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Die Erfindung bezieht sich auf ein Kommunikationssystem der Automatisierungstechnik sowie einem Verfahren zum Betreiben eines solchen Kommunikationssystems.
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In der aktuellen M2M Kommunikation werden zunehmend größere Datenübertragungsraten gefordert und somit höhere Frequenzen genutzt. Da die Modulation der Signale das genutzte Frequenzband verbreitert, werden zusätzliche Frequenzen neben der Trägerfrequenz benötigt. Diese Signale werden in der M2M Kommunikation über nicht perfekte Kommunikationsleitungen, wie etwa Kupferdrähte, Faseroptiken oder auch verdrillte Aderpaare und dergleichen übertragen, sodass die Kommunikationsleitungen parasitäre Eigenschaften (z.B. Interferenzen, Leitungswiderstände, Leitungskapazitäten, Signalreflektionen, etc.) und externe Einflüsse (z.B. Nebensprechen von anderen Kommunikationsquellen) zeigen. Ferner führen die unterschiedlichen Frequenzen des Datenpaketes zu unterschiedlichen Laufzeiten, da diese je nach Medium unterschiedlich gedämpft und/oder reflektiert werden. Solche Einflüsse führen zur Dispersion eines gesendeten Signals und zum Verschmieren benachbarter Datenwerte in der Zeitdomäne.
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Aktuelle Sende- und Empfangseinrichtungen haben daher eine Signal-Vorverzerrer- und/oder eine Entzerrerschaltung. Diese werden im Allgemeinen mit sogenannten Trainingssequenzen trainiert. Dieser Ansatz verbessert zwar den Datendurchsatz und erhöht die Reichweite, insbesondere bei einer kabelgebundenen Kommunikation, nachteilig ist allerdings, dass derartige Trainingssequenzen vorhanden sein müssen, die von beiden Kommunikationspartner ausgehandelt werden müssen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie eine M2M Kommunikation auch ohne derartige Trainingssequenzen erfolgen kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Kommunikationssystem gemäß Patentanspruch 1 und das Verfahren gemäß Patentanspruch 10.
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Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem der Automatisierungstechnik umfasst:
- - einen ersten hochfrequenten Kommunikationskanal;
- - einen zweiten Kommunikationskanal;
- - zumindest einen ersten Kommunikationsteilnehmer, der zumindest dazu eingerichtet ist, Datenpakete über den ersten Kommunikationskanal und ferner zumindest Teile, der über den ersten Kommunikationskanal übertragenen Datenpakete, auch über den zweiten Kommunikationskanal zu übertragen;
- - zumindest einen zweiten Kommunikationsteilnehmer, der zumindest dazu eingerichtet ist, die von dem ersten Kommunikationsteilnehmer über den ersten Kommunikationskanal übertragenen Datenpakete und die über den zweiten Kommunikationskanal übertragenen Datenpakete zu empfangen und ferner dazu eingerichtet ist, sich anhand der über den ersten und den zweiten Kommunikationskanal empfangenen Datenpakete auf den ersten Kommunikationskanal zu trainieren.
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Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, Datenpakte auf zwei unterschiedlichen Kommunikationskanälen einem zu trainierenden Kommunikationsteilnehmer zuzuführen, sodass zumindest anhand der beiden Datenpakete der Kommunikationsteilnehmer auf den ersten hochfrequenten Kommunikationskanal trainiert werden kann.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems kann vorsehen, dass der erste Kommunikationsteilnehmer ferner dazu eingerichtet ist, die Datenpakete zunächst mit einem Zeitstempel zu versehen und die Datenpakete sowohl über den ersten als auch den zweiten Kommunikationskanal zusammen mit dem Zeitstempel zu übertragen, wobei der zweite Kommunikationsteilnehmer ferner dazu eingerichtet ist, die über den ersten und zweiten Kommunikationskanal übertragen Datenpakete mit Zeitstempel zu empfangen und ferner anhand wenigstens zweier empfangener Datenpakete, die zeitlich zueinander passen und die auf unterschiedlichen Kommunikationskanälen übertragen wurden, sich auf den ersten Kommunikationskanal zu trainieren.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems kann vorsehen, dass der zweite Kommunikationsteilnehmer eine Vorverzerrerschaltung und/oder eine Entzerrerschaltung aufweist, die dazu ausgebildet sind, dass über den ersten Kommunikationskanal empfangene Datenpaket gegen das über den zweiten Kommunikationskanal empfangene Datenpaket zu optimieren.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems kann vorsehen, dass der erste Kommunikationskanal dazu ausgebildet ist, die Datenpakete mit einer Baudrate von größer 10 MBaud zu übertragen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems kann vorsehen, dass der erste und zweite Kommunikationsteilnehmer sowie der erste Kommunikationskanal dazu ausgebildet sind, die Datenpakte drahtgebunden über den ersten Kommunikationskanal zu übertragen. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass der erste und zweite Kommunikationsteilnehmer sowie der erste Kommunikationskanal ferner dazu ausgebildet sind, die Datenpakete gemäß dem IEEE Standard 802.3 oder einer davon abgewandelten Variante, insbesondere Industrial Ethernet, zu übertragen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems kann vorsehen, dass der erste und/oder zweite Kommunikationsteilnehmer Feldgeräte der Automatisierungstechnik darstellen, welche dazu eingerichtet sind Messwerte zu erfassen und/oder weiterzuleiten und die Datenpakete die Messwerte umfassen. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass der erste Kommunikationsteilnehmer ferner dazu eingerichtet ist, die als Datenpakte übertragenen Messwerte im Zuge einer zyklischen Datenübertragung über den ersten Kommunikationskanal zu übertragen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems, insbesondere eines Kommunikationssystems nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte:
- - Aussenden von Datenpaketen über einen ersten hochfrequenten Kommunikationskanal durch einen ersten Kommunikationsteilnehmer;
- - Aussenden zumindest auch von Teilen, der über den ersten Kommunikationskanal übertragenen Datenpakete auch über einen zweiten Kommunikationskanal durch den ersten oder einen weiteren Kommunikationsteilnehmer, der die über den ersten Kommunikationskanal übertragenen Datenpakete mithört und zumindest teilweise auf den zweiten Kommunikationskanal spiegelt;
- - Empfangen der über den ersten und zweiten Kommunikationskanal übertragenen Datenpakete durch einen zweiten Kommunikationsteilnehmer;
- - Trainieren des zweiten Kommunikationsteilnehmers auf den ersten Kommunikationskanal anhand der über den ersten und zweiten Kommunikationskanal übertragenen Datenpakete.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass zumindest das über den zweiten Kommunikationskanal zu übertragende Datenpaket vor dem Versenden mit einem Zeitstempel versehen wird, um so eine zeitlich Zuordnung der über den ersten und zweiten Kommunikationskanal übertragenen Datenpakte zu ermöglichen.
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Insbesondere kann die Ausführungsform vorsehen, dass ferner auch das über den ersten Kommunikationskanal übertragende Datenpaket vor dem Versenden mit einem Zeitstempel versehen wird und ferner, dass sich der zweite Kommunikationsteilnehmer anhand von zumindest zwei zeitlich zueinander passender Datenpakete, die sowohl über den ersten als auch den zweiten Kommunikationskanal jeweils mit Zeitstempel übertragen wurden, auf den ersten Kommunikationskanal trainiert.
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Alternativ kann die Ausführungsform vorsehen, dass sich der zweite Kommunikationsteilnehmer mit dem ersten und/oder dem weiteren Kommunikationsteilnehmer zeitlich synchronisiert und den Zeitstempel für die über den ersten Kommunikationskanal empfangenen Datenpakete selbst erzeugt und wobei ferner sich der zweite Kommunikationsteilnehmer anhand der Datenpakete die mit dem Zeitstempel über den zweiten Kommunikationskanal übertragen werden und den Datenpakten mit dem selbst erzeugten Zeitstempel auf den ersten Kommunikationskanal trainiert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass das Trainieren des zweiten Kommunikationsteilnehmers während einer Integrationsphase, bei der sich der zweite Kommunikationsteilnehmer als neuer Kommunikationsteilnehmer in das bereits bestehende Kommunikationssystem integrieren möchte bzw. integriert, durchgeführt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass das Trainieren des zweiten Kommunikationsteilnehmers in regelmäßigen Abständen bzw. fortlaufend durchgeführt wird, sodass eine Anpassung des zweiten Kommunikationsteilnehmers an möglicherweise sich ändernde Eigenschaften des ersten hochfrequenten Kommunikationskanals erfolgt.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1: exemplarisch ein Kommunikationssystem der Automatisierungstechnik umfassend eine Vielzahl von Feldgeräten.
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1 zeigt exemplarisch ein Kommunikationssystem der Automatisierungstechnik, wie es beispielsweise in einer Automatisierungsanlage zum Ausführen bzw. Überwachen eines Prozesses eingesetzt wird. Das Kommunikationssystem umfasst eine Vielzahl von einzelnen Feldgeräte, die dazu ausgebildet sind, eine Prozessgröße bzw. einen Messwert zu erfassen und/oder weiterzuleiten.
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Zur Erfassung der Prozessgrößen dienen auch als Feldgeräte bezeichnete Messgeräte bzw. Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperatur-messgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, etc., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann.
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Als Feldgeräte werden somit vorliegend im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und prozessrelevante Informationen, insbesondere Messwerte, liefern, verarbeiten und/oder weiterleiten. Neben den zuvor genannten Messgeräten/Sensoren und Aktoren werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Feldgeräte allgemein solche Einheiten bezeichnet, die direkt an einen Feldbus angeschlossen sind und zur Kommunikation mit den übergeordneten Einheiten dienen, wie z.B. Remote I/Os, Gateways, Linking Devices und Wireless Adapters.
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In modernen Automatisierungs- bzw. Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Feldbussysteme, wie z.B. 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) bzw. eine 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 angeschlossene Bussystem an eine oder gegebenenfalls auch an mehrere übergeordnete Einheit(en) übermittelt. Daneben ist auch eine Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an die Feldgeräte erforderlich; diese dient insbesondere zur Konfigurierung und Parametrierung von Feldgeräten oder zu Diagnosezwecken. Allgemein gesprochen, wird das Feldgerät über das Bussystem von der übergeordneten Einheit her bedient.
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Auch im Industrieumfeld findet eine zunehmende Vernetzung auf Basis des Internet-Protokolls (IP) statt, bei dem die Kommunikation auf Basis der sogenannten TCP-Protokollschicht erfolgt. Insbesondere hat sich hier die drahtgebundene Kommunikation gemäß dem IEEE Standard 802.3 bzw. einer davon abgewandelten Variante etabliert. Im Industrieumfeld hat sich insbesondere Industrial Ethernet durchgesetzt, welches eine drahtgebundene Kommunikation über einen hochfrequenten (Baudrate ≥ 10 Megabaud (MBaud)) Kommunikationskanal erlaubt.
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Neben einer drahtgebundenen Datenübertragung zwischen den Feldgeräten untereinander und der übergeordneten Einheit, sind die Feldgeräte immer häufiger dazu eingerichtet, eine drahtlose Datenübertragung zu ermöglichen. Hierzu weisen die Feldgeräte eine drahtlose Funkschnittstelle, wie bspw. WLAN, Bluetooth, und/oder Nahfeldkommunikation bzw. NFC, auf. Mittels dieser Schnittstellen lässt sich eine Verbindung zu dem entsprechenden Feldgerät herstellen, um so einen Zugriff auf dessen Prozessdaten und/oder Feldgerätedaten bzw. Parameter zu ermöglichen.
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Die Erfindung geht nun von der Überlegung aus, sich die Situation, dass Feldgeräte der Automatisierungstechnik üblicherweise dazu eingerichtet sind, zwei unterschiedliche Datenübertragungskanäle (drahtgebunden und drahtlos) zu bedienen, zu Nutze zu machen, umso einzelne Feldgeräte auf den drahtgebundenen Kommunikationskanal zu trainieren.
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Hierzu sind die Feldgeräte 20, 30 dazu eingerichtet, die Datenpaketen sowohl über den drahtgebundenen Kommunikationskanal 40 als auch über den drahtlosen Kommunikationskanal 50 zu übertragen. Vor der Übertragung der Datenpakete erfolgt dabei vorzugsweise eine Markierung der Datenpakte mit einem Zeitstempel, sodass Datenpakete die zeitgleich sowohl über den ersten als auch den zweiten Kommunikationskanal 40, 50 übertragen wurden, sich im Nachgang noch zeitlich zuordnen lassen.
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Durch die gleichzeitige Übertragung der Datenpakete werden zum einen die über den ersten Kommunikationskanal 40 empfangenen und ggfl. verzerrten Datenpaket als auch die über den zweiten Kommunikationskanal 50 empfangen und unverzerrten Datenpakte dem zu trainierenden Feldgerät 20 zur Verfügung gestellt. Die Übertragung der Datenpakete über den zweiten Kommunikationskanal 50 kann dabei, wie in 1 exemplarisch dargestellt, auch mit Hilfe von weiteren Feldgeräten 60, die ebenfalls Teilnehmer des Kommunikationsnetzwerkes 1 sind, erfolgen. Alternativ kann die Übertragung der Datenpakete aber natürlich auch direkt von einem Feldgerät oder auch der übergeordneten Einheit 30 zu dem zu trainierenden Feldgerät 20 über die drahtlose Funkschnittstelle erfolgen.
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Bei dem zu trainierenden Feldgerät 20 kann es sich beispielsweise um einen Teilnehmer handeln, welcher sich als ein neuer Teilnehmer in das bereits bestehende Kommunikationsnetzwerk integrieren möchte. Gleichfalls kann es sich bei dem zu trainierenden Feldgerät 20 auch um ein in dem Netzwerk bereits integrierten Teilnehmer handeln, der möglicherweise nach einer ersten Trainingsphase erneut trainiert werden soll, um sich beispielsweise auf geänderte Umgebungsbedingungen einzustellen.
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Die in dem zu trainierenden Feldgerät 20 über den ersten und zweiten Kommunikationskanal 40, 50 empfangene Datenpakete können anschließend dazu genutzt werden, das Feldgerät 20 auf den ersten Kommunikationskanal 40 zu trainieren. Trainieren bedeutet hierbei, dass beispielsweise eine Vorverzerrung der zu übertragenden Datenpakte vorgenommen wird. Dies kann beispielsweise durch eine in dem zu trainierenden Feldgerät 20 integrierte Vorverzerrerschaltung bzw. eine Sendeeinheit 23 erfolgen, die dazu ausgebildet ist, die Vorverzerrung des Datenpaktes durchzuführen
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Alternativ und/oder ergänzend kann trainieren beispielsweise aber auch bedeuten, dass eine Entzerrung des über den ersten Kommunikationskanal empfangen Datenpaktes vorgenommen wird. Dies kann beispielsweise durch eine in dem zu trainierenden Feldgerät 20 integrierte Entzerrerschaltung 24 erfolgen, die dazu eingerichtet ist, die Entzerrung des Datenpaktes durchzuführen. Die Entzerrerschaltung kann beispielsweise in Form einer adaptiven Empfangsfilterschaltung ausgebildet sein.
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Die Optimierung von Vorverzerrung und Entzerrung kann insbesondere mit Hilfe von zumindest zwei zeitlich zueinander passender Datenpakte, d.h. Datenpakte die einen gleichen Zeitstempel aufweisen und die unabhängig voneinander auf beiden Kommunikationskanälen übertragen wurden, erfolgen. Alternativ kann die Optimierung von Vorverzerrung und Entzerrung allerdings auch anhand zumindest zweier Datenpakte erfolgen, die keine Zeitstempel aufweisen, wenn anderweitig sichergestellt ist, dass die zumindest zwei über den ersten und zweiten Kommunikationskanal übertragenen Datenpakte identisch sind.
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Zur Optimierung von Vorverzerrung und Entzerrung können die Vorverzerrerschaltung 23 und/oder Entzerrerschaltung 24, dazu eingerichtet sein, dass über den ersten Kommunikationskanal 40 empfangene Datenpaket gegen das über den zweiten Kommunikationskanal 50 empfangene Datenpaket zu optimieren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kommunikationssystem der Automatisierungstechnik
- 20
- Zu trainierendes Feldgerät der Automatisierungstechnik
- 21
- Drahtgebundene Schnittstelle
- 22
- Drahtlose Schnittstelle
- 23
- Vorverzerrerschaltung bzw. Sendeeinheit
- 24
- Entzerrerschaltung bzw. Empfangseinheit
- 30
- Feldgerät oder übergeordnete Einheit
- 31
- Drahtgebundene Schnittstelle
- 32
- Drahtlose Schnittstelle
- 40
- Erster drahtgebundener Kommunikationskanal
- 50
- Zweiter drahtloser Kommunikationskanal
- 60
- Weitere Feldgeräte der Automatisierungstechnik
- 61
- Drahtlose Schnittstelle der weiteren Feldgeräte
