DE102019134580A1

DE102019134580A1 - System zur optischen Kommunikation in einer prozesstechnischen Anlage und prozesstechnische Anlage

Info

Publication number: DE102019134580A1
Application number: DE102019134580.4A
Authority: DE
Inventors: Martin Kastner; Guido König
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2021-06-17
Also published as: WO2021122062A1

Abstract

In einem System (1) zur optischen Kommunikation in einer prozesstechnischen Anlage (2), wie eine lebensmittelverarbeitende Anlage, beispielsweise eine Brauerei, ein Kraftwerk, eine petrochemische Anlage, oder dergleichen, mit mehreren stationären Kameras (30, 31, 33, 35, 37, 39), die je ein Sichtfeld (40, 41, 43, 45, 47, 49) haben, das einen Teilbereich der prozesstechnischen Anlage (2) erfasst, und die Bilddaten von ihrem Sichtfeld erzeugen, ist wenigstens ein Feldgerät (50, 51, 53, 54, 55, 57, 58, 59) mit wenigstens einem optischen Signalgeber (60, 61, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 68, 69), wie eine Anzeige und/oder ein Leuchtmittel, der ein optisches Signal abgibt, das eine Betriebsinformation des Feldgeräts (50, 51, 53, 54, 55, 57, 58, 59) repräsentiert, wobei der Signalgeber (60, 61, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 68, 69)in einem oder mehreren der Sichtfelder angeordnet ist; und eine Signalverarbeitungsvorrichtung (7) zum Erkennen von optischen Signalen in Bilddaten wenigstens einer der stationären Kameras (30, 31, 33, 35, 37, 39) und zum Ermitteln von zu den erkannten optischen Signalen korrespondieren Betriebsinformationen vorgesehen, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung (7) einen Signaleingang für Bilddaten von wenigstens einer der stationären Kameras (30, 31, 33,35,37, 39) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur optischen Kommunikation in einer prozesstechnischen Anlage. Die Erfindung betrifft auch eine prozesstechnische Anlage, wie eine lebensmittelverarbeitende Anlage, beispielsweise eine Brauerei, ein Kraftwerk, eine petrochemische Anlage, oder dergleichen, mit einem System zur optischen Kommunikation.
Prozesstechnische Anlagen sind im Allgemeinen ausgestattet mit einer Vielzahl von Feldgeräten, die die Funktion der prozesstechnischen Anlage gewährleisten. In der Regel befindet sich in einer Leitwarte der prozesstechnischen Anlage Überwachungspersonal, das den Zustand der Anlage überwacht und gegebenenfalls eingreifen kann. Zu diesem Zweck sind die Feldgeräte der prozesstechnischen Anlage mit Anzeige-, Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtungen in der Leitwarte über ein Bussystem verbunden. Ferner sind prozesstechnische Anlagen üblicherweise mit einer Vielzahl von Kameras ausgestattet. Das Überwachungspersonal kann auf diese Weise einen Teilbereich der prozesstechnischen Anlage betrachten, um sich einen Überblick über die Situation vor Ort zu machen und Informationen zu erhalten, die über Sensorwerte hinausgehen, die von Anzeigen in der Leitwarte des Überwachungspersonals angezeigt werden.
Beispielsweise beschreibt US 2002 / 0075244 A1 eine Anlage mit 40 oder mehr Kameras, deren Aufnahmen von Überwachungspersonal fortlaufend beobachtet werden. Das Überwachungspersonal kann einzelne oder mehrere Kameras zur Betrachtung auswählen und die Kameras fernsteuern, beispielsweise deren Zoomfaktor, Neig- und Schwenkausrichtung steuern, falls ein Ausschnitt des Sichtfelds einer Kamera genauer betrachtet werden soll. DE 10 2008 010 853 A1 beschreibt ein Verfahren, gemäß dem das Überwachungspersonal bei der Ausrichtung von Kameras unterstützt werden soll, indem nach einer akustischen Erkennung möglicherweise kritischer Prozesszustände eine Kamera automatisch ausgerichtet wird. Mithilfe derartiger bekannter Systeme können in Reaktion auf das Erkennen eines kritischen Zustands Anlagenbereiche von einer Leitwarte aus der Ferne in Augenschein genommen werden. Wenn Fehlerzustände optisch erkennbar sind, sind Sie allerdings oft schon derart kritisch, dass die Anlage zumindest zum Teil abgeschaltet werden muss.
EP 2 535 781 A1 , EP 2 713 229 B1 und DE 10 2016 17 813 A1 beschreiben tragbare Diagnosevorrichtungen, die sich die Fähigkeiten sogenannter Smartphones zu Nutze machen, sodass Wartungspersonal vor Ort innerhalb einer prozesstechnischen Anlage mit einzelnen Feldgeräten interagieren kann. Sie können kabelgebunden oder kabellos mit Feldgeräten kommunizieren oder mithilfe der den Vorrichtungen eigenen Kameras Informationen beispielsweise über die Identität oder den Zustand des Feldgeräts erfassen.
Allerdings sind in großen prozesstechnischen Anlagen oft Feldgeräte unterschiedlicher Hersteller vorhanden, die unterschiedliche tragbare Diagnosevorrichtungen zum Interagieren benötigen. Da das Wartungspersonal nur sporadisch mit den einzelnen Feldgeräten interagiert, keinen kritischen Gefahrensituationen ausgesetzt werden kann und auch nicht ohne weiteres auf Feldgeräte in schwer zugänglichen Bereichen einer prozesstechnischen Anlage zugreifen kann, ist der praktische Nutzen derartiger Vorrichtungen in der Praxis nur sehr eingeschränkt realisierbar.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und insbesondere ein System bereitzustellen, das auf optischem Signalweg Betriebsinformationen von einem oder mehreren Feldgeräten in einer prozesstechnischen Anlage zur Weiterverarbeitung bereitstellen kann, insbesondere unabhängig vom Zustand der prozesstechnischen Anlage und/oder der Anordnung und Bauart von Feldgeräten darin. Diese Aufgabe löst der Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1.
Demnach ist ein System zur optischen Kommunikation in einer prozesstechnischen Anlage mit mehreren stationären Kameras vorgesehen. Die Kameras haben je ein Sichtfeld, das einen Teilbereich der prozesstechnischen Anlage erfasst und sie erzeugen Bilddaten von ihrem jeweiligen Sichtfeld. Die prozesstechnische Anlage kann beispielsweise eine chemische Anlage, wie eine petrochemische Anlage, ein Kraftwerk, beispielsweise ein Nuklearkraftwerk, oder dergleichen, sein.
Eine Kamera kann insbesondere eine CCD Kamera sein (Charge Coupled Device; dt.: Ladungsgekoppeltes Bauteil). CCD Kameras können hochauflösende Bilder erzeugen, sodass auch aus weiterer Entfernung Details auf den Bilddaten der Kamera erkannt werden können.
Das erfindungsgemäße System umfasst wenigstens ein Feldgerät mit wenigstens einem optischen Signalgeber. Der optische Signalgeber kann beispielsweise eine Anzeige, wie ein LCD-Display (Liquid Crystal Display; dt.: Flüssigkristallanzeige) und/oder ein Leuchtmittel, wie eine LED, sein. Der optische Signalgeber emittiert ein optisches Signal, das eine Betriebsinformation des Feldgeräts repräsentiert. Der Signalgeber ist in einem oder mehreren der Sichtfelder der Kameras der prozesstechnischen Anlage angeordnet.
Ein Feldgerät einer prozesstechnischen Anlage kann beispielsweise eine Sensorvorrichtung, eine Steuerungsvorrichtung, eine Regelungsvorrichtungen, eine Messvorrichtung oder ein Aktor sein. Ein Feldgerät kann beispielsweise eine Stellarmatur zum Einstellen einer Prozessfluidströmung sein. Eine Stellarmatur kann beispielsweise als Stellventil oder Pumpe ausgestaltet sein. Ein Feldgerät kann beispielsweise ein insbesondere pneumatisches, elektrisches oder hydraulisches Stellventil sein. Das Feldgerät kann beispielsweise ein insbesondere elektrischer Stellaktor sein, wie eine Pumpe, ein Motor oder dergleichen. Das Feldgerät kann mit Hilfsenergie, wie pneumatische Hilfsenergie, betrieben werden, wobei insbesondere ein vorzugsweise pneumatischer Stellantrieb über einen insbesondere elektropneumatischen Stellungsregler betätigt werden kann.
Ein passiver optischer Signalgeber kann beispielsweise durch eine analoge Anzeige realisiert sein. Passive optische Anzeige umfassen kein eigenes Leuchtmittel. Aktive optische Signalgeber umfassen wenigstens ein Leuchtmittel. Das Leuchtmittel kann eine LED oder eine andere Lichtquelle sein. Insbesondere kann der optische Signalgeber mit wenigstens einem Leuchtmittel dazu ausgestaltet sein, optische Signale beispielsweise als intermittierendes Leuchtsignal, wie Blinksequenzen, zu übermitteln. Ein aktiver optischer Signalgeber kann eine insbesondere digitale Anzeige mit einem als Hintergrundbeleuchtung ausgeführten Leuchtmittel sein.
Eine Betriebsinformation kann insbesondere ein Fehlerzustand, ein Notabschaltzustand oder ein Wartungszustand sein. Eine Betriebsinformation kann ein Ist-Betriebszustand sein, wie ein Weg-Messwert, ein Druck-Messwert, ein Temperatur-Messwert, ein Geschwindigkeits-Messwert, ein Geräusch-Messwert oder dergleichen. Der Weg-Messwert kann sich beispielsweise auf einen Stellweg eines Stellantriebs oder Stellventils beziehen. Ein Druck-Messwertkann einem Druck in einem Prozessfluid der prozesstechnischen Anlage oder in einem Pneumatikfluid zum Betätigen eines pneumatischen Stellantriebs betreffen. Ein Temperatur-Messwert kann sich beispielsweise auf die Temperatur des Prozessfluides oder die Temperatur einer Komponente des Stellgeräts beziehen. Alternativ kann ein Soll-Betriebszustand eine Betriebsinformation realisieren. Ein Soll-Betriebszustand kann beispielsweise repräsentiert sein durch eine Steuersignal oder ein Regelungssignal.
Betriebsinformationen können beispielsweise Betriebsdaten oder Betriebszustände sein. Als Betriebsdatum eines Feldgeräts kann insbesondere eine Ist-Ventilstellung, eine Soll-Ventilstellung, ein Ist-Druck, ein Soll-Druck, ein Ventil-Öffnungs- oder Schließ-Zustand, ein Ist-Durchfluss, ein Soll-Durchfluss oder dergleichen übermittelt werden. Betriebsdaten können von einem Sensor des Feldgeräts ermittelt werden oder von einer Steuerungseinrichtung vorgegeben sein. Andere Betriebsdaten eines Feldgeräts können einen Betriebszustand betreffen, wie aktiv oder inaktiv, in Ordnung, wartungsbedürftig, defekt oder dergleichen. Einem Betriebsdatum kann ein bestimmten Defekt zugeordnet sein, wie ein zu niedriger Steuerdruck, eine zu hohe Reibung, eine zu niedrige oder zu hohe Temperatur oder dergleichen. Ein Betriebszustand kann allgemein ein von dem Feldgerät empfangener, ein durch das Feldgerät auszugebender oder ein in dem Feldgerät gemessener, bestimmter, ermittelter oder kalkulierte Betriebszustand sein. Betriebsinformationen können alternativ an das Feldgerät übermittelte Informationen sein, beispielsweise ein Steuersignal von einer Leitwarte der prozesstechnischen Anlage, ein Warnsignal an die Leitwarte oder dergleichen.
Ein Betriebszustand kann die Kommunikation zwischen einzelnen Komponenten des Feldgeräts betreffen, beispielsweise die Kommunikation zwischen einer Datenverarbeitungseinrichtung des Feldgeräts und damit kommunizierenden Sensoren und/oder Aktoren des Feldgeräts.
Das Sichtfeld einer Kamera ist bestimmt durch einen insbesondere kegelförmig Bereich, von dem die Kamera Bilddaten erfasst. Das Sichtfeld kann den Bereich vor einer Linse der Kamera bezeichnen. Die Kamera ist stationär in der prozesstechnischen Anlage montiert, beispielsweise an einer ortsfesten Halterung, wie einem ortsfesten Stativ oder einer ortsfesten Aufnahme. Die Kamera kann ein veränderbares Sichtfeld, insbesondere ein vorzugsweise horizontal und/oder vertikal bewegliches Sichtfeld haben. Gemäß einer Ausführung kann die stationäre Kamera dazu ausgelegt sein, relativ zu ihrer Halterung eine Neigebewegung in Vertikalrichtung zu vollführen. Die Kamera kann Neigemittel zum Rotieren der Kamera in Vertikalrichtung umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann gemäß einer Ausführung die stationäre Kamera dazu ausgelegt sein, geschwenkt zu werden, um das Sichtfeld der Kamera in Horizontalrichtung bewegen. Die Kamera kann ein Schwenkmittel zum horizontalen rotieren der Kamera umfassen. Es sei klar, dass die Kamera eine optomechanische Vergrößerung, wie ein Teleobjektiv, umfassen kann, um einen Fokusbereich von der Kamera weg und/oder zu der Kamera hin zu verschieben. Alternativ kann die Kamera starr in Bezug auf die anderen Komponenten der prozesstechnischen Anlage und/oder mit unbeweglichem Sichtfeld montiert sein.
Das erfindungsgemäße System umfasst ferner eine Signalverarbeitungsvorrichtung zum Erkennen von optischen Signalen in Bilddaten wenigstens einer der stationären Kameras und zum Ermitteln von zu den erkannten optischen Signalen korrespondieren Betriebsinformationen, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung einen Signaleingang für Bilddaten von wenigstens einer der stationären Kameras aufweist.
Die Signalverarbeitungsvorrichtung ist vorzugsweise eine elektronische Signalverarbeitungsvorrichtung, wie ein Computer, ein Mikroprozessor oder ein Microcontroller. Die Signalverarbeitungsvorrichtung einer oder mehreren GPU (Graphics Processing Unit; dt.: Grafikprozessor) und/oder CPU (Central Prozesssing Unit; dt.: Hauptprozessor) umfassen. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann lokal in der prozesstechnischen Anlage angeordnet sein. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann im selben Gehäuse wie eine Kamera untergebracht sein. Eine Signalverarbeitungsvorrichtung kann in einer Leitwarte der prozesstechnischen Anlage vorgesehen sein. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann alternativ fern der prozesstechnischen Anlage, beispielsweise als Cloud-Computer, realisiert sein. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann dem Fachmann bekannte Verfahren zur Bilderkennung und Bildverarbeitung implementieren, um in den Bilddaten wenigstens einer der stationären Kameras optische Signal zu erkennen und zu diesen erkannten optischen Signalen korrespondierende Betriebsinformationen zu ermitteln.
Der Signaleingang der Signalverarbeitungsvorrichtung für Bilddaten von wenigstens einer der stationären Kameras ist zur signalübertragungsgemäßen Verbindung mit einer oder mehreren Kameras vorgesehen. Der Signaleingang kann eine kabelgebundene oder kabellose Kommunikationsschnittstelle zu einer oder mehreren der stationären Kameras umfassen. Insbesondere kann eine einzige Signalverarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, mit mehreren der stationären Kameras der prozesstechnischen Anlage signalübertragungsgemäß verbunden zu werden, um in den Bilddaten der mehreren stationären Kameras optische Signale zu erkennen und um Betriebsinformationen zu ermitteln, die zu den erkannten optischen Signalen korrespondieren.
Die Signalverarbeitungsvorrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, verschiedenartige, insbesondere aktive und/oder passive, optische Signale zu erkennen. Insbesondere ist die Signalverarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet, Betriebsinformationen aus optischen Signalen unterschiedlicher Art und/oder von verschiedenartigen optischen Signalgebern zu ermitteln. Beispielsweise kann ein passives optisches Signal beispielsweise durch eine analoge Anzeige eines Feldgerätes realisiert sein. Ein aktives optisches Signal kann beispielsweise ein intermittierendes Leuchtsignal sein, wobei das intermittierende Leuchtsignal beispielsweise ein pulsierendes oder pulsweitenmoduliertes Signal umfassen kann. Alternativ kann ein optisches Signal realisiert sein durch eine insbesondere leuchtende Display-Anzeige, beispielsweise einer LED-Anzeige, eine LCD-Anzeige, eine E-Ink-Anzeige oder dergleichen. Das optische Signal kann in Form von Zeichen, wie Buchstaben, Zahlen und/oder Piktogramme der Anzeige realisiert sein.
Das erfindungsgemäße optische Kommunikationssystem erlaubt es dem Überwachungspersonal in der Leitwarte einer prozesstechnischen Anlage, sich einen schnellen Überblick über den Feldgeräte Zustand in einem Teilbereich oder der kompletten prozesstechnischen Anlage zu verschaffen. Das System zur optischen Kommunikation kann die Topologie der prozesstechnischen Anlage oder von Teilen der prozesstechnischen Anlage, insbesondere bezüglich der einzelnen Feldgeräte der prozesstechnischen Anlage, berücksichtigen, und diese zur Kommunikation beispielsweise mit einer mobilen Diagnosevorrichtung aufbereiten und bereitstellen, um Wartungspersonal rasch und zielsicher zu einem Teilbereich einer prozesstechnischen Anlage oder zu einen bestimmten Feldgerät zu führen. Das erfindungsgemäße System zur optischen Kommunikation erlaubt es, bislang ungenutzte jedoch in einer prozesstechnischen Anlage vorhandene Betriebsinformationen effizient, schnell und sicher zu erfassen, auszuwerten und aufzubereiten. Das erfindungsgemäße System zur optischen Kommunikation erlaubt es insbesondere, prozesstechnische Betriebsdaten von Feldgeräten zu berücksichtigen, die an für Wartungspersonal schwer oder nicht zugänglichen Bereich der prozesstechnischen Anlage vorliegen.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung umfasst das System eine Vielzahl von Feldgeräten mit je wenigstens einem optischen Signalgeber, der ein optisches Signal abgibt, das eine Betriebsinformation des jeweiligen Feldgeräts repräsentiert, wobei der Signalgeber jedes der Feldgeräte in einem oder mehreren der Sichtfelder angeordnet ist. Es sei klar, dass die Feldgeräte entsprechend einer bestimmten Topologie der prozesstechnischen Anlage an unterschiedlichen Positionen in der prozesstechnischen Anlage angeordnet sind. Die Feldgeräte der prozesstechnischen Anlage können beispielsweise in einer horizontalen Längsrichtung L zueinander und/oder einer horizontalen Querrichtung Q versetzt zu einander angeordnet sein. Alternativ und/oder zusätzlich können Feldgeräte in einer prozesstechnischen Anlage relativ zueinander in Vertikalrichtung versetzt zu sein.
Es sei klar, dass das Sichtfeld einer Kamera der prozesstechnischen an limitiert sein kann durch Komponenten der prozesstechnischen Anlage, beispielsweise Gebäudeteile, Rohrleitungen, Feldgeräte, Gehäuse, Blenden, etc. Mehrere stationäre Kameras einer prozesstechnischen Anlage können relativ zu einander disjunkte und/oder überschneidungsfreie Sichtfelder aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass zwei oder mehr Kameras denselben Teilbereich einer prozesstechnischen Anlage in ihrem jeweiligen Sichtfeld erfassen. Eine Erfassung desselben Teilbereichs in prozesstechnischen Anlagen erfolgt durch unterschiedliche Kameras aus unterschiedlichen Blickwinkeln. Beispielsweise können die Sichtfelder zweier Kameras der prozesstechnischen Anlage quer, insbesondere in einer Horizontalrichtung orthogonal, zueinander versetzt sei; beispielsweise kann eine erste Kamera in einer horizontalen Längsrichtung ausgerichtet sein und eine zweite stationäre Kamera in einer horizontalen Querrichtung, wobei die Sichtbereiche der ersten Kamera und das zweite Sichtfeld der zweiten Kamera einen Schnittbereich definieren. Der optische Signalgeber eines Feldgeräts kann im Schnittbereich von zwei oder mehr Kameras der prozesstechnischen Anlage angeordnet sein.
Es ist denkbar, dass eine prozesstechnische Anlage mehrere Kameras aufweist, deren Sichtfelder vollständig unabhängig, disjunkt und/oder schnittbereichsfrei relativ zueinander sind. Bei prozesstechnischen Anlagen mit derart angeordneten Kameras kann eine eindeutige Zuordnung einer Kamera zu einem Sichtfeld und den darin angeordneten Feldgeräten umgesetzt sein. Dem Fachmann ist klar, dass jedes Sichtfeld einer Kamera der prozesstechnischen Anlage einen Teilbereich der prozesstechnischen Anlage erfasst, innerhalb dem keine Feldgeräte, ein Feldgerät, zwei Feldgeräte oder mehr Feldgeräte mit deren jeweiligem optischen Signalgeber angeordnet sein können. Es ist denkbar, dass ein Feldgerät einen optischen Signalgeber oder mehrere optische Signalgeber umfasst, deren optische Signale von einer oder mehreren Kameras erfasst werden.
Ein solches System mit einer Vielzahl von Feldgeräten realisiert ein optisches Kommunikationsnetzwerk zur Erfassung der Betriebsinformationen der mehreren Feldgeräte der prozesstechnischen Anlage.
Gemäß einer Weiterbildung des Systems zur optischen Kommunikation ist die Signalverarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet, optische Signale eines ersten Feldgeräts in Bilddaten mehrerer Kameras zu erkennen und bezogen auf das erste Feldgerät insbesondere im Hinblick auf dessen Betriebssituationen zu verarbeiten. Beispielsweise kann die Signalverarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, zu erkennen, wenn in einem Teilbereich der prozesstechnischen Anlage ein zusätzliches Feldgerät mit optischem Signalgeber angeordnet wird, oder wenn ein Feldgerät mit optischem Signalgeber eine veränderte Position innerhalb der prozesstechnischen Anlage erhält. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann die neue oder veränderte Position des Feldgeräts anhand der Bilddaten mehrerer Kameras unter Berücksichtigung der bekannten prozesstechnischen Anlagen-Topologie erfassen. Anhand der erfassten ist-Positionsinformation des versetzten Feldgerätes kann die Signalverarbeitungsvorrichtung die Topologiedaten der prozesstechnischen Anlage aktualisieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Signalverarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, die Position eines Feldgeräts gegenüber Referenzvorgaben oder Plausibilitätsvorgaben prüfen, und insbesondere ein entsprechendes Diagnoseergebnis ausgeben, beispielsweise eine Warnmeldung bei einer Fehlinstallation eines Feldgerät. Alternativ oder zusätzlich kann eine Signalverarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, optische Signale eines ersten Feldgeräts in Bilddaten mehrerer Kameras zu erkennen und bezogen auf das erste Feldgerät im Hinblick auf dessen Betriebsinformationen zu verarbeiten.
Gemäß einer Ausführung eines Systems zur optischen Kommunikation ist ein Feldgerät zumindest abschnittsweise oder vollständig außerhalb eines Sichtfelds angeordnet und der optische Signalgeber des Feldgeräts weist eine mechanische Positioniereinrichtung, wie ein Stativ, eine Teleskopstange, eine Gelenkstange und/oder einen Schwanenhals auf, mittels welcher der optische Signalgeber in einem oder mehreren der Sichtfelder angeordnet ist. Das Feldgerät kann ein Gehäuse aufweisen, welches derart in der prozesstechnischen Anlage angeordnet ist, dass es außerhalb eines insbesondere statischen Sichtfelds einer oder sämtlicher Kameras angeordnet ist. Die Ausgestaltung des optischen Signalgebers mit einer mechanischen Positioniereinrichtung erlaubt es, das System zur optischen Kommunikation in einer prozesstechnischen Anlage auszudehnen und zu erweitern auf Feldgeräte, deren Position innerhalb der prozesstechnischen Anlage das Erfassen optische Signale unmittelbar von dem Feld verhindern würde.
Bei einer anderen Ausführung eines Systems zur optischen Kommunikation, welche mit den vorherigen kombinierbar ist, weist der optische Signalgeber des wenigstens einen Feldgeräts wenigstens ein optisches Richtelement, wie ein Prisma und/oder einen Spiegel, zum Beeinflussen des Strahlengangs des optischen Signals auf. Beispielsweise kann ein optisches Richtelement, wie ein Prisma, das optische Signal beispielsweise einer punktförmigen Lichtquelle, wie ein LED, an einem Umfang oder einen Teil des Umfangs eines Gehäuses des Feldgerätes und/oder einer mechanischen Positioniereinrichtung entfernt vom Gehäuse des Feldgeräts bereitstellen. Es ist insbesondere denkbar, dass ein Spiegel oder anderer Reflektor in der Umgebung des optischen Signalgebers des Feldgeräts angeordnet ist, um das optische Signal von dem optischen Signalgeber in das Sichtfeld einer oder mehrerer Kameras zu bringen. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass bei relativ zu zumindest einem Sichtfeld einer Kamera verdeckten Feldgeräten eine Erkennung durch eine oder mehrere Kameras möglich ist. Insbesondere kann es ermöglicht werden, dass die optischen Signale eines Feldgerätes aus mehreren Richtungen, beispielsweise von mehreren Kameras, erfasst werden können.
Gemäß einer Ausführung kann der optische Signalgeber zum Abgeben von optischen Signalen außerhalb des sichtbaren Spektrums, insbesondere im Infrarotspektrum und/oder im Ultraviolettspektrum, eingerichtet sein. Der Fachmann weiß, dass das Spektrum sichtbaren Lichts mit Wellenlängen von wenigstens 380 nm bis 750 nm umfasst. Das Infrarotspektrum kann Licht mit Wellenlängen im Bereich von etwa 750 nm bis 1 mm Wellenlänge bezeichnen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann der optische Signalgeber dazu ausgelegt legt sein, optische Signale im sogenannten Nahinfrarotspektrum (NIR) zwischen 780 nm und 2,5 µm zu emittieren. Vorzugsweise kann der Signalgeber optische Signale im IR-A Spektrum von 780 nm bis 1400 nm emittieren und/oder im IR-B Spektrum von 1,4 µm bis 3,0 µm Wellenlänge. Der optische Signalgeber kann dazu ausgelegt sein, optische Signale in im Ultraviolettspektrum zwischen 100 nm und 380 nm Wellenlängen zu emittieren, insbesondere im sogenannten LTV-A Spektrum zwischen 150 nm und 380 nm. Durch die Verwendung von optischen Signalen außerhalb des sichtbaren Spektrums können Signalstörungen für Wartungspersonal durch Signalgeber, die nicht im optisch sichtbaren Spektrum arbeiten, vermieden werden.
Gemäß einer alternativen Ausführung kann bevorzugt sein, dass die optischen Signalgeber dazu eingerichtet sind, optische Signale in einem schmalbandigen Spektralbereich abzugeben, wobei das Licht des optischen Signalgebers beispielsweise vollständig oder zu mindestens 95% innerhalb eines Spektralbands von weniger als 100 nm, weniger als 50 nm weniger als 20 nm liegt. Das Spektralband kann im Infrarotbereich oder im UV-Bereich liegen. Es ist denkbar, dass das schmalbandige Spektralband im Spektrum des sichtbaren Lichtes liegt. Es ist auch denkbar, dass mehrere verschiedene Systeme zur optischen Kommunikation innerhalb einer derselben prozesstechnischen Anlage unterschiedliche Spektralbereiche zur optischen Kommunikation verwenden, um unterschiedliche Informationen oder Situationen redundant zu übermitteln. Es ist denkbar, dass eine Kamera mit einem Bandpassfilter ausgestattet ist, dessen Filtercharakteristiken auf das Spektrum der optischen Signalgeber abgestimmt sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Signalverarbeitungvorrichtung und/oder die Kameraelektronik einen elektronischen oder softwaregestützten Bandpassfilter umfassen.
Gemäß einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Systems ist die Signalverarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet, Betriebsinformationen zu extrahieren aus Bilddaten eines als Anzeigevorrichtung, wie ein LCD-Display oder eine analoge Anzeige, realisierten optischen Signalgebers. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann eine bekannte Bildverarbeitungsroutine verwenden, um beispielsweise Zeichen eines LCD-Displays, wie Buchstaben, Zahlen oder Piktogramme, in den Bilddaten eines als Anzeigevorrichtung realisierten optischen Signalgebers zu erkennen und anhand der erkannten Zeichen einen Betriebsinformation des Feldgeräts, beispielsweise ein Ist-Werten, ein Soll-Wert, ein Zustandswert oder dergleichen, des Feldgeräts abzulesen. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann gemäß bekannter Bildverarbeitungsroutinen dazu eingerichtet sein, eine passives optisches Signal des Feldgeräts mittels einer analogen Anzeige, wie eine Zeigerstellung, zu erkennen, und an einer Zeigerstellung oder dergleichen Betriebsinformationen abzulesen.
Alternativ oder zusätzlich kann bei einer Ausführung des Systems die Signalverarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, Betriebsinformationen zu extrahieren aus Bilddaten eines optischen Signalgebers, der Betriebsinformationen repräsentiert als intermittierendes Leuchtsignal abgibt, wie eine blinkende LED. Insbesondere kann bei einem solchen System die Bilderfassungsrate der Kamera und eine maximale Änderungsrate, wie eine maximale Blinkfrequenz, des optischen Signalgebers derart aufeinander abgestimmt sein, dass die Kamera die Bilddaten mit einer hinreichend hohen Aufnahmefrequenz erfasst, um eine verlustfreie optische Signalübertragung von dem optischen Signalgeber über die Kamera zu der Signalverarbeitungsvorrichtung zu gewährleisten.
Gemäß einer Ausführung eines Systems ist die Signalverarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet, die optischen Signale wenigstens eines Feldgeräts, insbesondere mehrerer Feldgeräte, mit Topologie-Informationen der prozesstechnischen Anlage zu korrelieren, um die Position des einen Feldgeräts in der prozesstechnischen Anlage zu bestimmen und/oder um die Topologie-Informationen zu aktualisieren. Beispielsweise kann die Signalverarbeitungsvorrichtung anhand der optischen Signale eine Position des Feldgeräts innerhalb der prozesstechnischen Anlage erkennen und eine Plausibilitätsprüfung hinsichtlich vorbestimmter Topologie-Informationen bezogen auf die prozesstechnische Anlage durchführen. Beispielsweise kann ausgehend von einer Korrelation zwischen erkannten optischen Signalen und einer vorbestimmten Topologie-Information mithilfe der Signalverarbeitungsvorrichtung ein Fehlersignal erzeugt werden, sofern das Feldgerät bzw. dessen optischer Signalgeber abweichend von einer Position entsprechend der vorbestimmten Topologie-Information angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Signalverarbeitungsvorrichtung des Systems dazu eingerichtet sein, Topologie-Informationen zu aktualisieren, beispielsweise falls der prozesstechnischen Anlage wenigstens ein neues oder verändertes Feldgerät hinzugefügt wird.
Die Erfindung betrifft gemäß einer Ausführung ein System, das ferner wenigstens eine stationär in der prozesstechnischen Anlage montierte Kamera umfasst, die ein Sichtfeld hat, das einen Teilbereich der prozesstechnischen Anlage erfasst, und die Bilddaten von ihrem Sichtfeld erzeugt, wobei der Kamera wenigstens ein Feldgerät zugeordnet ist, dessen optischer Signalgeber in dem Sichtfeld der wenigstens einen Kamera angeordnet ist, und wobei die Kamera signalübertragungsgemäß mit der Signalverarbeitungsvorrichtung gekoppelt ist und der Signalverarbeitungsvorrichtung Bilddaten von ihrem Sichtfeld übermittelt. Die Kamera kann mit der Signalverarbeitungsvorrichtung kabelgebunden oder kabellos signalübertragungsgemäß verbunden sein.
Die Kamera kann eine CCD-Kamera und/oder CMOS-Kamera sein. Insbesondere kann eine Kamera dazu ausgelegt sein Bilddaten einzelner Aufnahmen (Fotografien) zu erzeugen und/oder Bilddaten als Sequenz aufeinanderfolgender Aufnahmen (Film) zu erzeugen. Die Bilddaten können in einem üblichen Bilddatenformat (z.B. TIFF, JPG, GIF, PNG, WMF, EPS, CDA, SVG, RAW oder dergleichen) erzeugt werden. Die Bilddaten können alternativ in einem üblichen Filmdatenformat (z.B: MPEG, MOV, MP₄ oder anderer Dateityp) erzeugt werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Systems sind einer ersten Kamera mehrere Feldgeräte zugeordnet, deren jeweiliger optischer Sender in dem Sichtfeld der ersten Kamera angeordnet ist. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, verschiedene optische Signale von unterschiedlichen Feldgeräten unabhängig voneinander in den Bilddaten der ersten Kamera zu erkennen. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann zu den verschiedenen optischen Signalen der verschiedenen Feldgeräte korrespondierende Betriebsinformationen selbiger unterschiedliche Feldgeräte ermitteln. Der ersten Kamera können mehrere Feldgeräte zugeordnet sein, deren optische Sender in dem Sichtfeld der ersten Kamera angeordnet sind. Beispielsweise können der ersten Kamera zwei Feldgeräte, drei Feldgeräte oder mehrere Feldgeräte zugeordnet sein, die jeweils wenigstens einen optischen Sender aufweisen. Die mehreren, beispielsweise zwei, drei oder mehr optischen Signalgeber der mehreren Feldgeräte können in dem Sichtfeld der ersten Kamera angeordnet sein. Die Signalverarbeitungsvorrichtung ist vorzugsweise dazu ausgestaltet, die von den verschiedenen Feldgeräten mittels ihrer jeweiligen optischen Signalgeber emittierte optischen Signale unabhängig voneinander zu verarbeiten. Beispielsweise kann die Signalverarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, die in einem bestimmten Teilabschnitt der Bilddaten des Sichtfelds der Kamera erfassten optischen Signale einem bestimmten Feldgerät exklusiv zuzuordnen. Optische Signale von einem zweiten optischen Sender in einem zweiten Teilbereich der Bilddaten des Sichtfeldes können von der Signalverarbeitungsvorrichtung einem anderen, zweiten Feldgerät exklusiv zugeordnet werden.
Auch wenn die unterschiedlichen Feldgeräte gleichartige oder ähnliche optische Signale senden, kann die Signalverarbeitungsvorrichtung die optischen Signale der unterschiedlichen Feldgeräte voneinander differenzieren, um die dem jeweiligen Feldgerät zugeordnete Betriebsinformationen zu ermitteln. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann dazu ausgelegt sein, anhand von Topologieinformationen der prozesstechnischen Anlage unterschiedliche Feldgeräte voneinander zu unterscheiden. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann beispielsweise automatisch oder unter Berücksichtigung einer manuellen Eingabe einzelne Feldgeräte identifizierenden und/oder optische Signale von einem bestimmten einzelnen Feldgerät identifizieren. Beispielsweise können verschiedene Feldgeräte im Sichtfeld einer Kamera optische Signale unterschiedlicher Art bereitstellen, die von der Kamera erfasst und von der Signalverarbeitungsvorrichtung verarbeitet werden. So ist es denkbar, dass ein erstes Feldgerät mit einem ersten, aktiven optischen Signalgeber im Sichtfeld der ersten Kamera ein intermittierendes Leuchtsignal bereitstellt, während der zweite optische Signalgeber eines Feldgeräts ein kontinuierlich beleuchtetes Anzeige-Display aufweist, das von der Kamera erfasst wird und dessen Bilddaten von der Signalverarbeitungsvorrichtung verarbeitet werden.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst ein System eine Vielzahl stationär in der prozesstechnischen Anlage montierter Kameras, wobei jede der stationär in der Anlage montierten Kameras ein einzelnes Sichtfeld hat, das einen jeweiligen Teilbereich der prozesstechnischen Anlage erfasst. Insbesondere können die mehreren Sichtfelder der mehreren Kameras einander abschnittsweise überschneiden. Beispielsweise können sich 2, 3 oder mehr Sichtfelder der mehreren Kameras überschneiden. Eine prozesstechnische Anlage kann 5 oder mehr, vorzugsweise 10 oder mehr, insbesondere 20 oder mehr Kameras haben, deren Sichtfelder einander wenigstens paarweise abschnittsweise überschneiden. Es sei klar, dass bei der Ausführung mit einer Vielzahl stationär in der prozesstechnischen Anlage montierter Kameras, mit ihr einem Sichtfeld, nicht jedes Sichtfeld der Vielzahl von Kameras jedes andere Sichtfeld schneidet.
Ferner betrifft die Erfindung eine prozesstechnische Anlage mit einem erfindungsgemäßen System, die außerdem eine Leiteinrichtung zum Steuern und/oder Regeln der prozesstechnischen Anlage, und eine Kommunikationseinrichtung zur Übertragung feldgerätespezifischer Betriebsinformationen umfasst, die die Leiteinrichtung signalübertragungsgemäß mit wenigstens einem Feldgerät verbindet. Das Kommunikationssystem und die Kommunikationseinrichtung übertragen Betriebsinformationen unabhängig voneinander. Beispielsweise kann die Kommunikationseinrichtung das wenigstens eine Feldgerät oder mehrere Feldgeräte kabelgebunden mithilfe einer BUS-Leitung, beispielsweise einer Fieldbus-Leitung oder einer HART-Leitung, mit einer Leitwarte der prozesstechnischen Anlage verbinden, um betriebsgemäß stellgerätespezifische Betriebsinformation zwischen den Feldgeräten und Leitwarte zu kommunizieren. Als redundantes Kommunikationsnetzwerk ist das System zur optischen Kommunikation (kurz: Kommunikationssystem) vorgesehen, welches die Betriebsinformation von wenigstens einem Stellgerät zumindest abschnittsweise optisch von dem Feldgerät zu der Leitwarte übermitteln. Es sei klar, dass ein erfindungsgemäßes System zur optischen Kommunikation optische Signale oder die optischen Signale von wenigstens einem Feldgerät zumindest abschnittsweise kabellos, insbesondere ohne Glasfaserkabel, überträgt. Vorzugsweise kann das System zur optischen Kommunikation vollständig frei von Glasfaserkabeln zum Übertragen optischer Signale sein. Es sei klar, dass die Kommunikationseinrichtung Betriebsinformationen zwischen wenigstens einem Feldgerät und der Leitwarte übermittelt, wobei der Kommunikationsweg frei von optischen Signalen ist. Die Kommunikationseinrichtung übermittelt insbesondere ausschließlich elektronische Signale und/oder elektromagnetische Funksignale.
Dank der parallelen Übertragung von Betriebsinformationen einerseits durch die Kommunikationseinrichtung und andererseits durch das System zur optischen Kommunikation werden die Betriebsdaten redundant übermittelt, sodass fehlerhaft übermittelte Daten oder eine schlechte Datenqualität kompensiert werden kann. Das System zur optischen Kommunikation stets innerhalb einer prozesstechnischen Anlage ein unabhängiges Informationsbeschaffungssystem bereit, sodass selbst bei einer kritischen Störung einer anderen Kommunikationseinrichtung ein ordnungsgemäßer Betrieb der prozesstechnischen Anlage zumindest zum Erreichen eines sicheren Zustands der Anlage mittels des optischen Kommunikationssystems gewährleistet bleibt.
Zur zentralen Kontrolle der Prozesse einer prozesstechnischen Anlage ist eine Leitwarte vorgesehen, die mehrere Feldgeräte überwacht und/oder kontrolliert. Zwischen den Feldgeräten und der Leitwarte findet zu diesem Zweck Kommunikation statt. Das Feldgerät kann eine elektronische Schnittstelle zu Empfangen und/oder Senden von Betriebsinformationen aufweisen. Es ist denkbar, dass in der prozesstechnischen Anlage eine Leitwarte mit einzelnen Feldgeräten über eine als Netzwerk realisierte Kommunikationseinrichtung kommuniziert, welches Schnittstellen aufweist, über die Kommunikation zwischen Feldgeräten und Leitwarte erfolgen kann.
Ein Feldgerät kann einen elektronischen, vorzugsweise kabelgebundenen oder kabellosen, Signalaus- und/oder -Eingang für elektronische Signale aufweisen. Beispielsweise kann das Feldgerät eine HART- und/oder einem FIELDBUS- Kommunikationseinrichtung aufweisen. Es ist denkbar, dass sie die Kommunikation einen kabellosen Funksignalaus- und/oder - Eingang, beispielsweise einen Bluetooth, WLAN- oder WIFI-Transceiver umfasst.
Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung deutlich, in denen zeigt:

1 eine prozesstechnische Anlage in einem erfindungsgemäßen System zur optischen Kommunikation.

Das erfindungsgemäße optische Kommunikationssystem 1 umfasst als seine Hauptbestandteile Feldgeräte 50, 51, 53, 54, 55, 57 und 59 mit optischen Signalgebern 60, 61, 63, 63*, 64, 65, 65* und eine Signalverarbeitungsvorrichtung 7. Das Kommunikationssystem 1 ist in einer prozesstechnischen Anlage angeordnet. Die prozesstechnische Anlage wird im Allgemeinen mit Bezugszeichen 2 bezeichnet.
In dem abgebildeten Beispiel umfasst die prozesstechnische Anlage 2 sechs stationären Kameras 30, 31, 33, 35, 37, 39, die jeweils ein Sichtfeld 40, 41, 43, 45, 47, 49 haben. Jedes Sichtfeld 40, 41, 43, 45, 47, 49 erfasst einen Teilbereich der prozesstechnischen Anlage 2 und die jeweilige, dem Sichtfeld 40, 41, 43, 45, 47 oder 49 zugeordnete Kamera 30, 31, 33, 35, 37 oder 39 erzeugt Bilddaten von ihrem Sichtfeld 40, 41, 43, 45, 47, 49. Es sei klar, dass die Anzahl von 6 Kameras rein exemplarisch ist und zur einfacheren Verständlichkeit der Erfindung gewählt ist. Eine prozesstechnische Anlage 2 hat im Allgemeinen mehrere Kameras, beispielsweise 10, 20,30, 40 oder mehr.
Die Sichtfelder 40, 41, 43, 45, 47, 49 der Kameras 30, 31, 33, 35, 37, 39 sind teilweise auf unterschiedliche und teilweise auf dieselben Komponenten der prozesstechnischen Anlage 2 ausgerichtet. Teilbereiche der prozesstechnischen Anlage 2, die nur von einem Sichtfeld 40, 41, 43, 45, 47 oder 49 erfasst werden, sind nur der korrespondierenden Kamera 30, 31, 33, 35, 37 oder 39 zugeordnet. Feldgeräte, die im Sichtfeld 40, 41, 43, 45, 47 und/oder 49 mehrerer Kameras 30, 31, 33, 35, 37 und/oder 39 angeordnet sind, sind diesen mehreren Kameras zugeordnet. Eine Erfassung eines Teilbereichs einer prozesstechnischen Anlage 2 durch zwei oder mehr Kameras kann gewünscht sein, um unterschiedliche Blickwinkel auf den Teilbereich das Feldgerät zu haben oder um die Information von einem bestimmten Feldgerät redundant zu erfassen.
Die Feldgeräte 50, 51, 52, 53, 54, 55, 57 und 59 der prozesstechnischen Anlage 2 können durch eine Kommunikationseinrichtung 9 mit einer Leiteinrichtung 10 zum Steuern und/oder Regeln der prozesstechnischen Anlage 2 verbunden. Die Feldgeräte 50, 51, 52, 53, 54, 55, 57 und 59 und die Leiteinrichtung 10 können kabelgebunden und/oder zumindest abschnittsweise kabellos, beispielsweise mit einer Funkverbindung, zur Signalübertragung miteinander verbunden sein. Die Kommunikationseinrichtung kann auf bekannte Weise, beispielsweise als HART-oder FIELDBUS-Kommunikationseinrichtung realisiert sein.
Es ist denkbar, dass eine stationäre Kamera 31, die ortsfest in der prozesstechnischen Anlage 2 angeordnet ist, Schwenkmittel und/oder Neigemittel umfasst, die eine Bewegung zum Ausrichten des Sichtfelds 41 der Kamera 31 ermöglichen. Bei der Verwendung einer oder mehrerer ausrichtbarer Kameras 31 mit beweglichem Sichtfeld 41 in einer prozesstechnischen Anlage 2 ist es denkbar, dass die Sichtfelder 41, 45 und 47 einander nur zeitweise abschnittsweise überschneiden und/oder dass ein Feldgerät 51, 54, 57, 59 sich nur zeitweise im Sichtfeld 41 der Kamera 31 befindet.
In der prozesstechnischen Anlage 2 sind eine Vielzahl von Feldgeräten 50, 51, 52, 53, 54, 55, 57 und 59 angeordnet, die je wenigstens einen optischen Signalgeber 60, 61, 62, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 69 aufweisen. Ein optischer Signalgeber kann beispielsweise als Anzeige und/oder Leuchtmittel des Feldgerätes gebildet sein. Die verschiedenen Feldgeräte 50, 51, 52, 53, 54, 55, 57 und 59 können einer prozesstechnischen Anlage 2 unterschiedlichste Aufgaben verrichten. Feldgeräte 54, 58 und 59 können Stellaktuatoren, zum Steuern und/oder Regeln von Prozessfluidströmungen in der prozesstechnischen Anlage aufweisen. Andere Feldgeräte 51, 50, 53, 55 können Sensoren zum Messen von Eigenschaften des Prozessfluids, beispielsweise Druck, Temperatur, Zusammensetzung oder dergleichen aufweisen.
In dem System 1 sind Feldgeräte 50 mit optischem Signalgeber 60 vorgesehen, die ein optisches Signal abgeben, das eine Betriebsinformation des Feldgeräts 50 repräsentiert. Die Betriebsinformation kann beispielsweise einen Betriebszustand des Feldgerätes betreffen. Beispielsweise kann der optische Signalgeber eine Fehlerwarnung erzeugen.
Der Signalgeber 60, 61, 62, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 69 eines Feldgeräts 50, 51, 52, 53, 54, 55, 57, 59 der prozesstechnischen Anlage 2 ist im Sichtfeld 40, 41, 43, 45, 47, 49 wenigstens einer Kamera 30, 31, 33, 35, 47, 39 der prozesstechnischen Anlage angeordnet. Dank der Anordnung der optischen Signalgeber 60, 61, 62, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 69 in den Sichtfeldern 40, 41, 43, 45, 47, 49 einer oder mehrerer Kameras 30, 31, 33, 35, 47, 39 können die optischen Signale von den Feldgeräten 50, 51, 52, 53, 54, 55, 57, 59 durch die Kameras 40, 41, 43, 45, 47, 49 erfasst werden und in einer Signalverarbeitungsvorrichtung 7 verarbeitet werden.
Das erfindungsgemäße System 1 zur optischen Kommunikation in einer prozesstechnischen Anlage 2 umfasst eine Signalverarbeitungsvorrichtung 7 zum Erkennen von optischen Signalen in Bilddaten wenigstens einer der stationären Kameras 40, 41, 43, 45, 47, 49. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 7 ist dazu in der Lage, zu den erkannten optischen Signalen korrespondierende Betriebsinformationen zu ermitteln. Beispielsweise kann die Signalverarbeitung 7 und die optischen Signalgeber 60, 61, 62, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 69 derart aufeinander abgestimmt sein, dass alle Signalgeber 60, 61, 62, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 69 optische Signale derselben Art, beispielsweise als intermittierendes Leuchtsignal, entsprechend derselben Kodierung übermitteln. Die Signalverarbeitungvorrichtung kann diese Kodierung erkennen, um zu erkennen, welche Betriebsinformationen repräsentiert werden durch die optischen Signale, die von den optischen Signalgeber 60 ausgegeben werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Signalverarbeitungsvorrichtung 7 dazu eingerichtet sein, unterschiedliche Arten von optischen Signalen und/oder unterschiedliche Kodierungen von optischen Signalen zu interpretieren, um Betriebsinformationen aus optischen Signalen zu extrahieren. Eine Signalverarbeitungsvorrichtung 7 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, Betriebsinformationen zu extrahieren von unterschiedlichen Feldgeräten insbesondere unterschiedlicher Hersteller, die unterschiedliche, jeweils spezifische optische Signale ausgeben.
In der prozesstechnischen Anlage 2 sind verteilt stationären Kameras 30, 31, 33, 35, 37, 39 angeordnet, um gravierende Probleme wie Leckagen, Zerstörungen, Unfälle oder Feuer zu erkennen. Mit Kameras, die beispielsweise als CCD Kamera realisiert sein können und die hochauflösende Bilder mit wenigstens 5 Megapixel, 10 Megapixel mehr erzeugen, können auch über eine relativ große Entfernung hinweg Details erkannt werden. Insbesondere können die Kameras 30 dazu in der Lage sein, ihre Ausrichtung, d. h. ihre Winkellage und/oder ihren Zoombereich zu identifizieren und Informationen über die Ausrichtung mit den Bilddaten zu verknüpfen. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 7 kann dazu eingerichtet sein, mit Bilddaten der Kameras verknüpfte Ausrichtung Information bei der Analyse zu berücksichtigen.
Die Signalverarbeitungsvorrichtung 7 kann Daten zu Topologie der prozesstechnischen Anlage 2 haben. Diese Topologieinformationen der prozesstechnischen Anlage 2 können beispielsweise Position und Art der Feldgeräte und/oder Kameras umfassen. Die Topologieinformationen können bezogen auf die gesamte prozesstechnische Anlage 2 oder bezogen auf Anlagenteil oder einzelne Feldgeräte 50, 51, 52, 53, 54, 55, 57, 59 untergliedert sein. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann über ein nicht flüchtiges Speichermedium verfügen, in dem die Topologieinformationen gespeichert sind. Es ist denkbar, dass die prozesstechnische Anlage Daten bezieht per Kommunikation, beispielsweise Internetkommunikation, von einer Speichermedium an einem anderen Ort, beispielsweise einem Cloud-Speicher.
Mithilfe der optischen Signale, die von dem optischen Signalgeber 60, 61, 62, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67 oder 69 des jeweiligen Feldgeräts 50, 51, 52, 53, 54, 55, 57 oder 59 abgegeben werden, kann die Signalverarbeitungsvorrichtung 7 einzelne Feldgeräte 50, 51, 52, 53, 54, 55, 57 oder 59 identifizieren. Beispielsweise kann jedes Feldgeräte 50, 51, 52, 53, 54, 55, 57, 59 ein bestimmtes optisches Identifikationssignal haben, welches mit dem optischen Signalgeber 60, 61, 62, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 69 abgegeben werden kann, sodass die die Identifikation des Feldgeräts 50, 51, 52, 53, 54, 55, 57, 59 durch eine ihm zugeordnete Kamera 40, 41, 43, 45, 47, 49 erfasst und der Signalverarbeitungsvorrichtung 7 mitgeteilt werden kann. In dem System 1 zur optischen Kommunikation innerhalb einer prozesstechnischen Anlage 2 kann auf diese Weise die Anordnung neuer Feldgeräte oder die Position von Feldgeräten erfasst und von der Signalverarbeitungsvorrichtung 7 erkannt werden.
Die Signalverarbeitungsvorrichtung 7 kann mit der Leiteinrichtung 10 verbunden sein, beispielsweise um die Leiteinrichtung 10 Informationen, die über das optische Kommunikationssystem 1 übermittelt wurden, mitzuteilen, oder um Information, die Hand von optischen Signalen von der Signalfarbe zu Richtung 7 ermittelt worden, mitzuteilen.
Die optischen Signalgeber 63*, 68 und 69 können beispielsweise dazu eingerichtet sein, optische Signale in Form von Blinksequenzen zu imitieren. Die optischen Signale der Signalgeber 63*, 68 und 69 werden beispielsweise in dem Sichtfeld 49 von der Kamera 39 erfasst. Die Kamera 39 ist mit der Signalverarbeitungsvorrichtung 7 signalübertragungsgemäß verbundene. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 7 hat Signaleingänge 70, 71, 73, 75 77, 79 für die verschiedenen Kameras.
Die stationäre Kamera 39 kann insbesondere starr, d.h. unbeweglich, in der prozesstechnischen Anlage 2 befestigt sein. In den zweidimensionale Bilddaten der Kamera 39 befinden sich die stationären, insbesondere starren, optischen Signalgeber 63*, 68 und 69 derselben Bildstelle. Die Bildstelle kann beispielsweise anhand eines Gitterrasters bezogen auf die Bilddaten bestimmt sein. Anhand der eindeutigen Bildposition der verschiedenen optischen Signalgeber kann die Signalverarbeitungsvorrichtung den jeweiligen Signalgeber 63*, 69 oder 68 erkennen, und so das jeweilige Feldgerät 58, 53 oder 59 identifizieren, dem die durch das optische Signale bedeutet der Betriebsinformationen zuzuordnen sind.
Die optischen Signalgeber 60 können dazu eingerichtet sein, optische Signale für das System 1 zur optischen Kommunikation in der prozesstechnischen Anlage 2 in einem bestimmten, schmalbandigen Spektralbereich zu imitieren. Beispielsweise können die optischen Signalgeber 60 dazu eingerichtet sein, die optischen Signale für das System 1 zur optischen Kommunikation außerhalb des sichtbaren Lichtspektrums abzugeben. Beispielsweise kann das Sendespektrum der optischen Signalgeber im Infrarotspektrum und/oder im UV-Spektrum liegen.
In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, optische Signale von einem Feldgerät, beispielsweise 57, das außerhalb dem Sichtfeld 45 einer Kamera 35 angeordnet ist, zu dieser Kamera 35 zu übermitteln. Zu diesem Zweck können in dem System zur optischen Kommunikation in einer prozesstechnischen Anlage Positioniereinrichtungen 11, 13 und/oder optisches Richtelement vorgesehen sein.
Beispielsweise kann das Feldgerät 57 mit einem Spiegel 27 ausgestattet sein, die optischen Signale von dem optischen Signalgeber 67 zu reflektieren und auf diese Weise in das Kammsichtfeld der Kamera 35 zu bringen. Gemäß einer alternativen Ausführung kann ein Prisma 23 am Außenumfang eines Gehäuses eines Feldgeräts 53 angeordnet sein. Das Prisma 23 kann dazu ausgewählt sein, ein optisches Signal in unterschiedlichen verschiedene Richtungen auszugeben, sodass es einfach von einer oder mehreren Kameras 33, 39 erfasst werden können.
Insbesondere bei Feldgeräten 53, 57 und 55, deren optische Signalgeber außerhalb dem Sichtbereich von Kameras angeordnet sind, können Positioniereinrichtungen, wie ein Stativ 11, eine Teleskopstange, eine Gelenkstange und oder ein Schwanenhals 13 vorgesehen sein, die einen optischen Signalgeber 63*, 65* tragen. Auf diese Weise kann die Anordnung des optischen Signalgebers 63* oder 65* entkoppelt von der Position eines Feldgeräts 53, 55 gewählt sein. Auf diese Weise können auch optische Signale von Feldgeräten 53, 55 erfasst werden, die aufgrund ihrer Anordnung der prozesstechnischen Anlage nicht im Sichtfeld einer bestimmten Kamera liegen. Beispielsweise eignet sich die Verwendung einer Positioniereinrichtung dazu, optische Signalgeber von Feldgeräten, die verdeckt hinter anderen Komponenten prozesstechnischen Anlage 2 angeordnet sind, in ein Sichtfeld einer Kamera zu bringen.
Bei derartigen Feldgeräten, deren optischer Signalgeber 63*, 65* entfernt des übrigen Feldgeräts 53, 55 angeordnet ist, kann der optische Signalgeber 63*, 65* über eine insbesondere standardisierte Verbindung zum Übermitteln von Daten mit dem Feldgerät 53, 65 verbunden sein. Beispielsweise kann solche Signalgeber 63*, 65* mithilfe eines Zwischenadapters an einer Busschnittstelle des Feldgeräten 53, 55 verbunden sein. Eine Busschnittstelle kann zum Beispiel am Anschluss des Feldgeräts 53, 55 an die Kommunikationseinrichtung 9 vorgesehen sein.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Feldgerät einen Steckverbinder zum Verbinden mit einem Zwischenstecker und/oder einem optischen Signalgeber. Der Steckverbinder kann beispielsweise als Zweileiter-Steckverbinder, RS-232-Steckverbinder, USB-Steckverbinder, M8-Steckverbinder, M12-Steckverbinder, Gerätesteckdose oder dergleichen ausgelegt sein. Anstelle eines Anschlusses einer Übertragungseinheit gemäß einem sogenannten DIN-Würfel-Steckers entsprechend DIN EN 175301-803 kann beispielsweise auch ein sogenannter M12-Sensorstecker, vorzugsweise entsprechend DIN Norm IEC 61076-2-101 verwendet werden (nicht dargestellt), zur Verbindung von Stellgerät und Überwachungseinheit.
Ein nicht im Detail dargestellter Zwischenadapter ist dazu ausgelegt, zwischen einem Gerätstecker des Stellungsreglers und einer Gerätedose, von der aus eine Kommunikationsverbindung 9 sich in Richtung der Leitwarte 10 erstreckt, angeordnet zu werden. Der Gerätestecker und die Gerätesteckdose können insbesondere gemäß der Norm DIN EN 175301-803 ausgebildet sein. Der Gerätestecker kann beispielsweise als Ventilsteckverbinder oder Winkelstecker bezeichnet sein. Die Gerätedose oder Gerätesteckdose kann auch als Kabeldose oder Leitungsdose bezeichnet sein. Ein solcher Gerätestecker hat an der Drei-Uhr-Position und der Neun-Uhr-Position einen im Querschnitt U-förmigen Pin und gegebenenfalls einen weiteren U-förmigen Pin in der Sechs-Uhr-Position sowie einen balkenförmigen Pin in der Zwölf-Uhr-Position.
Zum Aufnehmen der Pins des Gerätesteckers umfasst die Gerätedose entsprechend geformte und positionierte Aufnahmen. Die Kontaktflächen zwischen den gegenüberliegenden Flächen, aus denen die Pins hervorstehen bzw. in die die Pin-Aufnahmen eingelassen sind, können mit einer oder zwei Dichtungen versehen sein, um zu verhindern, dass beispielsweise Kondenswasser an die stromführenden Pins gelangt. Hierzu kann je eine Dichtscheibe zwischen Stecker und Dose vorgesehen sein.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste

1: Kommunikationssystem
2: prozesstechnische Anlage
7: Signalverarbeitungsvorrichtung
9: Kommunikationseinrichtung
10: Leiteinrichtung
11: Stativ
13: Schwanenhals
23: Prisma
27: Spiegel
30, 31, 33, 35, 37, 39: stationäre Kamera
40, 41, 43, 45, 47, 49: Sichtfeld
50, 51, 53, 54, 55, 57, 58,59: Feldgerät
60, 61, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 68, 69: optischer Signalgeber

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

DE 102008010853 A1 [0003]
EP 2535781 A1 [0004]
EP 2713229 B1 [0004]
DE 10201617813 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 175301-803 [0064, 0065]

Claims

System (1) zur optischen Kommunikation in einer prozesstechnischen Anlage (2), wie eine lebensmittelverarbeitende Anlage, beispielsweise eine Brauerei, ein Kraftwerk, eine petrochemische Anlage, oder dergleichen, mit mehreren stationären Kameras (30, 31, 33, 35, 37, 39), die je ein Sichtfeld (40, 41, 43, 45, 47, 49) haben, das einen Teilbereich der prozesstechnischen Anlage (2) erfasst, und die Bilddaten von ihrem Sichtfeld erzeugen, umfassend: wenigstens ein Feldgerät (50, 51, 53, 54, 55, 57, 58, 59) mit wenigstens einem optischen Signalgeber (60, 61, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 68, 69), wie eine Anzeige und/oder ein Leuchtmittel, der ein optisches Signal abgibt, das eine Betriebsinformation des Feldgeräts (50,51,53,54, 55, 57, 58,59) repräsentiert, wobei der Signalgeber (60, 61, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 68, 69)in einem oder mehreren der Sichtfelder angeordnet ist; und eine Signalverarbeitungsvorrichtung (7) zum Erkennen von optischen Signalen in Bilddaten wenigstens einer der stationären Kameras (30, 31, 33, 35, 37, 39) und zum Ermitteln von zu den erkannten optischen Signalen korrespondieren Betriebsinformationen, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung (7) einen Signaleingang für Bilddaten von wenigstens einer der stationären Kameras (30, 31, 33, 35, 37, 39)aufweist.
System (1) nach Anspruch 1, umfassend eine Vielzahl von Feldgeräten (50, 51, 53, 54, 55, 57, 58,59) mit je wenigstens einem optischen Signalgeber (60, 61, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 68, 69), der ein optisches Signal abgibt, das eine Betriebsinformation des jeweiligen Feldgeräts (50,51,53,54, 55, 57, 58,59) repräsentiert, wobei der Signalgeber (60, 61, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 68, 69) jedes der Feldgeräte (50,5¹, 53, 54, 55, 57, 58, 59) in einem oder mehreren der Sichtfelder (40, 41, 43, 45, 47, 49) angeordnet ist.
System (1) nach Anspruch 2, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung (7) dazu eingerichtet ist, optische Signale eines ersten Feldgeräts (50, 51, 53, 54,55,57, 58, 59) in Bilddaten mehrerer Kameras (30, 31, 33, 35, 37, 39)zu erkennen und bezogen auf das erste Feldgerät (50, 51, 53, 54, 55, 57, 58, 59) im Hinblick auf dessen Betriebsinformationen zu verarbeiten.
System (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein Feldgerät (53, 55) zumindest abschnittsweise oder vollständig außerhalb eines Sichtfelds (43, 45) angeordnet ist und wobei der optische Signalgeber (63*, 65*) eine mechanische Positioniereinrichtung, wie ein Stativ (11), eine Teleskopstange, eine Gelenkstange und/oder ein Schwanenhals (13), umfasst, mittels welcher der optische Signalgeber (63*, 65*) in einem oder mehreren der Sichtfelder (40, 41, 43, 45, 47, 49) angeordnet ist.
System (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der optische Signalgeber (63*, 67) des wenigstens einen Feldgeräts (53, 57) wenigstens ein optisches Richtelement, wie ein Prisma (23) und/oder ein Spiegel (27), zum Beeinflussen des Strahlengangs des optischen Signals umfasst.
System (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der optische Signalgeber (60, 61, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 68, 69) zum Abgeben von optischen Signalen außerhalb des sichtbaren Spektrums, insbesondere im Infrarotspektrum und/oder im Ultraviolettspektrum eingerichtet ist.
System (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung (7) dazu eingerichtet ist, Betriebsinformationen zu extrahieren aus Bilddaten eines als Anzeigevorrichtung, wie ein LCD-Display oder eine analoge Anzeige, realisierten optischen Signalgebers (60, 61, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 68, 69).
System (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung (7) dazu eingerichtet ist, Betriebsinformationen zu extrahieren aus Bilddaten eines optischen Signalgebers (60, 61, 63, 63*, 64, 65, 65*, 67, 68, 69), der Betriebsinformationen repräsentiert als intermittierendes Leuchtsignal abgibt, wie eine blinkende LED.
System (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung (7) dazu eingerichtet ist, die optischen Signale wenigstens eines Feldgeräts (50,51,53, 54, 55, 57, 58, 59) mit Topologie-Informationen der prozesstechnischen Anlage (2) zu korrelieren, um die Position des Feldgeräts (50,51,53,54,55,57,58,59) in der prozesstechnischen Anlage (2) zu bestimmen und/oder um die Topologie-Informationen zu aktualisieren.
System (1) nach einem der vorigen Ansprüche, ferner umfassend wenigstens eine stationär in der prozesstechnischen Anlage (2) montierte Kamera (30, 31, 33, 35, 37, 39)mit einem Sichtfeld (40, 41, 43, 45, 47, 49), das einen Teilbereich der prozesstechnischen Anlage (2) erfasst, und die Bilddaten von ihrem Sichtfeld (40, 41, 43, 45,47,49) erzeugt, wobei der Kamera (30, 31, 33, 35, 37, 39)wenigstens ein Feldgerät (50, 51, 53, 54, 55, 57, 58, 59) zugeordnet ist, dessen optischer Signalgeber (60, 61, 63, 63*,64, 65, 65*, 67, 68, 69) in dem Sichtfeld der wenigstens einen Kamera (30,31, 33, 35, 37, 39) angeordnet ist, und wobei die Kamera (30, 31,33,35,37,39) signalübertragungsgemäß mit der Signalverarbeitungsvorrichtung (7) gekoppelt ist und der Signalverarbeitungsvorrichtung (7) Bilddaten von ihrem Sichtfeld (40, 41, 43, 45, 47, 49) übermittelt.
System (1) nach Anspruch 10, wobei einer ersten Kamera (30, 31, 33, 35, 37, 39) mehrere Feldgeräte (50, 51, 53, 54, 55, 57, 58, 59) zugeordnet sind, deren jeweiliger optischer Sender in dem Sichtfeld (40, 41, 43, 45, 47, 49) der ersten Kamera (30, 31, 33, 35, 37, 39) angeordnet ist und wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung (7) dazu eingerichtet ist, verschiedene optische Signale von unterschiedlichen Feldgeräten (50, 51, 53, 54, 55, 57, 58, 59) unabhängig voneinander in den Bilddaten der ersten Kamera (30, 31, 33, 35, 37, 39) zu erkennen, und zu den verschieden optischen Signalen korrespondierende Betriebsinformationen der unterschiedlichen Feldgeräte (50, 51, 53, 54, 55, 57, 58, 59) zu ermitteln.
System (1) nach Anspruch 10 oder 11, umfassend eine Vielzahl stationär in der prozesstechnischen Anlage (2) montierter Kameras (30, 31, 33, 35, 37, 39), die je ein Sichtfeld (40, 41, 43, 45, 47, 49) haben, das einen Teilbereich der prozesstechnischen Anlage (2) erfasst, wobei die Sichtfelder (40, 41, 43,45, 47,49) mehrerer Kameras (30, 31, 33, 35, 37, 39) einander abschnittsweise überschneiden.
Prozesstechnische Anlage, wie eine lebensmittelverarbeitende Anlage, beispielsweise eine Brauerei, ein Kraftwerk, eine petrochemische Anlage, oder dergleichen, mit einem System (1) nach einem der vorigen Ansprüche, ferner umfassend eine Leiteinrichtung (10) zum Steuern und/oder Regeln der prozesstechnischen Anlage (2) und eine Kommunikationseinrichtung (9) zur Übertragung feldgerätespezifischer Betriebsinformationen, die die Leiteinrichtung (10) signalübertragungsgemäß mit wenigstens einem Feldgerät (50, 51, 53, 54, 55, 57, 58, 59) verbindet, wobei das Kommunikationssystem (1) und die Kommunikationseinrichtung (9) Betriebsinformationen unabhängig voneinander übertragen.