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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum rückführungsfreien Übertragen feldgerätebezogener Daten zwischen einer ersten Bedieneinheit und einer zweiten Bedieneinheit, wobei die Daten von einem Feldgerät der Automatisierungstechnik oder der ersten Bedieneinheit generiert werden.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Feldgeräte bekannt geworden, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. In der Prozessautomatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, bzw. Sensoren. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, pH-Messung, Füllstandmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktoren verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
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Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.
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In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Kommunikationsnetzwerke wie beispielsweise Feldbusse (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Leitsysteme bzw. Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder einen PLC (Programmable Logic Controller). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, insbesondere von Sensoren, erfassten Messwerte werden über das jeweilige Bussystem an eine (oder gegebenenfalls mehrere) übergeordnete Einheit(en) übermittelt. Daneben ist auch eine Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an die Feldgeräte erforderlich, insbesondere zur Konfiguration und Parametrierung von Feldgeräten sowie zur Ansteuerung von Aktoren.
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Zur Bedienung der Feldgeräte sind entsprechende Bedienprogramme (Bedientools) notwendig, die auf den übergeordneten Einheiten entweder eigenständig ablaufen (Endress+Hauser FieldCare, Pactware, AMS Fisher-Rosemount, PDM Siemens) oder aber auch in Leitsystem-Anwendungen (Siemens PCS7, ABB Symphony, Emerson Delta V) integriert sind. Ebenso ist es möglich, die Bedienprogramme auf einem mobilen Bediengerät auszuführen, um die Feldgeräte mittels dieser zu bedienen.
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Eine aussagekräftige Diagnose bei Feldgeräten spielt zunehmen eine entscheidende Rolle - nicht nur bei Ausfällen der Feldgeräte, sondern bereits zum Zwecke der Früherkennung während des Betriebs. Viele Feldgeräte sind mit einer Selbstüberwachungsfunktionalität ausgestattet, die die Funktionsfähigkeit des Feldgeräts während des laufenden Betriebs überwacht und so die Richtigkeit der gelieferten Messwerte sicherstellt. Für die Feldgeräte der Anmelderin wird eine derartige Selbstüberwachungsfunktionalität beispielsweise unter der Bezeichnung „Heartbeat“ angeboten. Dabei kann die Selbstüberwachungsfunktionalität beispielsweise das geräteinterne Auslesen und Überwachen eines Satzes von Geräteparametern und damit das Erfassen und Verfolgen des Gerätezustands des Feldgeräts umfassen. Die Selbstüberwachungsfunktionalität kann darüber hinaus beispielsweise die Durchführung eines Selbsttests umfassen, wobei im Rahmen des Selbsttests eine Funktionsprüfung von Komponenten des Feldgeräts durchgeführt wird. Durch die Selbstüberwachungsfunktionalität in ihren unterschiedlichen Varianten können geräteintern erste Daten zu mindestens einem von Gerätezustand, Gerätediagnose und Kalibrierung erfasst werden, die vom Feldgerät generiert werden und von einer externen Bedieneinheit ausgelesen werden können. Eine zusätzliche Messstellendokumentation ist für eine weiterführende Untersuchung ebenfalls sehr nützlich.
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Durch die Verwendung gängiger Geräteintegrationskonzepte (bspw. FDT („Field Device Tool“), FDI („Field Device Integration“), EDDL („Electronic Device Description Language“), usw.) sind die oben genannten Anforderungen umsetzbar. In der Regel werden die Ergebnisse aus den Heartbeat-Protokollen und/oder die Messstellendokumentation auf einen Datenträger einer Recheneinheit, auf welcher die Geräteintegrationssoftware ausgeführt wird (beispielsweise ein PC der Leitstelle der Anlage), gespeichert. Das Problem kann allerdings darin bestehen, dass ein externer Zugriff auf das Dateisystem einer Anlage nicht im laufenden Betrieb durchgeführt werden darf. Ebenso sind Netzwerkverbindungen aus der Anlage heraus, bzw. aus der Leitstelle der Anlage heraus, in eine übergeordnete IT-Infrastruktur oftmals unterbunden.
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Auch alternative Übertragungswege, wie zum Beispiel eine Anbindung der Feldgeräte über geeignete Drahtloskommunikationsverbindungen, beispielsweise Bluetooth- oder WLAN-Verbindungen mittels auf mobilen Endgeräten ablaufenden Applikationen, beispielsweise die von der Anmelderin angebotene SmartBlue-App, oder Ähnlichem können beim Kunden aus sicherheitstechnischen Gründen unterbunden sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches es erlaubt, feldgerätebezogene Daten auf derartige Art und Weise zu übertragen, ohne dass ein externer Zugriff auf den Übermittler der Daten erfolgen kann.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum rückführungsfreien Übertragen feldgerätebezogener Daten zwischen einer ersten Bedieneinheit und einer zweiten Bedieneinheit gelöst, wobei die Daten von einem Feldgerät der Automatisierungstechnik oder der ersten Bedieneinheit generiert werden, umfassend:
- - Generieren eines zweidimensionalen grafischen Codes mittels eines Bedienprogramms der ersten Bedieneinheit, wobei der Code eine Vielzahl von Bildpunkten aufweist, wobei die Bildpunkte rasterförmig in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei der Code zumindest zwei Spalten und zwei Zeilen aufweist, wobei die Bildpunkte jeweils zumindest einen ersten und einen zweiten Zustand annehmen können, wobei der Code eine Sequenz mehrerer Bilder durchläuft, wobei jedes der Bilder jeweils einen Teil der Daten enthält und sich zwei aufeinanderfolgende Bilder in zumindest einem Zustand einer der Bildpunkte voneinander unterscheiden, so dass nach Durchlauf der Sequenz die gesamten Daten visualisiert worden sind;
- - Visualisieren des Codes auf einer Anzeigeeinheit der ersten Bedieneinheit;
- - Erfassen der Sequenz des Codes mittels einer optischen Erfassungseinheit der zweiten Bedieneinheit; und
- - Extrahieren der Daten aus dem erfassten Code mittels der zweiten Bedieneinheit.
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Erfindungsgemäß wird, im Sinne einer sogenannten „Namur-Diode“, ein sicherer und rückwirkungsfreier Datenkanal zum Übertragen der feldgerätebezogenen Daten geschaffen. Die zu übertragenden Daten werden in Bildern des Codes codiert, welche anschließend in einer Sequenz durchlaufen, um die Daten zu übertragen. Der Datenkanal ist rein unidirektional von der ersten Bedieneinheit auf die zweite Bedieneinheit ausgebildet. Über den Datenkanal ist kein Zugriff von der zweiten Bedieneinheit auf die erste Bedieneinheit möglich.
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Bei der ersten Bedieneinheit handelt es sich insbesondere um einen Workstation-PC, welcher in der Leitstelle der Anlage eingesetzt ist. Alternativ handelt es sich um einen mit dem Feldgerät verbundenen Laptop oder ein mobiles Endgerät. Bei der optischen Erfassungseinheit handelt es sich insbesondere um eine Kamera oder um eine beliebige elektronische Komponente, welche geeignet ist, die Bilder des Codes derart zu erfassen, dass der Zustand eines jeden einzelnen Bildpunkts eindeutig erfasst werden kann.
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Bei der zweiten Bedieneinheit handelt es sich insbesondere um einen Laptop oder um ein mobiles Endgerät, beispielsweise ein Tablet oder ein Smartphone.
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Bei den feldgerätebezogenen Daten handelt es sich insbesondere um Diagnosedaten (beispielsweise im Sinne der „Heartbeat“-Selbstdiagnose), Parameterdaten des Feldgeräts, Informationen bezüglich des Zustands des Feldgeräts, etc. Die Daten können hierbei vom Feldgerät selbst erzeugt werden, bzw. bereitgestellt werden. Alternativ kann die erste Bedieneinheit, beispielsweise im Sinne einer Diagnosefunktion, Reports erstellen und diese zur Übermittlung bereitstellen.
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Feldgeräte, welche im Zusammenhang mit dem erfindungsmäßen Verfahren genannt werden, sind bereits im einleitenden Teil der Beschreibung beispielhaft aufgeführt worden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Code zumindest acht Reihen mit acht Spalten aufweist.
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Gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Bildpunkte im ersten Zustand weiß dargestellt werden und dass die Bildpunkte im zweiten Zustand schwarz dargestellt werden.
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Gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Bildpunkte zumindest vier Zustände annehmen können, wobei die Bildpunkte entsprechend ihres Zustandes farbig dargestellt werden. Beispielsweise sind die Bildpunkte als RGB-Bildpunkte ausgestaltet, welche die Farben Weiß, Rot, Grün und Blau darstellen können. Die Farbtiefe kann beliebig gewählt werden, so dass die Anzahl der Zustände hoch sein kann. In diesem Fall muss darauf geachtet werden, dass die optische Erfassungseinheit der zweiten Bedieneinheit die jeweilige Farbe des Bildpunktes eindeutig erfassen kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Sequenz nach Initiieren eines Bedieners mittels des Bedienprogramms einmal durchlaufen wird. Hierfür wird beispielsweise in dem Bedienprogramm eine Schaltfläche bereitgestellt, welche nach Auswählen den Durchlauf der Sequenz initiiert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Code ein definiertes Startbild aufweist, wobei die Sequenz beginnend mit dem Startbild durchläuft und kontinuierlich wiederholt wird, wobei das Startbild der zweiten Bedieneinheit bekannt ist und wobei die zweite Bedieneinheit den Start und das Ende der Sequenz anhand des Startbilds detektiert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Sequenz eine definierte Taktfrequenz aufweist, wobei die Bilder entsprechend des Takts geändert werden und wobei die zweite Bedieneinheit die Taktfrequenz erfasst, so dass die zweite Bedieneinheit mit der Sequenz synchronisiert wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Code einen grafischen Bereich aufweist, welcher entsprechend der Taktfrequenz verändert wird, insbesondere blinkt, wobei die zweite Bedieneinheit die Taktfrequenz anhand der Veränderung des grafischen Bereichs erfasst. Beispielsweise handelt es sich bei dem grafischen Bereich um einen Rahmen des Codes.
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Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die zweite Bedieneinheit die Taktfrequenz anhand der Änderung der Bilder erfasst. Da sich zwei aufeinanderfolgende Bilder in der Änderung eines Zustands von zumindest einem Bildpunkt unterscheiden, kann die Änderung des Bildes auf einfache Art und Weise von der optischen Erfassungseinheit erfasst werden. Die Erfassungsrate wird von der zweiten Bedieneinheit dann automatisch synchronisiert.
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Gemäß einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Code eine Manchester-Codierung aufweist. Eine Manchester-Codierung enthält die Taktfrequenz bereits in der Codierung, so dass diese nicht separat mitgegeben werden muss.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest einer der Bildpunkte als Paritätselement fungiert. Ein Paritätselement dient der Erkennung von Übertragungsfehlern, beispielsweise im Falle, dass die optische Erfassungseinheit den Zustand eines Bildpunkts falsch erfasst. Die übertragenen Daten können hierfür einer Paritätsüberprüfung unterzogen werden, für welche die übertragenen Bitfolgen derart mittels eines Algorithmus miteinander verrechnet werden, dass ein einzelner Wert entsteht. Stimmt der errechnete Wert nicht mit dem Wert des Paritätselements überein, so ist zumindest ein Zustand eines Bildpunktes fehlerhaft übertragen, bzw. fehlerhaft detektiert worden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass jede Zeile und jede Spalte einen Bildpunkt enthalten, welcher als Paritätselement fungiert. Somit kann für jede Spalte und jede Zeile festgestellt werden, ob die Zustände derer Bildpunkte korrekt übertragen, bzw. korrekt detektiert worden sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass anhand des Paritätselements jeder Zeile und jeder Spalte eventuelle fehlerhafte Bildpunkte detektiert und korrigiert werden. Das Detektieren eines fehlerhaften Bildpunktes erfolgt wie folgt: Wird ein Bildpunkt falsch übertragen, so weicht der Wert des Paritätselements von sowohl dessen Spalte als auch dessen Zeile von dem jeweils errechneten Wert ab. Fehlerhafte Bildpunkte sind nun also all diejenigen Bildpunkte, an deren Position sich fehlerhafte Spalten und Zeilen kreuzen. Der zweiten Bedieneinheit sind nun alle korrekten Bildpunkte der jeweiligen Spalte, bzw. Zeile bekannt. Daraus lässt sich unter Kenntnis des korrekten Paritätswerts der korrekte Zustand des fehlerhaften Bildpunkts berechnen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Daten auf Nutzanteile reduziert werden. Heartbeat-Reporte werden beispielsweise als PDF-Datei erzeugt. In einem solchen Fall kann die zweite Bedieneinheit bereits ein passendes Template des PDFs enthalten, so dass anstatt eines vollständigen PDF-Dokuments nur noch die jeweiligen Prüf-, bzw. Diagnosewerte übertragen werden müssen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als Bedienprogramm eine Rahmenapplikation, insbesondere eine FDT-Rahmenapplikation oder ein FDI-Host, verwendet wird. In eine FDT-Rahmenapplikation werden üblicherweise Treiber, sogenannte DTMs („Device Type Manager“) der jeweiligen Feldgeräte eingebunden. Die Funktion zur Generation des Codes kann dann entweder in der FDT-Rahmenapplikation oder in einem DTM vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
- 1: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 2: eine beispielhafte Sequenz eines graphischen Codes.
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1 zeigt einen Aufbau, welcher zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt wird. Ein Feldgerät FG der Automatisierungstechnik ist über ein Kommunikationsnetzwerk KN mit einer ersten Bedieneinheit BE1 verbunden. Bei dem Feldgerät FG handelt es sich beispielsweise um ein Messgerät zur Erfassung einer physikalischen Messgröße eines verfahrenstechnischen Prozesses. Bei dem Kommunikationsnetzwerk handelt es sich insbesondere um ein oder mehrere Segmente eines Feldbusses, bei welchem die einzelnen Segmente auch verschiedene Kommunikationsprotokolle verwenden können. Bei der ersten Bedieneinheit BE1 handelt es sich insbesondere um einen Workstation-PC, welcher in der Leitstelle der Anlage angeordnet ist.
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Auf der ersten Bedieneinheit BE1 wird eine FDT-Rahmenapplikation als Bedienprogramm ausgeführt. Diese ist, beispielsweise mittels eines speziellen DTMs des Feldgeräts FG, dazu ausgestaltet, eine Heartbeat-Diagnose des Feldgeräts durchzuführen. Hierfür werden mehrere Eigenschaften, Gerätestatus und/oder Diagnosedaten des Feldgeräts FG erhoben. Die Ergebnisse der Heartbeat-Diagnose werden in einem Report, beispielsweise als PDF-Dokument, festgehalten.
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Die erste Bedieneinheit BE1 besitzt keine Anbindung an das Internet. Zur Übertragung des Reports der Heartbeat-Diagnose wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt:
- Die zu übertragenden feldgerätebezogenen Daten, in diesem Beispiel also der Report der Heartbeat-Diagnose, wird in einem ersten Verfahrensschritt codiert. Konkret wird ein zweidimensionaler graphischer Code CD verwendet, welcher eine Vielzahl von Bildpunkten BP aufweist, welche rasterförmig angeordnet sind. Im konkreten vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Code CD 16 Bildpunkte BP, welche in einer 4x4-Matrix, vier Spalten und vier Zeilen aufweisend, angeordnet sind. Der Code besteht, siehe auch 2, aus einer Sequenz SQ verschiedener Bilder FR1, FR2, FR3, welche nacheinander auf einer Anzeigeeinheit AE der ersten Bedieneinheit BE1 dargestellt werden. Die Bildpunkte BP des Codes können vier verschiedene Zustände annehmen. Die Zustände der Bildpunkte BP werden durch unterschiedliche Farben, insbesondere die RGB-Farben Weiß, Rot, Grün und Blau, dargestellt. Jeder der Bildpunkte verfügt also über eine Informationstiefe von 2 Bit. Mittels der 4x4-Matrix können in einem Bild FR1, FR2, FR3 des Codes also 4 Bytes übertragen werden. Bei einer Sequenz mit einer angenommenen Darstellungsfrequenz von 10 Bildern FR1, FR2, FR3 pro Sekunde entspricht das 40 Bytes pro Sekunde. Ein Protokoll der Heartbeat-Diagnose ist ca. 1,6 Megabytes groß. Eine Übertragung des Protokolls würde daher ungefähr 40 Sekunden dauern. Optimieren lässt sich die Übertragungszeit beispielsweise durch eine Vergrößerung der Anzahl der Bildpunkte (bei Verwendung einer 8x8-Matrix würde die Übertragungszeit beispielsweise auf 10 Sekunden verringert werden) oder durch eine Erhöhung der Anzahl von Zuständen pro Bildpunkt BP oder der Erhöhung der Darstellungsfrquenz.
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Der Code CD wird in einem nächsten Verfahrensschritt nun von der Anzeigeeinheit AE der ersten Bedieneinheit BE1 visualisiert, derart, dass die Sequenz SQ wiederholend abläuft. Eine zweite Bedieneinheit BE2, beispielsweise ein Smartphone, erfasst den Code CD mittels einer optischen Erfassungseinheit OE, beispielsweise einer Kamera. Die zweite Bedieneinheit BE2 erkennt den Start der Sequenz anhand eines Startbilds FR1, da dieses eine bestimmte, der zweiten Bedieneinheit BE2 bekannte, Kombination von Zuständen der Bildpunkte BP aufweist. Erfasst die zweite Bedieneinheit BE2 das Startbild ein zweites Mal, so ist die Sequenz SQ beendet. Die Darstellungsfrequenz wird beispielsweise direkt anhand der sich veränderten Bilder FR1, FR2, FR3 oder anhand eines entsprechend blinkenden Elements, beispielsweise eines um den Code CD herum befindlichen Rahmens RA, erfasst.
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Alternativ kann der Ablauf der Sequenz SQ auch durch den Bediener initiiert werden.
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Die in dem erfassten Code CD enthaltenen Daten werden anschließend von der zweiten Bedieneinheit BE2 decodiert und verarbeitet.
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Eine weitere Möglichkeit der Optimierung der Übertragungszeit besteht darin, dass die zu übertragenden Daten auf Nutzanteile reduziert werden. Heartbeat-Reporte werden beispielsweise als PDF-Datei erzeugt. In einem solchen Fall kann die zweite Bedieneinheit BE2 bereits ein passendes Template des PDFs enthalten, so dass anstatt eines vollständigen PDF-Dokuments nur noch die jeweiligen Prüf-, bzw. Diagnosewerte übertragen werden müssen.
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Fehler bei der Übertragung können anhand eines in jedem Bild FR1, FR2, FR3 des Codes CD enthaltenen Paritätselements, welches durch zumindest einen der Bildpunkte BP gebildet wird, detektiert und vorteilhafterweise direkt korrigiert werden. Hierfür muss jede Zeile und jede Spalte eines Bilds FR1, FR2, FR3 ein separates Paritätselement enthalten.
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Bezugszeichenliste
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- AE
- Anzeigeeinheit
- BE1, BE2, BE3
- Bedieneinheiten
- BP
- Bildpunkt
- CD
- Code
- FG
- Feldgerät
- FR1, FR2, FR3
- Bilder
- KN
- Kommunikationsnetzwerk
- OE
- Optische Erfassungseinheit
- RA
- Rahmen
- SQ
- Sequenz
