DE102020134409B3 - Intermediate unit for a field device with an energy store and method - Google Patents
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Abstract
Zwischeneinheit für ein Feldgerät mit einem ersten Anschluss 2, einem zweiten Anschluss 3 und einer Steuereinheit 4, wobei der erste Anschluss 2 zur Verbindung mit einem Feldgerät 5 und zu dessen Stromversorgung, und der zweite Anschluss 3 zur Verbindung mit einer Mastereinheit 6 ausgebildet ist, sowie eine Industriekommunikations-Schnittstelle 7 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischeneinheit einen Energiespeicher 1 aufweist, und derart ausgebildet ist, ein Industriekommunikations-fähiges Feldgerät 5 bei einem Stromausfall oder bei Unterspannung in einen Stromsparmodus zu versetzen und wieder aufzuwecken, wobei im Stromsparmodus das Feldgerät 5 aus dem Energiespeicher 1 versorgt wird, und das im Stromsparmodus befindliche Feldgerät 5 durch einen Befehl in einen Zustand versetzbar ist, in dem ein Prozesswert angezeigt wird.Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betreiben einer Industriekommunikations-Schnittstelle 7 beansprucht.Intermediate unit for a field device with a first connection 2, a second connection 3 and a control unit 4, wherein the first connection 2 is designed for connection to a field device 5 and for its power supply, and the second connection 3 is designed for connection to a master unit 6, as well as has an industrial communication interface 7, characterized in that the intermediate unit has an energy store 1 and is designed in such a way that a field device 5 with industrial communication capability can be switched to a power-saving mode in the event of a power failure or low voltage and be woken up again, with the field device 5 is supplied from the energy store 1, and the field device 5 in the power-saving mode can be put into a state by a command in which a process value is displayed. Furthermore, a method for operating an industrial communication interface 7 is claimed.
Description
Die Erfindung betrifft eine nachfolgend auch als Repeater bezeichnete Zwischeneinheit für ein Feldgerät aus der Prozessautomatisierung bzw. Prozessmesstechnik mit einem Energiespeicher gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 5.The invention relates to an intermediate unit, also referred to below as a repeater, for a field device from process automation or process measurement technology with an energy store according to
Feldgeräte sind ein wichtiger Bestandteil der Prozessautomatisierung in der Industrie, wo sie zum einen als optische, induktive oder kapazitive Näherungsschalter und zum anderen in der Prozessmesstechnik zur Messung von Druck, Temperatur, Füllstand oder Durchfluss eingesetzt werden. Naturgemäß sind diese Messstellen in einer Anlage oft an schwer zugänglichen Orten im Feld verteilt, wobei die Anlagensteuerung über Feldbusse und neuerdings auch über die im Folgenden näher beschriebenen Industriekommunikations- Verbindungen mit den Feldgeräten kommuniziert.Field devices are an important part of process automation in industry, where they are used on the one hand as optical, inductive or capacitive proximity switches and on the other hand in process measurement technology to measure pressure, temperature, level or flow. Naturally, these measuring points in a plant are often distributed at locations in the field that are difficult to access, with the plant control communicating with the field devices via fieldbuses and recently also via the industrial communication connections described in more detail below.
Die Industriekommunikation ist ein automatisiertes Kommunikationssystem, in das sowohl Sensoren als auch Aktoren integriert sein können.Industrial communication is an automated communication system in which both sensors and actuators can be integrated.
Ein Industriekommunikations-System arbeitet gemäß einer durch die Norm (IEC 61131-9) standardisierten Kommunikation und wird dort mit SDCI (Single drop digital Communication Interface) bezeichnet. Es besteht aus einer Steuereinheit, dem Industriekommunikations-Master, und einem als Industriekommunikations-Device bezeichneten Feldgerät.An industrial communication system works according to a communication standardized by the standard (IEC 61131-9) and is referred to there as SDCI (single drop digital communication interface). It consists of a control unit, the industrial communication master, and a field device known as the industrial communication device.
Im Gegensatz zu den Feldbussen handelt es sich hier um eine Punkt-zu-Punkt-Schnittstelle für den Anschluss beliebiger Sensoren oder Aktoren an ein Steuerungssystem (SPS) über eine Parallelverdrahtung. Neuerdings werden Industriekommunikations-Systeme auch zur Diagnose bzw. Maintenance-Planung eingesetzt. Die Kommunikation basiert auf dem üblichen 3-Leiter-Anschluss-Verfahren. Zusätzliches Kabelmaterial ist also nicht erforderlich.In contrast to fieldbuses, this is a point-to-point interface for connecting any sensors or actuators to a control system (PLC) via parallel wiring. Recently, industrial communication systems have also been used for diagnosis and maintenance planning. Communication is based on the usual 3-wire connection method. Additional cable material is therefore not required.
Die Industriekommunikation eignet sich sowohl für binäre als auch für analoge Sensoren und Aktuatoren. Der Unterschied zwischen Industriekommunikations-Sensoren und Standard-Sensoren liegt in der Kombination des Standard-Ausgangskanals mit einem zusätzlichen Datenkanal. So können vorhandene Anschlussleitungen auch für Industriekommunikations-Geräte verwendet werden.Industrial communication is suitable for both binary and analog sensors and actuators. The difference between industrial communication sensors and standard sensors lies in the combination of the standard output channel with an additional data channel. Existing connecting cables can also be used for industrial communication devices.
Industriekommunikations-Sensoren beherrschen drei Arten der Kommunikation:
- - Binär, wie herkömmliche Sensoren,
- - Digitale Übermittlung von Messwerten und
- - Übertragung von Geräteparametern und Diagnosedaten.
- - Binary, like conventional sensors,
- - Digital transmission of measured values and
- - Transmission of device parameters and diagnostic data.
Die
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Als weiteren Stand der Technik ist die
Der Nachteil des Standes der Technik wird zum einen darin gesehen, dass bei einer Störung in der Stromversorgung der aktuelle Prozesswert nicht ohne weiteres ausgelesen werden kann. Zum anderen fehlt eine effiziente Möglichkeit, Feldgeräte an schwer erreichbaren Positionen auch bei einem Stromausfall abzulesen. Gesucht wird ein bei Stromausfall flexibel einsetzbares Tool zur Unterstützung des Servicepersonals.The disadvantage of the prior art is, on the one hand, that in the event of a fault in the power supply, the current process value is not can be read out easily. On the other hand, there is no efficient way of reading field devices in hard-to-reach positions, even in the event of a power failure. A tool that can be used flexibly in the event of a power failure is being sought to support service personnel.
Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, den Stand der Technik weiter zu verbessern. Dabei sollte dem Servicepersonal ermöglicht werden, flexibler und effizienter auf Störungen in der Stromversorgung zu reagieren. Insbesondere soll eine Möglichkeit geschaffen werden, Feldgeräte an schwer erreichbaren Positionen mit nicht oder nur schwer sichtbarem Display abzulesen, um auch bei ausgefallener übergeordneter Steuerung den aktuellen bzw. letzten Prozesswert zu erhalten.The object of the invention is seen in further improving the state of the art. The service staff should be able to react more flexibly and efficiently to disruptions in the power supply. In particular, a possibility should be created to read field devices at positions that are difficult to reach with a display that is not visible or only difficult to see, in order to obtain the current or last process value even if the higher-level controller fails.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst. Der Anspruch 5 betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnungen.This object is achieved according to
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, eine zwischen dem Feldgerät und dessen Versorgungseinheit anzuordnende Zwischeneinheit (Repeater) anzugeben, die dazu geeignet ist, eine Unterspannung am Feldgerät zu erkennen und bei Stromausfall oder auch nur bei Unterspannung das Feldgerät in einen Stromsparmodus zu versetzen und wieder daraus aufzuwecken, wobei das Feldgerät im Stromsparmodus aus der Zwischeneinheit mit Strom versorgt wird, und wobei der aktuelle (letzte) Prozesswert angezeigt oder ausgelesen werden kann.The essential idea of the invention is to specify an intermediate unit (repeater) to be arranged between the field device and its supply unit, which is suitable for detecting undervoltage on the field device and, in the event of a power failure or even just undervoltage, to put the field device into a power-saving mode and wake it up again , wherein the field device is supplied with power from the intermediate unit in power-saving mode, and wherein the current (last) process value can be displayed or read out.
Wie sich herausgestellt hat, bietet die oben genannte Industriekommunikations-Verbindung eine bisher nicht realisierbare Möglichkeit, eine solche Zwischeneinheit mit einer eigenen Stromversorgung und einer einfachen und trotzdem flexiblen Kommunikationsschnittstelle zum Feldgerät (Sensor) zu schaffen und ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben.As has been found, the above-mentioned industrial communication connection offers a previously unfeasible possibility of creating such an intermediate unit with its own power supply and a simple yet flexible communication interface to the field device (sensor) and specifying a method for its operation.
Die erfindungsgemäße Kommunikationsschnittstelle der Zwischeneinheit verhält sich gegenüber der übergeordneten (speicherprogrammierbaren) Steuerung (SPS) stets wie eine „normale“ Schnittstelle. Bei Unterspannung, und nur dann, wird die Zykluszeit zum Feldgerät hin verlängert, indem nicht mehr jedes Mastertelegramm zum Feldgerät weitergeleitet wird.The communication interface according to the invention of the intermediate unit always behaves like a “normal” interface with respect to the higher-level (memory-programmable) controller (PLC). In the event of undervoltage, and only then, is the cycle time extended to the field device by no longer forwarding every master telegram to the field device.
Das kann im einfachsten Fall durch zeitweises Abschalten eines „normalen“ Feldgeräts oder durch ein spezielles Feldgerät mit verlängerter Zykluszeit geschehen.In the simplest case, this can be done by temporarily switching off a "normal" field device or by using a special field device with a longer cycle time.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Prozesswert dauerhaft auf einem Display angezeigt. Bei einem Stromausfall wird das Feldgerät zunächst abgeschaltet und erst auf einen Steuerbefehl per Tastendruck oder nach einem festzulegenden Zeitregime wieder eingeschaltet und dann ein (letzter oder aktueller) Prozesswert angezeigt. Alternativ dazu ist auch denkbar, dass die Anzeige des Prozesswerts auf dem Display des Feldgeräts 5 dargestellt wird, sofern dieses über ein eigenes Display verfügt.In an advantageous embodiment, a process value is shown permanently on a display. In the event of a power failure, the field device is first switched off and only switched on again when a control command is given by pressing a button or after a time regime to be defined, and then a (last or current) process value is displayed. As an alternative to this, it is also conceivable for the process value to be displayed on the display of the
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind mehrere Ports für mehrere Feldgeräte (Devices) vorhanden, wobei über ein Powermanagement die Feldgeräte mit Strom versorgt und deren Prozesswerte zur Anzeige gebracht werden. Hierbei können die Feldgeräte (Devices) periodisch alle gleichzeitig oder sequenziell einzeln mit Strom versorgt werden.In a further advantageous refinement, there are a number of ports for a number of field devices (devices), the field devices being supplied with power and their process values being displayed via a power management system. In this case, the field devices (devices) can be supplied with power periodically all at the same time or sequentially individually.
Neben dem Display kann die Zwischeneinheit zur akustischen Ausgabe des anzuzeigenden Prozesswerts ausgebildet sein.In addition to the display, the intermediate unit can be designed for the acoustic output of the process value to be displayed.
Es versteht sich, dass die Verwendung der erfindungsgemäßen Zwischeneinheit ein Industrie-kommunikations-fähiges Feldgerät (Industriekommunikations-Device) erfordert, welches in der gewünschten Weise zu programmieren ist. Insbesondere muss das Feldgerät dazu ausgebildet sein, auf einen Industriekommunikations-Befehl in einen Stromsparmodus (Sleep Modus) überzugehen, wobei das Feldgerät in einen Zustand versetzt wird, bei dem lediglich zur Anzeige des letzten Prozesswerts erforderlichen Baugruppen mit Strom versorgt werden.It goes without saying that the use of the intermediate unit according to the invention requires a field device capable of industrial communication (industrial communication device), which is to be programmed in the desired manner. In particular, the field device must be designed to switch to an industrial communication command in a power-saving mode (sleep mode), the field device being put into a state in which only assemblies required to display the last process value are supplied with power.
Das Aufwecken kann die Zwischeneinheit selbstverständliche auch über einen Power-Down Befehl für das Feldgerät/Device erzwingen. Dann startet der Sensor einfach neu.The intermediate unit can of course also force the wake-up via a power-down command for the field device/device. Then the sensor simply restarts.
Die erfindungsgemäße Zwischeneinheit besteht im Wesentlichen aus einem Stromspeicher, einer Industriekommunikations-fähiger Schnittstelle zum Feldgerät (Sensor), einem Display, sowie mindestens einem Bedienelement, vorzugsweise einer Taste.The intermediate unit according to the invention consists essentially of a power storage device, an interface capable of industrial communication to the field device (sensor), a display, and at least one control element, preferably a button.
Gemäß einem ebenfalls zur Erfindung gehörenden Verfahren versorgt die Zwischeneinheit das angeschlossene Feldgerät (Sensor) bei Unterspannung mit Strom, kommandiert es aber in einen Stromspar Modus mit einer mindestens eine Zehnerpotenz höheren Zykluszeit, aus dem es aufgeweckt wird, wenn die Versorgungsspannung wieder verfügbar ist. Danach wird das Feldgerät wieder in seinen Normalzustand versetzt.According to a method also belonging to the invention, the intermediate unit supplies the connected field device (sensor) with power in the event of undervoltage, but commands it into a power-saving mode with a cycle time that is at least one power of ten higher, from which it is woken up when the supply voltage is available again. The field device is then returned to its normal state.
Nach Rückkehr der Stromversorgung aus der übergeordneten (speicherprogrammierbaren) Steuerung (SPS) oder einer Unterbaugruppe wie einem Industriekommunikations-Master Gateway oder einem Netzteil kann die Zeit und die Dauer des Ausfalls, sowie der Zustand des Stromspeichers an die Steuerung gemeldet werden. So kann eine Wartung eingeleitet, und/oder die zukünftige Verfügbarkeit vorhergesagt werden.After power returns from the higher-level (programmable logic) controller (PLC) or a sub-assembly such as An industrial communication master gateway or a power supply unit can report the time and duration of the failure as well as the status of the power storage to the controller. In this way, maintenance can be initiated and/or future availability can be predicted.
Im Stromspar-Modus bleibt die Anzeige dunkel, bis eine Taste gedrückt wird. Dann zeigt sie den Prozesswert nur für einige Sekunden an (vergleichbar mit einer Display Off Funktion). Das macht eine Wartung an einer Maschine oder Produktionsanlage selbst bei Stromausfall möglich, weil auch in einem solchen Fall der Prozesswert sicher angezeigt werden kann.In power saving mode, the display remains dark until a key is pressed. Then it only displays the process value for a few seconds (comparable to a display off function). This makes maintenance on a machine or production system possible even in the event of a power failure, because the process value can also be reliably displayed in such a case.
So ist es möglich, den Sensor über eine Taste oder einen Kommunikations-Befehl über die Zwischeneinheit aufzuwecken. So kann ein nur schwer oder im Extremfall überhaupt nicht erreichbares, zum Beispiel auf einem Tank angeordnetes Feldgerät (Sensor) zu aktivieren. Das erhöht zum einen die Betriebsbereitschaft und reduziert zum anderen die notwendige Kapazität der Stromspeicher in der Zwischeneinheit, was den Einsatz von wartungsfreien Ultra Kondensatoren (Super Caps, Gold Caps etc.) erlaubt.It is thus possible to wake up the sensor via a button or a communication command via the intermediate unit. In this way, a field device (sensor) that is difficult to reach or, in extreme cases, cannot be reached at all, for example that is arranged on a tank, can be activated. On the one hand, this increases operational readiness and, on the other hand, reduces the necessary capacity of the power storage in the intermediate unit, which allows the use of maintenance-free ultra capacitors (Super Caps, Gold Caps, etc.).
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.
Die
Wenn die Versorgung unter einen Schwellwert sinkt, (z.B. auf 18 V, siehe Spezifikation der Industriekommunikation), wird das Feldgerät 5 aus dem Energiespeicher 1, einem Akku oder Kondensator gespeist, so dass die eine (Not-) Stromversorgung des Feldgerätes 5 während des Stromausfalls sichergestellt ist.If the supply drops below a threshold value (e.g. to 18 V, see specification of industrial communication), the
Bei Unterspannung kommandiert die Zwischeneinheit das Feldgerät 5 gemäß dem o. g. zur Erfindung gehörenden Verfahren vorgegebenen Sleep Modus, wobei das Feldgerät 5 seinen Strombedarf auf ein Mindestmaß reduziert. Trotzdem soll es statt im Bereich der für das hier als Beispiel betrachtete IO-Link-System üblichen Zykluszeit von 0,4 bis 132 Millisekunden in größeren Abständen wie z. B. alle 3...30s seinen extra dafür ausgerüsteten IO-Link Receiver einschalten und bei Bedarf den Prozesswert ermitteln. Dies erhöht die Zeit, während der ein Stromausfall überbrückt werden kann erheblich. Hierzu ist ein generischer IO-Link Receiver erforderlich, der die IO-Link Kommunikation versteht, aber größerer Zykluszeiten zulässt, weil ein normgerechter IO-Link-Master bei mehr als 132 Millisekunden einen Kommunikations-Fehler melden würde.In the event of undervoltage, the intermediate unit commands the
Außerdem ist eine Software-Anpassung des Feldgerätes 5 erforderlich, denn IO-Link-Devices sind so ausgelegt, dass, wenn die Kommunikation abreißt, weil der Zyklus vom Master nicht eingehalten wird, es zwar im Kommunikationsmodus bleibt, es aber zu Fehlermeldungen kommen kann. Somit ist eine spezielle Version erforderlich, die nicht dem IO-Link Standard folgt und damit eine größere Zykluszeit zulässt.In addition, a software adaptation of the
Die hier dargestellte IO-Link-Verbindung wirkt als Industriekommunikations-Verbindung. Die äußerst schematisch dargestellte Master- und Versorgungseinheit 6 ist Bestandteil einer übergeordnete Steuerung SPS. Sie fungiert als Master-Gateway der Industriekommunikation, in diesen Fall als IO-Link-Master.The IO-Link connection shown here acts as an industrial communication connection. The master and
Die als IO-Link ausgeführte Industriekommunikations-Schnittstelle dient zur bidirektionalen Kommunikation. Das beispielhaft als Bestandteil der Steuereinheit 4 dargestellte Display 8 kann vorteilhaft nicht nur zur Anzeige mindestens eines Prozesswerts, sondern kann auch dem Servicepersonal die Dauer der Ausfallzeit oder die verbleibende Betriebszeit anzeigen. Die Zwischeneinheit muss aber nicht zwingend selbst ein Display 8 aufweisen. Genauso ist auch denkbar, dass die Anzeige des Prozesswerts auf dem Display des Feldgeräts 5 dargestellt wird, sofern dieses über ein eigenes Display verfügt.The industrial communication interface designed as IO-Link is used for bidirectional communication. The
Darüber hinaus ist eine Bedientaste 9 zur manuellen Eingabe von Steuerbefehlen dargestellt. Die Taste kann beispielsweise einen Messzyklus on demand auslösen und stellt somit auch ein Bedienelement für das Feldgerät 5 dar.In addition, a
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das automatisch zeitgesteuert, z. B. alle 2 Minuten erfolgen, wobei der Prozesswert (Messwert) immer für 30 s angezeigt wird, wobei die Zeiten selbstverständlich an die Applikation durch Parameter angepasst werden können.In an advantageous embodiment, this can be automatically timed, e.g. B. every 2 minutes, whereby the process value (measured value) is always displayed for 30 s, whereby the times can of course be adapted to the application using parameters.
Die mit einem vorzugsweise aufladbaren Energiespeicher 1 ausgestattete Zwischeneinheit kann auch zur dauerhaften Anzeige des Prozesswertes ausgebildet sein und erst bei einem Stromausfall das Feldgerät zunächst abschalten und dann entweder automatisch in einem vorgebbaren Zeitregime oder on Demand (per Taste 9) das Feldgerät 5 versorgen und einen neuen Prozesswert zur Anzeige bringen. Optional kann die erfindungsgemäße Zwischeneinheit als autarke Anzeige für ein Feldgerät mit Industriekommunikation dienen.The intermediate unit equipped with a preferably
Außerdem kann ein Industriekommunikations-Anschluss zur Einspeisung oder zum Auslesen von Daten vorgesehen werden. So kann sie auch mit einer zusätzlichen externen Anzeige-Einheit verbunden sein. Dabei greift diese als Überwachungswerkzeug (Sniffer) die Daten der Kommunikation vom und zum Feldgerät 5 ab und bringt sie auf einem Display 8 zu Anzeige.In addition, an industrial communication connection can be provided for feeding in or reading out data. It can also be connected to an additional external display unit. As a monitoring tool (sniffer), this picks up the data of the communication from and to the
Die erfindungsgemäße Zwischeneinheit kann auch ein (IO-Link-) Masterdisplay aufweisen, um die Prozesswerte von an mehrere Ports angeschlossener Feldgeräte anzuzeigen. Bei Stromausfall werden diese auf erfindungsgemäße Weise mit Strom versorgt. Dabei wird über ein Powermanagement jeweils nur ein Endgerät eingeschaltet und dessen Prozesswert beispielsweise wie bei einem Multiportmanometer zur Anzeige gebracht. Dabei schaltet die Zwischeneinheit ihre Ports bzw. die angeschlossenen Feldgeräte immer wieder ein und aus, um stromsparend deren Prozesswerte abzufragen. Dabei können die Ports gleichzeitig oder sequenziell ein und ausgeschaltet werden.The intermediate unit according to the invention can also have an (IO-Link) master display in order to display the process values of field devices connected to a number of ports. In the event of a power failure, they are supplied with electricity in a manner according to the invention. Only one end device is switched on at a time via power management and its process value is displayed, for example, as with a multiport manometer. The intermediate unit switches its ports or the connected field devices on and off again and again in order to query their process values in a power-saving manner. The ports can be switched on and off simultaneously or sequentially.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Energiespeicherenergy storage
- 22
- Erster AnschlussFirst connection
- 33
- Zweiter AnschlussSecond connection
- 44
- Steuereinheitcontrol unit
- 55
- Feldgerät (Device)field device
- 66
- Master- und Versorgungseinheitmaster and supply unit
- 77
- Industriekommunikations-Schnittstelle (z. B. IO-Link-Schnittstelle)Industrial communication interface (e.g. IO-Link interface)
- 88th
- Displayscreen
- 99
- Bedientastecontrol button
Claims (6)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |