Asset-Management-System 68 weiter. Da der Feldkommunikator 135 Daten auf diese Weise asynchron an das Asset-Management-System 68 sendet, werden Ressourcen in der Prozessanlage 5, die andernfalls zur Initiierung der Abfrage des Feldgeräts benötigt wurden, für andere Aufgaben freigegeben, wodurch die Gesamtlast reduziert wird. Soweit die Gesamtlast reduziert wird, kann das Asset-Management-System 68 eine größere Anzahl von Geräten aufnehmen, die häufiger kommunizieren.
  • Drittens können Benutzer leichter auf eine Weise, die für die Benutzer und Geräte sicherer ist, auf Feldgeräte zugreifen und diese steuern. Ein Benutzer, der sich in der Backend-Umgebung 125 befindet, kann den Feldkommunikator 135 über den Benutzerkommunikator 140 und/oder das Netzwerk 145 konfigurieren und/oder kalibrieren, ohne die Backend-Umgebung 125 zu verlassen und ohne eine Endkappe eines Feldgeräts zu öffnen und die darin angeordnete Elektronik freizulegen. Für viele Aufgaben, einschließlich der Konfiguration, ist es für einen Benutzer erforderlich, das Gerätegehäuse des Prozessüberwachungssensors zu öffnen (z.B. das Gehäuse eines Feldgeräts abnimmt), um den Benutzerkommunikator 140 physisch mit dem Prozessüberwachungssensor zu verbinden und mit dem Prozessüberwachungssensor zu kommunizieren. Es kann erforderlich sein, dass der Benutzer das Gehäuse austauscht, wenn der Benutzer die Arbeit am Feldgerät abgeschlossen hat. Das Öffnen eines Feldgeräts ist zeitaufwändig, kann Elemente des Feldgeräts (z.B. einen O-Ring, ein Scharnier und/oder eine Verpackung) beschädigen, Zulassungen des Feldgeräts für Gefahrenzonen zunichtemachen und den abgedichteten Inhalt des Feldgeräts Verunreinigungen aussetzen. Ein Benutzer kann jedoch den Benutzerkommunikator 140 und das Netzwerk 145 verwenden, um einen Fernzugriff auf ein Feldgerät zu erreichen und es aus der Ferne zu steuern, was bisher einen direkten physischen Zugriff auf das Gerät erforderte.
  • Viertens kann die Notwendigkeit spezifischer automatisierungsspezifischer Schnittstellen im Asset Management System 68 entfallen. Hardware und/oder logische Ressourcen, die gegenwärtig der Erfassung von Daten von Feldgeräten und der Umwandlung dieser Daten gewidmet sind, können freigegeben und/oder neu zugewiesen werden.
  • Fünftens werden die körperlichen Anforderungen an Feldtechniker oder das Wartungspersonal reduziert. Da diese Techniken die Fernverwaltung von Feldgeräten ermöglichen, müssen diese Benutzer nicht mehr große Mengen an Hardware mit sich führen, um Feldgeräte im Feld zu warten. Darüber hinaus ermöglicht der einheitliche Benutzerkommunikator 140, der auf jedes Feldgerät zugreifen kann, Feldtechnikem, die Menge an Computerhardware zu reduzieren, die erforderlich ist, um ein Feldgerät in der Feldumgebung 122 zu warten.
  • 2 stellt eine beispielhafte Umgebung 200 dar, in welcher ein mit einem Feldkommunikator 205 gekoppeltes Feldgerät 202 aufgestellt und verwendet werden kann. Allgemeinen kann das Feldgerät 202 einem der in 1 dargestellten Feldgeräte entsprechen (z.B. eines der drahtgebundenen Feldgeräte 15-18, eines des Feldgeräte 19-22 usw.). Der Feldkommunikator 205 kann zum Beispiel dem Feldkommunikator 135 entsprechen. Im Betrieb kann das Feldgerät 202 installiert und/oder dazu konfiguriert sein, den Feldkommunikator 205 aufzuweisen. Das Feldgerät 202 und der Feldkommunikator 205 können über eine Leitung 208 gekoppelt sein. Die Leitung 208 kann einen Stopfen 209 aufweisen. Der Stopfen 209 kann ein Stopfen sein, der in Feldgeräten (z.B. das Feldgerät 202) vorhanden ist und einem Benutzer entfernt werden kann, um zusätzliche Komponenten wie z.B. den Feldkommunikator 205 über die Leitung 208 (z.B. durch Führen von Drähten durch die Leitung 208) mit dem bestehenden Feldgerät 202 verbinden zu können.
  • Die Umgebung 200 kann auch eine Steuerung 210 umfassen, mit welcher das Feldgerät 202 kommunikativ gekoppelt ist. Die Steuerung 210 kann in einigen Ausführungsformen der Steuerung 11 von 1 entsprechen. Die Umgebung 200 kann ein drahtloses Gateway 214 und einen Benutzerkommunikator 220 umfassen, die durch ein Netzwerk 230 kommunikativ gekoppelt sein können. Das drahtlose Gateway 214 kann dem drahtlosen Gateway 35 von 1 entsprechen, und der Benutzerkommunikator 220 kann dem Benutzerkommunikator 140 entsprechen. Das Netzwerk 230 kann dem Netzwerk 145 entsprechen.
  • Im Betrieb kann das Feldgerät 202 mit dem Feldkommunikator 205 aufgestellt oder damit nachgerüstet/aufgerüstet werden. Der Feldkommunikator 205 kann durch die Leitung 208 an das Feldgerät befestigt sein. Was den Feldkommunikator 205 anbetrifft, kann die Leitung 208 ein Hohlrohr geeigneter Länge, Dicke und geeigneten Durchmessers sein, das an einem proximalen Ende an den Feldkommunikator 205 und an einem distalen Ende an das Feldgerät 202 befestigbar ist. Der Befestigungsmechanismus des proximalen Endes und/oder des distalen Endes kann jeder geeignete Befestigungsmechanismus sein, wie zum Beispiel eine proprietäre Kupplung, ein Befestigungspunkt mit Gewinde und einer Standardgewindesteigung, eine Reibungsdichtung usw. Die Leitung 208 kann an beiden Enden Dichtungen aufweisen, um eine luft- oder wasserdichte Abdichtung herzustellen. Wie im Folgenden ausführlich erläutert, kann die in der Leitung 208 verlegte Verdrahtung das Feldgerät 202 und den Feldkommunikator 205 mit elektrischem Strom versorgen, und die gleichen Kabel können verwendet werden, um Daten zwischen dem Feldgerät 202 und dem Feldkommunikator 205 zu übertragen.
  • Sobald das Feldgerät 202 und der Feldkommunikator 205 eingeschaltet sind, können der Feldkommunikator 205 und/oder das Feldgerät 202 (z.B. in Reaktion auf einen Abfragevorgang) Daten zur Steuerung 210 übertragen. Wie in Bezug auf 1 erläutert, kann der Feldkommunikator 205 auch Daten vom Feldgerät 202 erfassen, diese Daten umwandeln und umgewandelte Daten drahtlos über das drahtlose Gateway 214 zum und/oder vom Benutzerkommunikator 220 über das Netzwerk 230 übertragen. Zum Beispiel kann ein Benutzer des Benutzerkommunikators 220 über eine Benutzeroberfläche einen oder mehrere Feldkommunikatoren 205 wählen und dann einen Konfigurations-, Kalibrier-, Wartungs- oder anderen Befehl ausgeben. Der Befehl kann über das Netzwerk 230 zum Feldkommunikator 205 übertragen werden. In manchen Fällen kann der Befehl ein API-Aufruf sein, der einen HTTP-Anforderung (z.B. einen GET- oder POST-Anforderung) mit Nutzdaten umfasst. Die Nutzdaten können Parameter angeben. Zum Beispiel kann ein Parameter angeben, dass der Feldkommunikator 205 ein bestimmtes Feldgerät anweisen soll, eine bestimmte Funktion durchzuführen (z.B. einen Kurzhubtest initiieren, Daten übertragen, sich mit einem Computernetzwerk verbinden usw.). Auf der Basis der Nutzdaten kann der Feldkommunikator 205 eine Anweisung erzeugen, die für das jeweilige Protokoll des Feldgeräts 202 codiert ist, und die Anweisung an das Feldgerät 202 ausgeben.
  • Der Feldkommunikator 205 kann eine API oder eine andere Anwendung umfassen, um solche Befehlsnutzdaten zu analysieren und geeignete Maßnahmen zu ergreifen, wenn sie vom Benutzerkommunikator 220 empfangen werden. In manchen Fällen kann der Befehl über einen authentifizierten und/oder verschlüsselten Kommunikationskanal (z.B. authentifiziertes HTTPS) übertragen werden, um ein Abhören und/oder Nachahmen zu verhindern. Wie bereits erwähnt, kann der Zusatz des Feldkommunikators 205 zum Feldgerät 202 es dem Feldkommunikator 205 ermöglichen, Daten des Feldgeräts in Echtzeit an andere Komponenten der Umgebung zu übertragen, eine Überlastung der Steuerung 210 zu vermeiden und eine Sättigung des Netzwerks 230 oder eines anderen Netzwerks zu vermeiden. Da das Feldgerät 202 über das Netzwerk 230 kommunizieren kann, das vom Standardnetzwerk (z.B. dem Backbone 10) getrennt sein kann, können Daten vom Feldgerät 202 übertragen werden, ohne die Leistung des Standardnetzwerks zu beeinträchtigen, und mit geringen Latenzen (d.h., in Echtzeit oder Fast-Echtzeit).
  • 3 stellt ein ausgeschnittenes Verbindungsstück 300 dar, das speziell zum Datenaustausch zwischen einer Feldgerät 302 und einem Feldkommunikator 305 über eine Leitung 306 konfiguriert ist. Das Feldgerät 302 kann dem Feldgerät 202 von 1 entsprechen. Der Feldkommunikator 305 kann dem Feldkommunikator 205 entsprechen. Die Leitung 306 kann der Leitung 208 von 1 entsprechen und einen Stopfen 307 umfassen, der dem Stopfen 209 entspricht.
  • Das Verbindungsstück 300 kann eine n-Drahtverbindung 308 zwischen dem Feldgerät 302 und dem Feldkommunikator 305 umfassen. Insbesondere kann der Verbindung 308 eine 2-Leiter-Verbindung, 3-Leiter-Verbindung oder eine andere Drahtverbindung mit einer geeigneten Zahl von Drähten sein. Das Feldgerät 302 kann ein oder mehrere Anschlüsse 312 und ein oder mehrere Anschlüsse 314 umfassen. Aus der Perspektive des Feldgeräts 302 kann das proximale Ende der Verbindung 308 am Anschluss 312 befestigt sein, und das distale Ende der Verbindung 308 kann am Anschluss 316 befestigt sein. Ein Techniker oder Installateur kann die Verbindung 308 am Anschluss 312 befestigen, indem er eine Kappe 320 abnimmt, die Teil des Feldgeräts ist. Die Kappe 320 kann über einen Schraubmechanismus, einen Clip-Mechanismus usw. am Feldgerät befestigt sein und kann Dichtungsaspekte wie z.B. O-Ringe oder Dichtungen umfassen. Der Techniker/Installateur kann die Kappe 320 manuell abnehmen, oder in manchen Ausführungsformen kann die Entfernung der Kappe ein Spezialwerkzeug erfordern. Der Anschluss 314 kann ein oder mehrere Drähte umfassen, die mit einer Steuerung verbunden sind.
  • 4 stellt ein beispielhaftes Computergerät 405 dar. Das Computergerät 405 kann dem Feldkommunikator 135, dem Feldkommunikator 205 und/oder dem Feldkommunikator 305 entsprechen. Das Computergerät 405 kann über eine Leitung 407 mit einem Feldgerät 406 gekoppelt sein. Das Feldgerät 406 kann einem der in 1 dargestellten Feldgeräte entsprechen (z.B. einem der Geräte 19-22). Die Leitung 407 kann der Leitung 208 und/oder der Leitung 306 entsprechen. Das Feldgerät 406 kann auch mit einer Steuerung 408 kommunizieren, die der Steuerung 11 und/oder der Steuerung 210 entsprechen kann.
  • Das Computergerät 405 kann eine Reihe von Komponenten umfassen, einschließlich einer Zentraleinheit (CPU) 412, einer ausbaubaren oder austauschbaren Batterie 414, einer drahtlosen Netzwerkschnittstellensteuerung (NIC) 416, eines Speichers 418, eines Gerätekommunikationsmoduls 420, eines Sicherheitsmoduls 422 und eines Protokollmoduls 424. Die CPU 412 kann computerausfiihrbare Anweisungen ausführen. Die Batterie 414 kann eine Ladung halten, die es dem Computergerät 405 in manchen Ausführungsformen ermöglicht, im Falle eines Stromausfalls weiter zu funktionieren (z.B. weiterhin Daten zu erfassen), oder das Computergerät 405 mit Primärstrom versorgen kann. In manchen Fällen kann die Batterie 414 eine bestimmte Zeit lang den Einsatz des Computergeräts 405 ermöglichen. Zum Beispiel kann das Computergerät 405 für kurzfristige Einsatz- und/oder Überwachungsszenarien verwendet werden. Viele Formen der Ad-hoc-Nutzung des batteriebetriebenen Computergeräts 405 werden in Betracht gezogen. Ferner kann das Gerät 405 eine Batteriefachabdeckung aufweisen, die leicht abnehmbar ist, um im Feld die Batterie 414 zu ersetzen, ohne die Abdeckung des Feldgeräts, mit welchem das Computergerät 405 verbunden ist, entfernen zu müssen. In manchen Konfigurationen ist die CPU 412 ein Multicore-Prozessor oder ein Prozessor, der über Co-Processing-Fähigkeiten verfügt (z.B. Quanten-, Zell-, chemische, photonische, biochemische, biologische Verarbeitungstechnologien und/oder andere geeignete Co-Processing-Technologien). Die CPU 412 kann eine oder mehrere Grafikprozessoreinheiten (GPUs) umfassen. Obwohl in 4 nur eine CPU 412 dargestellt ist, ist anzumerken, dass das Computergerät 405 zwei oder mehr CPU 412 umfassen kann.
  • Obwohl nur ein NIC 416 dargestellt ist, kann das Computergerät 405 ein oder mehrere NICs 416 umfassen, über die auf eine oder mehrere Links zu einem oder mehreren Kommunikations- oder Datennetzen zugegriffen wird. Das eine oder die NICs 416 können Schnittstellen zu einem oder mehreren Universal-Computerkommunikations- und/oder Datennetzen umfassen, z.B. Bluetooth, Ethernet, NFC, RFID, Wi-Fi usw. Ein Link zu einem Kommunikations- oder Datennetzwerk kann eine Speicherzugriffsfunktion sein, und/oder ein Link kann eine drahtgebundene, drahtlose oder mehrstufige Verbindung sein. Viele Typen von Schnittstellen und Links sind in der Netzwerktechnik bekannt und können in Verbindung mit dem Computergerät 405 verwendet werden. Zudem kann die drahtlose NIC 416 eine oder mehrere Hardware- und/oder Software-Netzwerkschnittstellen wie z.B. Ethernet-Adapter und/oder WiFi-Adapter umfassen. Die drahtlose NIC kann jeden geeigneten Hardware-Sender zum Empfangen und Senden von Daten jedem bekannten drahtlosen Netzwerkprotokoll entsprechend umfassen, das gegenwärtig bekannt ist oder später entwickelt werden wird (z.B. ein Bluetooth-Transceiver). In manchen Ausführungsformen kann es für den Benutzer des Computergeräts 405 von Vorteil sein, der drahtlosen NIC 416 eine oder mehrere virtuelle Netzwerkschnittstellen hinzuzufügen, um der drahtlosen NIC 416 das Senden und Empfangen den Netzwerkverkehrs im Benutzerbereich (z.B. durch nicht privilegierte Anwendungen) zu ermöglichen.
  • Der Speicher 418 kann Daten im Zusammenhang mit computerausführbaren Anweisungen permanent speichern und kann einen Direktzugriffsspeicher (RAM) zum temporären Speichern von Daten im Zusammenhang mit computerausführbaren Anweisungen umfassen. Der Speicher 418 kann als On-Device-Cache verwendet werden und kann Daten im temporären Speicher und/oder in einem persistenten Speicher Zwischenspeichern. Wenn das Computergerät 405 zum Beispiel versucht, Daten zu senden, die aus einer Feldumgebung wie der Feldumgebung 122 gesammelt wurden, und ein Empfänger der Daten wie z.B. das Asset Management System 68 oder die Data Historian-Anwendung 73a nicht erreichbar ist oder keine Daten empfangen kann (z.B., weil der Speicher des Empfängers der Daten voll ist), kann das Computergerät 405 die Daten kontinuierlich in den On-Device-Cache im Speicher 418 schreiben, bis die Daten später abgerufen, empfangen und/oder übertragen werden können. In einigen Ausführungsformen können die zwischengespeicherten Daten von der CPU 412 komprimiert und/oder gelöscht/periodisch (z.B. einmal pro Stunde) gewechselt werden. Das Caching stellt gegenüber dem Verlust von Daten, die nicht planmäßig übertragen werden können, eine erhebliche Verbesserung dar. Zudem ist das Caching von Vorteil, da ein Benutzer jederzeit Daten über den Zustand des Feldgeräts 406 (z.B. die Uhrzeit/Datum der letzten Kalibrierung) vom Computergerät 405 erfassen kann, ohne auf das Feldgerät 406 zuzugreifen. Das Caching ermöglicht Benutzern einen zeitnäheren Zugriff auf Informationen und führt mit der Zeit zu weniger Verschleiß an wichtigen Systemkomponenten. In manchen Konfigurationen sind der Speicher 418 und/oder der RAM mit der Speichertechnologie hoher Dichte implementiert, wie zum Beispiel SSD-Speicher, Flash-Speicher, Halbleiterspeicher, optischer Speicher, molekularer Speicher, biologischer Speicher oder jede andere geeignete Speichertechnologie hoher Dichte. Der Speicher 418 des Computergeräts 405 kann mehrere RAMs umfassen. Die RAM(s) können zum Beispiel als ein oder mehrere Halbleiterspeicher, Flash-Speicher, magnetisch lesbare Speicher, optisch lesbare Speicher, biologische Speicher und/oder andere greifbare, nicht flüchtige, computerlesbare Speichermedien implementiert sein.
  • Das Computergerät 405 umfasst einen oder mehrere Sätze bestimmter computerausfiihrbarer Anweisungen, die im Speicher 418 gespeichert sind, von der CPU 412 in den RAM geladen und von der CPU 412 ausgeführt werden können, um bestimmte Funktionen durchzuführen. Daher ist das Computergerät 405 insbesondere mindestens teilweise aus einem Satz oder mehreren Sätzen Anweisungen konfiguriert, die darauf gespeichert sind und eine oder mehrere Engines, Routinen, Anwendungen, APIs oder Programme aufweisen können. Ein Satz Anwendungen/Module kann als Teil des Satzes oder der Sätze Anweisungen im Speicher 418 gespeichert sein. Der Satz Anweisungen kann dem Asset-Management-System 68 zugeordnet sein und das Gerätekommunikationsmodul 420, das Sicherheitsmodul 422 und/oder das Protokollmodul 424 umfassen, wie hier näher erläutert.
  • Das Gerätekommunikationsmodul 420 kann Nachrichten senden, empfangen und interpretieren. Zum Beispiel kann das Gerätekommunikationsmodul 420 Nachrichten, die in Prozesssteuerprotokollen codiert sind (z.B. Highway Addressable Remote Transducer-Protokoll, Fieldbus-Protokoll, Profibus-Protokoll oder Modbus-Protokoll) und Universal-Computerkommunikationsformate (z.B. Bluetooth, WiFi usw.) über die NIC 416 senden, empfangen und/oder interpretieren. Das Gerätekommunikationsmodul 420 kann Anweisungen umfassen, die sich, wenn sie ausgeführt werden, mit einem oder mehreren Sockeln der NIC 416 binden, sodass Client-Anwendungen eine Verbindung herstellen können (z.B. eine Representationel State Transfer (REST)-API). Das Gerätekommunikationsmodul 420 kann computerausführbare Anweisungen umfassen, die die auf 1 Bezug nehmend erläuterte API implementieren, die es einem Benutzerkommunikator ermöglicht, Befehle an das Gerätekommunikationsmodul 420 zu senden.
  • Das Gerätekommunikationsmodul 420 kann über die drahtlose NIC 416 Nachrichten an ein Netzwerk (z.B. ein Echtzeit-Außennetzwerk) senden und empfangen. Zum Beispiel kann das Gerätekommunikationsmodul 420 Daten an das Netzwerk 230 von 2 senden und Daten von diesem empfangen. Das Gerätekommunikationsmodul 420 kann Nutzdaten aus Daten extrahieren, die vom Computergerät 405 empfangen wurden, und das Gerätekommunikationsmodul 424 kann die Nutzdaten einem Satz ausführbarer Anweisungen entsprechend verarbeiten.
  • Das Sicherheitsmodul 422 des Computergeräts 405 kann den Informationsfluss zwischen dem Gerätekommunikationsmodul 420 und anderen Modulen sicher vermitteln. Das Sicherheitsmodul 422 kann eine Reihe von Routinen und/oder Anweisungen zum Verschlüsseln und Entschlüsseln von Information umfassen, wie z.B. asymmetrische Verschlüsselungsalgorithmen, symmetrische Verschlüsselungsalgorithmen oder andere geeignete Verschlüsselungssysteme/-codes. Das Sicherheitsmodul 422 kann ein sicherer Zugriffsdienst sein, wie z.B. ein O-penSSH-Server, der es Benutzern ermöglicht, sich mit einer Shell eines Betriebssystems (z.B. Linux) des Computergeräts 405 zu verbinden, die in einem Modul des Computergeräts 405 ausgeführt wird, und als nicht privilegierter und/oder privilegierter Benutzer des Betriebssystems sicher Befehle auszugeben, wobei die Befehle bewirken, dass der Zustand des Computergerät 405 sich ändert.
  • Das Computergerät 405 kann ein Protokollmodul 424 aufweisen. Das Protokollmodul 424 kann für die Ausführung von Low-Level-Übersetzungs-, Identifizierungs- und Verarbeitungsfunktionen in Bezug auf Nachrichten zuständig sein, die in spezifischen prozesssteuerungsformatierten Daten (z.B. DeviceNet) codiert sind. Wie auf 3 Bezug nehmend erläutert, kann das Computergerät 405 mit einem ersten Kabelanschluss (z.B. einer No loop-2-Draht-Verbindung, einer Stromversorgungsverbindung, einer 4-Draht-Verbindung usw.) des Feldgeräts 406 verbunden sein. Das Feldgerät 406 kann dementsprechend über einen zweiten Anschluss des Feldgeräts 406 mit einem anderen Feldgerät, der Steuerung 408 usw. verbunden sein. In manchen Ausführungsformen kann die Funktion des Protokollmoduls 424 darin bestehen, über die Verbindung Daten an und/oder von der Feldvorrichtung 406 zu senden und/oder zu empfangen. Zum Beispiel kann das Sicherheitsmodul 422 des Computergeräts 405 nicht in der Lage sein, Daten zu interpretieren, die vom Feldgerät 406 für das Computergerät 405 erzeugt werden. Dementsprechend kann das Feldgerät 406 zum Beispiel nicht in der Lage sein, Daten zu interpretieren, die vom Gerätekommunikationsmodul 420 des Computergeräts 450 erzeugt werden. Daher kann das Protokollmodul 424 Daten, die zwischen dem Computergerät 405 und des Feldgeräts 406 übertragen werden, übersetzen. Ein oder mehrere Protokolle 424 können im Computergerät 405 installiert sein, um dem Computergerät 405 das Empfangen und Senden von Daten zu ermöglichen, die von einer Vielzahl verschiedener Typen von Feldgeräten erzeugt und/oder für diese bestimmt sind.
  • Das Protokollmodul 424 kann eine Bibliothek von Routinen umfassen, um Befehle von einem Benutzerkommunikator, der in einem Universal-Computerdatenformat codiert ist, in eine entsprechende Nachricht zu übersetzen, die in einem Prozessprotokolldatenformat codiert ist, und um Antworten, die in einem Prozesskontrolldatenformat codiert sind, in ein Universal-Computerdatenformat zu codieren. Zum Beispiel kann das Protokollmodul 424 eine Nachricht in einem Prozesssteuerprotokoll (z.B. Profibus-Protokoll) in eine entsprechende Nachricht umwandeln, die in einem anderen Prozesssteuerprotokoll (z.B. Fieldbus-Protokoll) codiert ist, und umgekehrt.
  • Die oben beschriebene Anordnung von Modulen zur Durchführung der feldkommunikatorbezogener Funktionen der Prozessanlage sind nur einige mögliche Anordnungen. Viele andere mögliche Anordnungen werden in Betracht gezogen.
  • 5 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 500 zur Durchführung der Protokollumwandlung in einer Prozessanlage. Das Verfahren 500 kann ein Empfangen, über einen Sender des Feldgeräts, eines in einem Prozesssteuerprotokoll codierten Datensatzes umfassen (Block 502). Der in einem Prozesssteuerprotokoll codierte Datensatz kann zum Beispiel eine Antwort auf einen Befehl von einem Benutzerkommunikator sein, die von einem Feldkommunikator ausgegeben wurde. Das Prozesssteuerprotokoll kann jedes geeignete Protokoll (z.B. HART) sein. Der Datensatz kann jede geeignete Datenstruktur sein, wie z.B. ein Packed Array, eine Hash-Tabelle, eine Zeichenkette usw. Das Verfahren 500 kann außerdem ein Extrahieren, über einen Prozessor, von Nutzdaten aus dem Datensatzumfassen (Block 504). Die Nutzdaten können die Ausgabe eines Befehls (z.B. eine Versionsnummer als Antwort auf einen GetVersion-Befehl), Daten in Bezug auf Sensoren im Feldgerät (z.B. eine Zeitreihe von Ventilszuständen) oder andere relevante Informationen darstellen, die von einem Benutzer gesucht werden. Das Prozesssteuerprotokoll kann über die relevante Information hinaus Metadaten enthalten, und das Extrahieren der Nutzdaten kann das Entfernen solcher Metadaten aus dem im Prozesssteuerprotokoll codierten Datensatz umfassen. Der Extraktionsschritt kann auch das Umwandeln von Datenstrukturen/-typen in ein Universal-Computerdatenformat umfassen (z.B. das Umwandeln einer für das Prozesssteuerprotokoll spezifischen Datenstruktur in eine Liste, das Umwandeln von vorzeichenlosen Ganzzahlen in vorzeichenbehaftete Ganzzahlen usw.). Das Verfahren 500 kann mit computerausführbaren Anweisungen in jeder geeigneten Programmiersprache implementiert werden, und daher können die genauen Umwandlungs- und Extraktionsschritte je nach Programmiersprache, die zur Implementierung gewählt wird, unterschiedlich sein. Das Verfahren 500 kann außerdem das Speichern mindestens eines Teils der Nutzdaten in einem Speicher umfassen (Block 506). Der Speicher kann ein temporärer oder permanenter Cache sein, auf welchen Benutzer des Benutzerkommunikators zugreifen können. Das Verfahren 500 kann außerdem das Übertragen mindestens eines Teils der Nutzdaten, die in einem Universal-Computerkommunikationsprotokoll codiert ist, über eine drahtlose Netzwerkschnittstellensteuerung umfassen (Block 508). Die Nutzdaten (z.B. eine Zeitreihe) können in ein Universal-Computerkommunikationsprotokoll (z.B. HTTP) eingebettet werden, bevor sie (z.B. über eine POST-Anfrage) an ein entferntes Computergerät (z.B. ein Servergerät, den Benutzerkommunikator usw.) übertragen werden.
  • 6 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 für den Zugriff auf ein Feldgerät. Das Verfahren 600 kann ein Empfangen, in einem Feldkommunikator-Gerät, eines Befehls von einem Benutzer umfassen, der eine Angabe eines Feldgeräts enthält, wobei der Befehl des Benutzers die von einem Benutzerkommunikator empfangene Angabe des Feldgeräts (Block 602). Der Befehl kann von einer API empfangen werden, die in einem Speicher des Feldkommunikator-Geräts ausgeführt wird. Die Angabe des Feldgeräts kann jeder geeignete Parameter/Kennung sein (z.B. eine Ganzzahl, eine eindeutige Kennung (UUID) usw.). Das Verfahren 600 kann ein Identifizieren, auf der Basis der Angabe des Feldgeräts, eines Zielfeldgeräts mit einem dem Zielfeldgerät entsprechenden Protokoll umfassen (Block 604). Das Identifizieren der Zielvorrichtung kann das Abfragen einer oder mehrerer Feldgeräte umfassen, die mit dem Feldkommunikator-Gerät (z.B. über eine drahtgebundene Verbindung) gekoppelt sind, wobei die Abfrage einen GetId-Befehl oder ähnliches umfasst. Alternativ dazu kann der Speicher des Feldkommunikators eine Gerätetabelle mit Kennungen enthalten. Das Verfahren 600 kann außerdem das Erzeugen eines Gerätebefehls auf der Basis des Befehls des Benutzers umfassen (Block 606). Das Erzeugen des Gerätebefehls kann die Verwendung einer Bibliothek von Protokollumwandlungsroutinen umfassen, um den Gerätebefehl, der in einem Universal-Computerdatenformat codiert sein kann, in ein Feldgerätprotokollformat umzuwandeln, das mit dem identifizierten Zielgerät kompatibel ist. Das Verfahren 600 kann außerdem das Codieren, auf der Basis des dem Zielfeldgerät entsprechenden Protokolls, eines protokollcodierten Datensatzes umfassen (Block 608). Sobald der Befehl erzeugt wurde, kann der Befehl in einen Datensatz verpackt werden, der zum identifizierten Zielgerät übertragbar ist. Zum Beispiel kann ein bestimmtes Feldgerätprotokoll vorschreiben, dass ein Befehl einen Satz Header oder andere Metadaten enthält, die in den protokollcodierten Datensatz aufgenommen werden. Das Verfahren 600 kann das Übertragen, über einen Sender, des protokollcodierten Datensatzes an das Zielfeldgerät umfassen (Block 610). Der Sender kann ein verdrahteter Sender (z.B. 2-Leiter, 4-Leiter usw.) oder ein drahtloser Sender sein, wie hier beschrieben.
  • Zudem sind die obigen Aspekte der Offenbarung nur beispielhaft und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken.
  • Die folgenden zusätzlichen Überlegungen gelten für die obigen Erläuterungen. In dieser Beschreibung beziehen sich Vorgänge, die als von einem Gerät oder einer Routine durchgeführt beschriebenen werden, allgemein auf Vorgänge oder Prozesse eines Prozessors, der Daten maschinenlesbaren Anweisungen entsprechend manipuliert oder umwandelt. Die maschinenlesbaren Anweisungen können auf einem Speichergerät, das mit dem Prozessor kommunikativ gekoppelt ist, gespeichert sein und aufgerufen werden. Das heißt, die hier beschriebenen Verfahren können durch einen Satz maschinenausführbarer Anweisungen verkörpert sein, die auf einem computerlesbaren Medium (d.h., auf einer Speichervorrichtung) gespeichert sind. Wenn diese Anweisungen von einem oder mehreren Prozessoren eines entsprechenden Geräts (z.B. einer Bediener-Arbeitsstation, einem Diagnosetool usw.) ausgeführt werden, veranlassen sie die Prozessoren, das Verfahren auszuführen. Wenn Anweisungen, Routinen, Module, Prozesse, Dienste, Programme und/oder Anwendungen hier als auf einem computerlesbaren Speicher oder auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder gesichert bezeichnet werden, sollen die Worte „gespeichert“ und „gesichert“ vorübergehende Signale ausschließen.
  • Obwohl die Begriffe „Bediener“, „Personal“, „Person“, „Benutzer“, „Techniker“, „Administrator“ und ähnliche Begriffe verwendet werden, um Personen in der Prozessanlagenumgebung zu beschreiben, die die hier beschriebenen Systeme, Geräte und Verfahren verwenden oder damit interagieren, sind diese Begriffe nicht einschränkend zu verstehen. Wenn in der Beschreibung ein bestimmter Begriff verwendet wird, wird dieser Begriff zum Teil aufgrund der traditionellen Tätigkeiten verwendet, die von Betriebspersonal ausgeübt werden, das Personal soll aber nicht auf diese bestimmte Tätigkeit eingeschränkt werden.
  • Darüber hinaus können in dieser Beschreibung Komponenten, Operationen oder Strukturen durch mehrere Instanzen implementiert werden, die als Einzelinstanz beschrieben werden. Obwohl einzelne Operationen eines oder mehrerer Verfahren als separate Operationen dargestellt und beschrieben werden, können eine oder mehrere Einzeloperationen gleichzeitig durchgeführt werden, und die Operationen müssen nicht unbedingt in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden. Strukturen und Funktionalitäten, die in beispielhaften Konfigurationen als separate Komponenten dargestellt werden, können als kombinierte Struktur oder Komponente implementiert werden. Dementsprechend können Strukturen und Funktionalitäten, die als Einzelkomponente dargestellt werden, als separate Komponenten implementiert werden. Diese und andere Varianten, Zusätze und Verbesserungen liegen im Umfang des vorliegenden Gegenstands.
  • Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, können Wörter wie z.B. „Verarbeiten“, „Berechnen“, „Rechnen“, „Bestimmen“, „Identifizieren“, „Darstellen“, „Anzeigen“ oder dergleichen, die in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, sich auf Vorgänge oder Prozesse einer Maschine (z.B. eines Computers) beziehen, die Daten manipuliert oder umwandelt, die in einem oder mehreren Speichern (z.B. flüchtiger Speicher, nichtflüchtiger Speicher oder eine Kombination davon), Registern oder anderen Maschinenkomponenten, die Informationen empfangen, speichern, senden oder anzeigen, als physikalische (z.B. elektronische, magnetische, biologische oder optische) Größen dargestellt werden.
  • Bei der Implementierung in Software können alle hier beschriebenen Anwendungen, Dienste und Engines in jedem greifbaren, nicht flüchtigen computerlesbaren Speicher wie z.B. auf einer Magnetplatte, einer Laserplatte, einer Festkörperspeichervorrichtung, einer molekularen Speichervorrichtung oder einem anderen Speichermedium, in einem RAM oder ROM eines Computers oder Prozessors usw. gespeichert sein. Obwohl die hier offenbarten beispielhaften Systeme neben anderen Komponenten Software und/oder Firmware aufweisen, die auf Hardware ausgeführt wird, ist anzumerken, dass diese Systeme lediglich beispielhaft sind und nicht als einschränkend zu betrachten sind. Zum Beispiel wird in Betracht gezogen, dass eine oder jede dieser Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten ausschließlich in Hardware, ausschließlich in Software oder in einer beliebigen Kombination von Hardware und Software verkörpert sein könnten. Demnach versteht es sich für den Fachmann, dass die angeführten Beispiele nicht der einzige Weg sind, solche Systeme zu implementieren.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von spezifischen Beispielen beschrieben wurde, die nur veranschaulichend sind und die Erfindung nicht einschränken sollen, versteht es sich für den Fachmann, dass Änderungen, Ergänzungen oder Streichungen an den offenbarten Ausführungsformen möglich sind, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • Es versteht sich auch, dass, sofern ein Begriff in diesem Patent nicht durch den Satz „Wie hier verwendet, wird die Bedeutung des Begriffs ‚_____‘ hiermit definiert als...“ oder einen ähnlichen Satz ausdrücklich definiert ist, die Bedeutung dieses Begriffs nicht explizit oder implizit über seine einfache oder gewöhnliche Bedeutung hinaus eingeschränkt werden darf, und dieser Begriff nicht so zu interpretieren ist, dass er durch einer Aussage in einem Teil dieser Patentschrift (mit Ausnahme der Ausdrucksweise in den Ansprüchen) in seinem Umfang eingeschränkt wird. Soweit ein Begriff, der in den Ansprüchen am Ende dieser Patentschrift steht, in dieser Patentschrift in einer Weise gebraucht wird, die mit einer Einzelbedeutung vereinbar ist, erfolgt dies nur der Klarheit halber, um dem Leser das Verständnis zu erleichtert, und dieser Begriff in den Ansprüchen soll nicht implizit oder explizit auf diese Einzelbedeutung eingeschränkt werden. Außer, wenn ein Element in den Ansprüchen durch das Wort „Mittel“ und eine Funktion ohne Angabe einer Struktur definiert wird, ist der Umfang eines Elements in den Ansprüchen nicht auf der Basis der Anwendung von 35 U.S.C. § 112(f) und/oder pre-AIA 35 U.S.C. § 112, Absatz sechs, zu interpretieren.
  • Obwohl der vorstehende Text eine detaillierte Beschreibung zahlreicher verschiedener Ausführungsformen enthält, versteht es sich, dass der Umfang des Patents durch die Worte der Ansprüche am Ende dieser Patentschrift definiert wird. Die detaillierte Beschreibung ist lediglich als beispielhaft aufzufassen und beschreibt nicht jede Ausführungsform, da die Beschreibung jeder möglichen Ausführungsform unpraktisch, wenn nicht unmöglich wäre. Zahlreiche alternative Ausführungsformen, die noch im Umfang der Ansprüche lägen, könnten mit der aktuellen Technologie oder mit der nach dem Anmeldetag dieses Patents entwickelten Technologie implementiert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62739830 [0001]

Claims (20)

  1. Computerimplementiertes Verfahren zur Datenerfassung von einem Feldgerät und zum Durchführen einer Protokollumwandlung, umfassend Empfangen, über einen Sender des Feldgeräts, eines in einem Prozesssteuerprotokoll codierten Datensatzes Extrahieren, über einen Prozessor, von Nutzdaten aus dem Datensatz, Speichern mindestens eines Teils der Nutzdaten in einem Speicher; und Übertragen mindestens eines Teils der Nutzdaten, die in einem Universal-Computerkommunikationsprotokoll codiert sind, über eine drahtlose Netzwerkschnittstellensteuerung.
  2. Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sender des Feldgeräts eines oder beides von (i) einem drahtgebundenen Sender und (ii) einem drahtlosen Sender umfasst.
  3. Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Prozesssteuerprotokoll das HART-, WirelessHART-, Profibus- oder FOUNDATION®-Fieldbus-Protokoll umfasst.
  4. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das Empfangen des protokollcodierten Datensatzes vom Feldgerät das Abrufen des protokollcodierten Datensatzes aus dem Feldgerät umfasst, und/oder wobei das Abrufen des protokollcodierten Datensatzes aus dem Feldgerät ein Abfragen des Feldgeräts umfasst.
  5. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das Abrufen des protokollcodierten Datensatzes aus dem Feldgerät das Erzeugen eines im Prozesssteuerprotokoll codierten Datenabrufbefehls umfasst.
  6. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das Universal-Computerkommunikationsprotokoll ein IEEE 802.11-Protokoll, ein Bluetooth-Protokoll, ein Bluetooth Low Energy-Protokoll, ein Long Range-Protokoll und/oder ein Mobilfunkprotokoll ist.
  7. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das Übertragen mindestens eines Teils der Nutzdaten das Übertragen mindestens eines Teils der Nutzdaten an einen Benutzerkommunikator umfasst.
  8. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das Übertragen mindestens eines Teils der Nutzdaten das Übertragen mindestens eines Teils der Nutzdaten in Echtzeit umfasst.
  9. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das Übertragen mindestens eines Teils der Nutzdaten das Übertragen mindestens eines Teils der Nutzdaten an ein entferntes Asset-Management-System umfasst, und/oder wobei das Übertragen mindestens eines Teils der Nutzdaten an ein entferntes Asset-Management-System das Übertragen mindestens eines Teils der Nutzdaten über ein drahtloses Gateway umfasst, und/oder wobei das Übertragen mindestens eines Teils der Nutzdaten an ein entferntes Asset-Management-System das Übertragen mindestens eines Teils der Nutzdaten über ein drahtloses Mesh-Netzwerk umfasst.
  10. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, insbesondere nach Anspruch 1, außerdem umfassend: Übertragen eines oder beider von (i) einem Kalibrierungsbefehl und (b) einem Konfigurationsbefehl an das Feldgerät.
  11. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, insbesondere nach Anspruch 1, außerdem umfassend: Analysieren, über den Prozessor, der Nutzdaten, um ein Problem bezüglich des Feldgeräts zu diagnostizieren.
  12. Computerimplementiertes Zugriffsverfahren auf ein Feldgerät, umfassend Empfangen, in einem Feldkommunikator-Gerät, eines Befehls eines Benutzers, der eine Angabe eines Feldgeräts enthält, wobei der Befehl des Benutzers die von einem Benutzerkommunikator empfangene Angabe des Feldgeräts enthält, Identifizieren, auf der Basis der Angabe des Feldgeräts, eines Zielfeldgeräts mit einem dem Zielfeldgerät entsprechenden Protokoll, Erzeugen, auf der Basis des Befehls des Benutzers, eines Gerätebefehls, Codieren, auf der Basis des Protokolls, das dem Zielfeldgerät entspricht, eines protokollcodierten Datensatzes; und Übertragen, über einen Sender, des protokollcodierten Datensatzes an das Zielfeldgerät.
  13. Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Befehl des Benutzers ein Konfigurationsbefehl, ein Diagnosebefehl, ein Wartungsbefehl oder ein Kalibrierungsbefehl ist.
  14. Feldkommunikator-Gerät, umfassend: einen oder mehrere Prozessoren; einen Sender, eine drahtlose Netzwerkschnittstellensteuerung; und einen Speicher, der Anweisungen speichert, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, das Feldkommunikator-Gerät dazu veranlassen: in einem Feldgerät-Übertragungsprotokoll codierte Daten über den Sender abzurufen, die Daten in einem Gerätekommunikationsmodul des drahtlosen Kommunikationsgeräts zu interpretieren, mindestens einen Teil der Daten im Speicher zu speichern; und mindestens einem Teil der Daten über die drahtlose Netzwerkschnittstellensteuerung zu übertragen.
  15. Feldkommunikator-Gerät nach Anspruch 14, wobei das Feldgerät-Übertragungsprotokoll ein Highway ein Addressable Remote Transducer-Protokoll, ein Fieldbus-Protokoll, ein Profibus-Protokoll oder ein Modbus-Protokoll ist.
  16. Feldkommunikator-Gerät nach Anspruch 14 oder 15, wobei die drahtlose Netzwerkschnittstellensteuerung ein IEEE 802.11-Sender, ein Bluetooth-Sender, ein Bluetooth Low Energy-Sender, ein Long Range-Sender und/oder ein Mobilfunksender ist.
  17. Feldkommunikator-Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 16, insbesondere nach Anspruch 14, wobei der Speicher weitere Anweisungen speichert, die, wenn sie ausgeführt werden, das Feldkommunikator-Gerät dazu veranlassen: über die drahtlose Netzwerkschnittstellensteuerung einen Befehl eines Benutzerkommunikators zu empfangen, und auf der Basis des Befehls des Benutzerkommunikators über den Sender eine Anweisung an ein Feldgerät auszugeben.
  18. Computersystem zur Datenerfassung und Protokollumwandlung, um Feldgeräten die drahtlose Kommunikation mit Asset-Management-Tools und Systemen zu ermöglichen, umfassend: ein drahtloses Computemetzwerk, einen drahtlosen Benutzerkommunikator; und einen Feldkommunikator, umfassend einen oder mehrere Prozessoren, einen Sender, eine drahtlose Netzwerkschnittstellensteuerung und einen Speicher, der Anweisungen speichert, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, das Computersystem dazu veranlassen: in einem Universal-Computerkommunikationsprotokoll codierte Daten über das drahtlose Computernetzwerk zu übertragen, die Daten über das drahtlose Computernetzwerk zu empfangen, die Daten im Feldkommunikator zu interpretieren, um in einem Prozesssteuerprotokoll codierte Nutzdaten zu erzeugen, und eine die Nutzdaten enthaltende Anweisung an ein Feldgerät ausgeben.
  19. Computersystem nach Anspruch 18, wobei der Speicher des Feldkommunikators weitere Anweisungen umfasst, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, das Computersystem dazu veranlassen: eine Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) mit Routinen zur Anpassung von Benutzerbefehlen an einen von mehreren äquivalenten Prozesssteuerprotokollen zu bedienen, und/oder wobei die Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) zwei oder mehr Benutzerbefehle parallel anpasst.
  20. Computer-lesbares Speichermedium, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, zu implementieren, wenn die Instruktionen durch mindestens einen Prozessor ausgeführt werden.
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