DE102021132322A1 - Method and system for establishing a connection between a field device used in automation technology and a mobile operating device - Google Patents

Method and system for establishing a connection between a field device used in automation technology and a mobile operating device Download PDF

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DE102021132322A1
DE102021132322A1 DE102021132322.3A DE102021132322A DE102021132322A1 DE 102021132322 A1 DE102021132322 A1 DE 102021132322A1 DE 102021132322 A DE102021132322 A DE 102021132322A DE 102021132322 A1 DE102021132322 A1 DE 102021132322A1
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Markus Kilian
Andrea Seger
Bert Von Stein
Christian Wandrei
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Endress and Hauser SE and Co KG
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Abstract

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Verbindungsaufbau zwischen einem Feldgerät (FG) der Automatisierungstechnik und einem mobilen Bediengerät (BG), wobei das Feldgerät (FG) ein Bedienelement (BE) in Form eines Knopfs oder einer Taste aufweist, und wobei das mobile Bediengerät (BG) einen Touchscreen aufweist, umfassend:- Derartiges Positionieren des mobilen Bediengeräts (BG) auf, bzw. an dem Feldgerät (FG), dass das mobile Bediengerät (BG) und das Bedienelement (BE) des Feldgeräts (FG) in physischem Kontakt sind;- Wiederholtes Betätigen des Touchscreens durch einen Benutzer, wobei das Bedienelement (BE) durch Betätigen des Touchscreens simultan betätigt wird;- Erzeugen jeweils eines Betätigungsprofils des Touchscreens und des Bedienelements (BE), enthaltend eine zeitliche Abfolge von Zuständen (Z1, ..., Z7) und deren Dauer, in welchen jeweils der Touchscreen und das Bedienelement (BE) betätigt, bzw. nicht betätigt sind; und- Etablieren einer Kommunikationsverbindung zwischen dem mobilen Bediengerät (BG) und dem Feldgerät (FG) in dem Falle, dass das Betätigungsprofil des Touchscreens mit dem Betätigungsprofil des Bedienelements (BE) übereinstimmt Sowie ein System, welches zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet ist.The invention includes a method for establishing a connection between a field device (FG) of automation technology and a mobile operating device (BG), the field device (FG) having an operating element (BE) in the form of a button or a button, and the mobile operating device (BG ) has a touch screen, comprising:- Positioning the mobile operating device (BG) on or on the field device (FG) such that the mobile operating device (BG) and the operating element (BE) of the field device (FG) are in physical contact; - Repeated actuation of the touchscreen by a user, with the control element (BE) being actuated simultaneously by actuating the touchscreen; Z7) and the duration during which the touchscreen and the operating element (BE) are actuated or not actuated; and- Establishing a communication connection between the mobile operating device (BG) and the field device (FG) in the event that the actuation profile of the touchscreen matches the actuation profile of the operating element (BE) and a system which is designed to carry out the method according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbindungsaufbau zwischen einem Feldgerät der Automatisierungstechnik und einem mobilen Bediengerät, wobei das Feldgerät ein Bedienelement in Form eines Knopfs oder einer Taste aufweist, und wobei das mobile Bediengerät einen Touchscreen aufweist. Des Weiteren umfasst die Erfindung ein System, welches zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet ist.The invention relates to a method for establishing a connection between a field device used in automation technology and a mobile operator control device, the field device having an operator control element in the form of a button or key, and the mobile operator control device having a touch screen. Furthermore, the invention includes a system which is designed to carry out the method according to the invention.

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.Field devices that are used in industrial plants are already known from the prior art. Field devices are often used in process automation technology as well as in production automation technology. In principle, all devices that are used close to the process and that supply or process process-relevant information are referred to as field devices. Thus, field devices are used to record and/or influence process variables. Measuring devices or sensors are used to record process variables. These are used, for example, for pressure and temperature measurement, conductivity measurement, flow measurement, pH measurement, level measurement, etc. and record the corresponding process variables pressure, temperature, conductivity, pH value, level, flow rate, etc. Actuators are used to influence process variables. These are, for example, pumps or valves that can influence the flow of a liquid in a pipe or the fill level in a container. In addition to the measuring devices and actuators mentioned above, field devices also include remote I/Os, radio adapters or devices in general that are arranged at the field level.

Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.A large number of such field devices are produced and sold by the Endress+Hauser Group.

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 (DCS) bzw. Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung). 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.In modern industrial plants, field devices are usually connected to higher-level units via communication networks such as fieldbuses ( Profibus® , Foundation® Fieldbus, HART® , etc.). Normally, the higher-level units are control systems (DCS) or control units, such as a PLC (programmable logic controller). The higher-level units are used, among other things, for process control, process visualization, process monitoring and for commissioning the field devices. The measured values recorded by the field devices, in particular by sensors, are transmitted via the respective bus system to one (or optionally several) higher-level unit(s). In addition, data transmission from the higher-level unit via the bus system to the field devices is also required, in particular for configuring and parameterizing field devices and for controlling actuators.

Zum Bedienen (bspw. Parametrieren oder Abrufen von Daten) der Feldgeräte kommen häufig auch mobile Bediengeräte zum Einsatz. Diese werden kabelgebunden (bspw. über eine Service-Schnittstelle) oder drahtlos (bspw. via Bluetooth) mit einem Feldgerät verbunden. Als Bediengeräte kommen mobile Endgeräte, wie Smartphones oder Tablets, welche über einen Touchscreen verfügen, zum Einsatz.Mobile operating devices are also often used to operate (e.g. parameterize or retrieve data) the field devices. These are connected to a field device by cable (e.g. via a service interface) or wirelessly (e.g. via Bluetooth). Mobile end devices, such as smartphones or tablets, which have a touchscreen, are used as operating devices.

Eine kabelgebundene Verbindung zwischen mobilem Bediengerät und Feldgerät ist oft unproblematisch, da die Sicherheit durch eine räumliche Zugangsbeschränkung gewährleistet werden kann. Eine drahtlose Verbindung zwischen mobilem Bediengerät und Feldgerät muss jedoch so realisiert werden, dass eine unerlaubte Bedienung durch Dritte (zum Beispiel „von der anderen Seite des Zauns aus“) ausgeschlossen ist. Hierbei ist jedoch die eigentliche Verbindung, über welche dann bspw. die Übertragung von Parameterwerten von dem Bediengerät an das Feldgerät erfolgt, meist verschlüsselt und stellt kein Problem dar - der entscheidende kritische Punkt besteht in dem Aufbauen dieser Verbindung.A wired connection between the mobile operating device and the field device is often unproblematic, since security can be guaranteed by restricting spatial access. However, a wireless connection between the mobile operating device and the field device must be implemented in such a way that unauthorized operation by third parties (e.g. "from the other side of the fence") is excluded. In this case, however, the actual connection via which, for example, the transmission of parameter values from the operating device to the field device then takes place is usually encrypted and does not pose a problem - the decisive critical point is the establishment of this connection.

Für das Aufbauen der Verbindung haben sich mehrere Verfahren etabliert:

  • In einer ersten bekannten Variante wird sich über das mobile Bediengerät per dem Smartphone bekannten Logindaten (Benutzername und Passwort) auf dem Feldgerät eingeloggt. Die Login-Informationen müssen jedoch streng vertraulich gehalten werden.
  • In einer zweiten Variante wird auf dem Feldgerätedisplay ein (insbesondere variabler) Code angezeigt, welcher beim Verbindungsaufbau am Smartphone eingegeben werden muss. In einer unsicheren Basisvariante hiervon ist der Code auf dem Typenschild notiert.
Several methods have been established for establishing the connection:
  • In a first known variant, the login data (user name and password) known to the smartphone are logged into the field device via the mobile operating device. However, the login information must be kept strictly confidential.
  • In a second variant, a (particularly variable) code is displayed on the field device display, which must be entered on the smartphone when the connection is established. In an insecure basic variant of this, the code is noted on the nameplate.

In einer dritten Variante wird auf dem Feldgerät, wie beispielsweise bei einem DSL/WIFI-Router ein Knopf gedrückt und alle oder das erste mobile Bediengerät, welches innerhalb einer definierten Zeitspanne eine Verbindungsanfrage an das Feldgerät sendet, wird akzeptiert.In a third variant, a button is pressed on the field device, such as with a DSL/WIFI router, and all or the first mobile operating device that sends a connection request to the field device within a defined period of time is accepted.

Alle diese Verfahren sind jedoch nachteilig, da die entweder einer Vorbereitung bedürfen (im Falle der ersten Variante, bei welcher Logindaten verwendet werden), aufwendig sind (im Falle der zweiten Variante, da ein Feldgerätedisplay notwendig ist) oder unsicher sind (im Falle der dritten Variante).However, all of these methods are disadvantageous because they either require preparation (in the case of the first variant, in which login data is used), are complex (in the case of the second variant, since a field device display is necessary) or are insecure (in the case of the third Variant).

Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein schnelles und leicht handhabbares Verfahren vorzustellen, welches es erlaubt, ein Verbinden eines Bediengeräts mit einem Feldgerät der Automatisierungstechnik zu realisieren.Proceeding from this set of problems, the invention is based on the object of presenting a quick and easy-to-handle method which allows a control device to be connected to a field device used in automation technology.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches einen Verbindungsaufbau zwischen einem Feldgerät der Automatisierungstechnik und einem mobilen Bediengerät betrifft, wobei das Feldgerät ein Bedienelement in Form eines Knopfs oder einer Taste aufweist, und wobei das mobile Bediengerät einen Touchscreen aufweist, umfassend:

  • - Derartiges Positionieren des mobilen Bediengeräts auf, bzw. an dem Feldgerät, dass das mobile Bediengerät und das Bedienelement des Feldgeräts in physischem Kontakt sind;
  • - Wiederholtes Betätigen des Touchscreens durch einen Benutzer, wobei das Bedienelement durch Betätigen des Touchscreens simultan betätigt wird;
  • - Erzeugen jeweils eines Betätigungsprofils des Touchscreens und des Bedienelements, enthaltend eine zeitliche Abfolge von Zuständen und deren Dauer, in welchen jeweils der Touchscreen und das Bedienelement betätigt, bzw. nicht betätigt sind; und
  • - Etablieren einer Kommunikationsverbindung zwischen dem mobilen Bediengerät und dem Feldgerät in dem Falle, dass das Betätigungsprofil des Touchscreens mit dem Betätigungsprofil des Bedienelements übereinstimmt.
The object is achieved by a method which relates to establishing a connection between a field device used in automation technology and a mobile operating device, the field device having an operating element in the form of a knob or a key, and the mobile operating device having a touch screen, comprising:
  • - Such positioning of the mobile operating device on or on the field device that the mobile operating device and the operating element of the field device are in physical contact;
  • - Repeated actuation of the touchscreen by a user, the operating element being actuated simultaneously by actuating the touchscreen;
  • - Generating an actuation profile of the touchscreen and the control element, containing a time sequence of states and their duration, in which the touchscreen and the control element are actuated or not actuated; and
  • - Establishment of a communication connection between the mobile operating device and the field device in the event that the operating profile of the touchscreen matches the operating profile of the operating element.

Erfindungsgemäß ist es also vorgesehen, dass die Kommunikationsverbindung nur dann aufgebaut werden kann, wenn der Bediener tatsächlich vor Ort ist. Dadurch, dass das mobile Bediengerät direkt auf, bzw. an dem Bedienelement angebracht wird, wird das Bedienelement durch Betätigen des Touchscreens gleichzeitig betätigt. Nur so kann das Betätigungsprofil des Bedienelements exakt dem Betätigungsprofil des Touchscreens entsprechen.According to the invention, it is therefore provided that the communication link can only be set up when the operator is actually on site. Due to the fact that the mobile control device is attached directly to or on the control element, the control element is actuated simultaneously by actuating the touchscreen. Only in this way can the actuation profile of the control element correspond exactly to the actuation profile of the touchscreen.

Die Verbindung zwischen dem mobilen Bediengerät und dem Feldgerät wird insbesondere drahtlos unter Verwendung eines Drahtlosprotokolls, insbesondere Bluetooth (LE), WiFi, ZigBee o.ä. etabliert. Alternativ ist es auch möglich, die Verbindung kabelgebunden zu etablieren.The connection between the mobile operating device and the field device is in particular established wirelessly using a wireless protocol, in particular Bluetooth (LE), WiFi, ZigBee or the like. Alternatively, it is also possible to establish the connection with a cable.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass für das Etablieren der Kommunikationsverbindung für das Feldgerät und für das mobile Bediengerät jeweils ein Schlüssel aus dem jeweiligen Betätigungsprofil erzeugt wird, wobei die Schlüssel für ein gegenseitiges Authentifizieren und Verifizieren des Feldgeräts und des mobilen Geräts im Zuge des Etablierens der Kommunikationsverbindung verwendet werden.According to a development of the method according to the invention, it is provided that a key is generated from the respective operation profile for establishing the communication connection for the field device and for the mobile operating device, the keys for mutual authentication and verification of the field device and the mobile device being used in the course establishing the communication link.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in einer vorteilhaften Ausgestaltung vor, dass der Schlüssel einen mehrstelligen Code enthält, wobei die Anzahl der Stellen einer Anzahl von Wechseln der Zustände entspricht und wobei der jeweilige Wert einer Stelle durch die Dauer des jeweiligen Zustands gebildet wird. Die Zeitintervalle, welche zu einer Werteerhöhung führen, können festgelegt werden. Die Anzahl verfügbarer Werte einer jeweiligen Stelle können durch die verfügbare Zeichenmenge an einer Stelle festgelegt werden. So sind beispielsweise 10 Werte pro Stelle möglich (bei Verwendung numerischer Zeichen) oder mehr als 10 Werte möglich (bspw. bei Verwendung alphanumerischer Zeichen).In an advantageous embodiment, the method according to the invention provides that the key contains a multi-digit code, the number of digits corresponding to a number of changes in the status and the respective value of a digit being formed by the duration of the respective status. The time intervals, which lead to a value increase, can be specified. The number of available values of a respective position can be determined by the available number of characters at a position. For example, 10 values per digit are possible (when using numeric characters) or more than 10 values are possible (e.g. when using alphanumeric characters).

Vorteilhafterweise wird die Kommunikationsverbindung mittels der dadurch erzeugten Schlüssel mit Hilfe eines gängigen Verschlüsselungsverfahrens verschlüsselt.Advantageously, the communication link is encrypted by means of the key generated in this way using a common encryption method.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der jeweils erzeugte Schlüssel jeweils im Feldgerät und im mobilen Bediengerät gespeichert und für einen erneuten Kommunikationsaufbau zwischen Feldgerät und mobilem Bediengerät verwendet wird. Das mobile Bediengerät ist dadurch als „vertrautes“ Gerät auf dem Feldgerät gespeichert. Bei einem erneuten Verbindungsaufbau muss das Verfahren dadurch nicht wiederholt werden.An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the key generated in each case is stored in the field device and in the mobile operating device and is used to establish communication again between the field device and the mobile operating device. The mobile operating device is thus saved as a "trusted" device on the field device. This means that the procedure does not have to be repeated when the connection is established again.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Anzahl der vorzunehmenden Betätigungen von dem mobilen Bediengerät festgelegt wird und dem Benutzer über den Touchscreen vorgegeben wird, wobei die Anzahl von dem mobilen Mobilgerät zufällig gewählt wird oder die Anzahl von dem mobilen Bediengerät derart gewählt wird, dass das jeweilige Betätigungsprofil eine vorgegebene Komplexität erhält.According to a development of the method according to the invention, it is provided that the number of operations to be carried out is defined by the mobile operating device and is specified to the user via the touchscreen, the number being chosen randomly by the mobile mobile device or the number being selected by the mobile operating device in this way , that the respective operation profile receives a predetermined complexity.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Kommunikationsverbindung nur etabliert wird, wenn zusätzlich zu dem Übereinstimmen das Betätigungsprofils des Touchscreens mit dem Betätigungsprofil des Bedienelements eine jeweilige Anzahl der tatsächlich vorgenommenen Betätigungen des Touchscreens und des Bedienelements der festgelegten Anzahl der vorzunehmenden Betätigungen entspricht.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the communication connection is only established if, in addition to the match between the actuation profile of the touchscreen and the actuation profile of the operating element, a respective number of actual actuations of the touchscreen and of the operating element corresponds to the specified number of actuations to be carried out .

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Feldgerät ein oder mehrere weitere Bedienelemente aufweist, welche weiteren Bedienelemente durch Betätigen des Touchscreens simultan betätigt werden. According to a development of the method according to the invention, it is provided that the field device has one or more additional control elements indicates which other control elements are activated simultaneously by pressing the touchscreen.

Alternativ ist es vorgesehen, dass eine Zeitspanne festgelegt wird, in welcher der Bediener den Touchscreen mehrfach betätigt, ohne ihm eine Betätigungsanzahl vorzugeben. Nach Ablauf der Zeit wird überprüft, ob die Anzahl der Betätigungen ausreichend ist, um eine gewünschte Komplexität zu erreichen (bspw. muss ein Mindestwert an Zustandswechseln erreicht sein).Alternatively, it is provided that a period of time is defined in which the operator actuates the touchscreen several times without specifying a number of actuations. After the time has elapsed, it is checked whether the number of operations is sufficient to achieve a desired complexity (e.g. a minimum value for state changes must be reached).

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in einer vorteilhaften Ausgestaltung vor, dass von dem Feldgerät ein mehrdimensionales Betätigungsprofil erstellt wird, enthaltend eine zeitliche Abfolge der Zustände und deren Dauer eines jeden Bedienelements, in welchen Zuständen jeweils der Touchscreen und das jeweilige Bedienelement betätigt, bzw. nicht betätigt sind, wobei das mehrdimensionale Betätigungsprofil anstelle des Betätigungsprofils für das Etablieren einer Kommunikationsverbindung zwischen dem mobilen Bediengerät und dem Feldgerät und/oder für das Erzeugen des Schlüssels des Feldgeräts verwendet wird. Dadurch kann ein mehrdimensionaler Code für die Schlüssel erzeugt werden, der die Sicherheit des Verfahrens weiter erhöht. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Bediener den Touchscreen an mehreren Stellen (insbesondere dort, wo sich Bedienelemente des Feldgeräts unmittelbar befinden) simultan oder abwechselnd betätigt.In an advantageous embodiment, the method according to the invention provides that a multidimensional actuation profile is created by the field device, containing a chronological sequence of the states and their duration of each control element, in which states the touchscreen and the respective control element are actuated or not actuated , wherein the multi-dimensional actuation profile is used instead of the actuation profile for establishing a communication connection between the mobile operating device and the field device and/or for generating the key of the field device. As a result, a multidimensional code can be generated for the key, which further increases the security of the method. For example, provision can be made for the operator to actuate the touchscreen simultaneously or alternately at a number of points (in particular where the control elements of the field device are located directly).

Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein System gelöst, welches zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet ist. Das System umfasst hierbei:

  • - Ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, umfassend ein oder mehrere Bedienelemente und eine erste Kommunikationsschnittstelle;
  • - Ein mobiles Bediengerät, umfassend einen Touchscreen und eine zur ersten Kommunikationsschnittstelle korrespondierende zweite Kommunikationsschnittstelle.
Furthermore, the object is achieved by a system which is designed to carry out the method according to the invention. The system includes:
  • - A field device of automation technology, comprising one or more control elements and a first communication interface;
  • - A mobile operating device, comprising a touchscreen and a second communication interface corresponding to the first communication interface.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das Feldgerät eine ebene Fläche aufweist, auf welcher das eine oder die mehreren Bedienelemente angeordnet sind und welche zum Auflegen des mobilen Bediengeräts ausgestaltet ist. Die ebene Fläche kann horizontal oder vertikal ausgestaltet sein. Im Falle, dass die ebene Fläche vertikal angeordnet ist, ist zusätzlich eine Kante oder ein Vorsprung vorgesehen, auf welche/n das mobile Bediengerät platziert werden kann.According to an advantageous embodiment of the system according to the invention, it is provided that the field device has a flat surface on which the one or more operating elements are arranged and which is designed for laying on the mobile operating device. The flat surface can be horizontal or vertical. If the flat surface is arranged vertically, an edge or a projection is additionally provided on which the mobile operating device can be placed.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen

  • 1: zwei Varianten des erfindungsgemäßen Systems;
  • 2: ein Ablaufschema einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
  • 3: Beispiele für Betätigungsprofile, wie diese im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erstellt werden.
The invention is explained in more detail with reference to the following figures. Show it
  • 1 : two variants of the system according to the invention;
  • 2 : a flowchart of an embodiment of the method according to the invention; and
  • 3 : Examples of actuation profiles as they are created within the scope of the method according to the invention.

1 zeigt zwei Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems. Das System besteht aus einem Feldgerät FG und einem Bediengerät BG, welche eine Kommunikationsverbindung zueinander aufbauen sollen. 1 shows two configurations of the system according to the invention. The system consists of a field device FG and an operating device BG, which are intended to set up a communication connection with one another.

Das Feldgerät weist ein oder mehrere Bedienelemente BE auf. Diese sind insbesondere als Taste oder als Knopf ausgestaltet, also mechanisch betätigbar. Das System, bzw. das Verfahren, benötigt in seiner Grundform ein einziges Bedienelement BE des Feldgeräts FG. Es kann also auch ein Low Cost-Feldgerät verwendet werden, welches bspw. kein grafisches Anzeigeelement aufweist, solange es über mindestens ein entsprechendes Bedienelement BE verfügt.The field device has one or more operating elements BE. These are designed in particular as a button or knob, so they can be actuated mechanically. In its basic form, the system or the method requires a single operating element BE of the field device FG. It is therefore also possible to use a low-cost field device which, for example, does not have a graphic display element, as long as it has at least one corresponding operating element BE.

Das mobile Bediengerät BG, bei welchem es sich insbesondere um ein Smartphone oder ein Tablet handelt, verfügt über einen Touchscreen, über welchen sowohl Informationen angezeigt als auch Betätigungen des Bedieners in Form von Berührungen erfolgen können.The mobile operating device BG, which is in particular a smartphone or a tablet, has a touch screen, which can be used to display information and also to activate the operator in the form of touches.

Das Feldgerät FG weist eine ebene Fläche FL auf, auf welcher das Bedienelement BE angeordnet ist. Die ebene Fläche FL ist derart angeordnet, dass das mobile Bediengerät BG darauf platziert werden kann. Entweder erfolgt die horizontal, wie in 1a) gezeigt. Oder aber das Feldgerät FG ist derart ausgestaltet, dass die ebene Fläche FL wie in 1b) gezeigt vertikal angeordnet ist, wobei ein Vorsprung vorhergesehen ist, auf welchen das mobile Bediengerät BG abgestellt werden kann.The field device FG has a flat surface FL on which the operating element BE is arranged. The flat surface FL is arranged in such a way that the mobile operating device BG can be placed on it. Either done horizontally, as in 1a) shown. Or the field device FG is designed in such a way that the flat surface FL as in 1b) shown is arranged vertically, with a projection being provided on which the mobile operating device BG can be parked.

2 zeigt ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens, bzw. ein von dem mobilen Bediengerät BG (und evtl. gleichzeitig von dem Feldgerät FG) ausgeführten Algorithmus. Bevor der erste Verfahrensschritt a) startet, wird das mobile Bediengerät BG derart auf die ebene Fläche FL des Feldgeräts FG gelegt, dass sich der Touchscreen auf der von der ebenen Fläche FL abgewandten Seite des mobilen Bediengeräts BG befindet und dass sich das mobile Bediengerät BG in Kontakt mit dem Bedienelement BE des Feldgeräts FG befindet, also auf diesem aufliegt (siehe 1a)), oder an diesem anliegt (siehe 1 b)). 2 shows a flow chart of the method according to the invention, or an algorithm executed by the mobile operating device BG (and possibly simultaneously by the field device FG). Before the first method step a) starts, the mobile operating device BG is placed on the flat surface FL of the field device FG in such a way that the touchscreen is on the side of the mobile operating device BG that faces away from the flat surface FL and that the mobile operating device BG is in Contact with the operating element BE of the field device FG is located, i.e. it rests on it (see 1a) ), or attached to it (see 1 b) ).

Der Bediener wählt nun einen Bedienbefehl zum drahtlosen Verbinden des mobilen Bediengeräts BG mit dem Feldgerät FG aus. Sowohl das mobile Bediengerät BG als auch das Feldgerät FG verfügen hierbei über entsprechende Drahtlosschnittstellen, welche nach einem der bekannten Drahtlosprotokollen Bluetooth (LE), WiFi, ZigBee, etc. funktionieren. Das mobile Bediengerät BG wechselt in einen Verbindungsaufbaumodus und weist das Feldgerät FG drahtlos an, ebenfalls in den Verbindungsaufbaumodus zu wechseln. Alternativ wechselt das Feldgerät FG beim ersten, zur Unterscheidung gegebenenfalls besonders langen, Druck auf das Bedienelement BE automatisch in diesen ModusThe operator now selects an operating command for wirelessly connecting the mobile operating device BG with the field device FG. Both the mobile operator control device BG and the field device FG have corresponding wireless interfaces which function according to one of the known Bluetooth (LE), WiFi, ZigBee, etc. wireless protocols. The mobile operating device BG switches to a connection setup mode and wirelessly instructs the field device FG to likewise switch to the connection setup mode. Alternatively, the field device FG automatically switches to this mode when the first pressure on the operating element BE is pressed, which may be particularly long for differentiation purposes

Anschließend weist das mobile Bediengerät BG den Bediener im Verfahrensschritt a) an, mehrmals auf den Touchscreen des mobilen Bediengeräts BG zu drücken. Gleichzeitig startet ein Timer. Im Verfahrensschritt b) wartet das mobile Bediengerät BG auf die erste Betätigung des Touchscreens.Then, in method step a), the mobile operating device BG instructs the operator to press the touchscreen of the mobile operating device BG several times. At the same time, a timer starts. In method step b), the mobile operating device BG waits for the touchscreen to be actuated for the first time.

In Verfahrensschritt c) erfolgt die erste Betätigung des Touchscreens. Da das mobile Bediengerät BG auf dem Bedienelement BE aufliegt, bzw. an dieses angelehnt ist, wird das Bedienelement BE jedes Mal betätigt, wenn der Touchscreen des mobilen Bediengeräts BG betätigt wird. Vor der ersten Betätigung des Touchscreens und der daraus folgenden gleichzeitigen Betätigung des Bedienelements BE startet bereits ein Samplingvorgang auf dem mobilen Bediengerät BG und auf dem Feldgerät FG. Hierbei zeichnen sowohl das mobile Bediengerät BG als auch das Feldgerät FG ein Betätigungsprofil auf. Das Betätigungsprofil besteht jeweils aus einem zeitlichen Verlauf der Wechsel von Zuständen Z1, ..., Z7 des Touchscreens und des Bedienelements BE sowie der Dauer der Zustände Z1, ..., Z7.In method step c), the touchscreen is actuated for the first time. Since the mobile operating device BG rests on the operating element BE or is based on it, the operating element BE is actuated every time the touchscreen of the mobile operating device BG is actuated. Before the touchscreen is actuated for the first time and the operating element BE is simultaneously actuated as a result, a sampling process starts on the mobile operating device BG and on the field device FG. In this case, both the mobile operating device BG and the field device FG record an actuation profile. The actuation profile consists of a time course of the change of states Z1, ..., Z7 of the touch screen and the operating element BE as well as the duration of the states Z1, ..., Z7.

Es wird regelmäßig in einem Verfahrensschritt d) überprüft, ob der Timer eine vorbestimmte Zeit erreicht, bzw. überschritten hat. Ist dies nicht der Fall, so wird der Samplingvorgang aus Verfahrensschritt c) fortgesetzt. Ist die vorbestimmte Zeit erreicht, bzw. überschritten, so wird in den Verfahrensschritt e) gewechselt. In diesem wird überprüft, ob eine vorbestimmte Anzahl von Zustandswechseln erreicht, bzw. überschritten worden ist. Hierbei zählt das Starten des Samplingvorgangs bereits als erster Zustandswechsel. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass innerhalb der vorbestimmten Zeit drei oder mehr Betätigungen des Touchscreens/Bedienelements BE - und somit sieben oder mehr Zustandswechsel (dazu später mehr) - erfolgen sollen. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren ab Verfahrensschritt c) wiederholt und der Timer neugestartet. Im Falle, dass die vorbestimmte Anzahl an Zustandswechseln erreicht oder überschritten wurde, wird zu Verfahrensschritt f) gewechselt.It is regularly checked in a method step d) whether the timer has reached or exceeded a predetermined time. If this is not the case, the sampling process from method step c) is continued. If the predetermined time has been reached or exceeded, a changeover is made to method step e). This checks whether a predetermined number of state changes has been reached or exceeded. The start of the sampling process counts as the first state change. For example, it can be provided that three or more actuations of the touchscreen/operating element BE—and thus seven or more state changes (more on this later)—should take place within the predetermined time. If this is not the case, the method is repeated from method step c) and the timer is restarted. In the event that the predetermined number of state changes has been reached or exceeded, a change is made to method step f).

Sowohl für das mobile Bediengerät BG als auch für das Feldgerät FG liegt nun ein Betätigungsprofil für das Betätigen des Touchscreens, bzw. des Bedienelements BE vor. Ein Beispiel für solche Betätigungsprofile ist in 3 gezeigt. In 3 oben befindet sich ein beispielhaftes Betätigungsprofil für den Touchscreen des mobilen Bediengeräts BG, in 3 unten befindet sich ein beispielhaftes Betätigungsprofil für das Bedienelement BE des Feldgeräts FG.An actuation profile for actuating the touchscreen or the operating element BE is now available both for the mobile operating device BG and for the field device FG. An example of such an activity profile is given in 3 shown. In 3 above is an example actuation profile for the touchscreen of the mobile operating device BG, in 3 below is an exemplary actuation profile for the operating element BE of the field device FG.

Im vorliegenden Beispiel wurde der Touchscreen (und somit das Bedienelement BE) dreimal betätigt. Es liegen somit sieben Zustände Z1, ..., Z7 (und damit verbundene Wechsel auf diese Zustände) vor. Nachdem der Samplingvorgang startet, ist der Touchscreen/das Bedienelement BE im ersten Zustand Z1 nicht betätigt. Anschließend wird der Touchscreen/das Bedienelement BE betätigt und wechselt in den betätigten Zustand Z2, bis er wieder losgelassen wird und in den unbetätigten Zustand Z3 wechselt. Dies wurde nun mehrfach wiederholt, bis der Timer die vorbestimmte Zeit erreicht (hier befindet sich der Touchscreen/das Bedienelement BE in dem unbetätigten Zustand Z7).In the present example, the touchscreen (and thus the operating element BE) was pressed three times. There are thus seven states Z1, . . . , Z7 (and associated changes to these states). After the sampling process starts, the touchscreen/control element BE is not actuated in the first state Z1. The touchscreen/operating element BE is then actuated and changes to the actuated state Z2 until it is released again and changes to the unactuated state Z3. This was then repeated several times until the timer reached the predetermined time (here the touchscreen/operating element BE is in the non-actuated state Z7).

Im Verfahrensschritt f) wird nun zuerst überprüft, ob das Betätigungsprofil des Feldgeräts FG mit dem Betätigungsprofil des mobilen Bediengeräts BG übereinstimmt. Dies kann entweder durch eine einseitige Überprüfung durch das mobile Bediengerät BG oder das Feldgerät FG geschehen. Hierfür übermittelt das Feldgerät FG sein Betätigungsprofil an das mobile Bediengerät BG, beziehungsweise das mobile Bediengerät BF übermittelt sein Betätigungsprofil an das Feldgerät FG. Alternativ übermitteln sich das Feldgerät FG und das mobile Bediengerät BG gegenseitig ihre Betätigungsprofile.In method step f), it is now first checked whether the activation profile of the field device FG matches the activation profile of the mobile operating device BG. This can be done either by a one-sided check by the mobile operator control device BG or the field device FG. For this purpose, the field device FG transmits its actuation profile to the mobile operating device BG, or the mobile operating device BF transmits its actuation profile to the field device FG. Alternatively, the field device FG and the mobile operating device BG mutually transmit their activation profiles.

Stimmen die Betätigungsprofile nicht überein, so wird das Verfahren an diesem Punkt abgebrochen und muss für einen erneuten Versuch eines Verbindungsaufbaus erneut gestartet werden.If the actuation profiles do not match, the method is aborted at this point and must be restarted for a new attempt to establish a connection.

Stimmen die Betätigungsprofile überein, so erstellt die jeweilig die Betätigungsprofile überprüfende Instanz (also das Feldgerät FG oder das mobile Bediengerät BG) ein Schlüsselpaar auf Basis der Betätigungsprofile, behält einen der Schlüssel und sendet den anderen Schlüssel an die jeweils andere Instanz. Mittels der Schlüssel wird nun eine gesicherte Kommunikationsverbindung zwischen dem Feldgerät FG und dem mobilen Bediengerät BG etabliert. Im Falle der gegenseitigen Überprüfung des Betätigungsprofils erstellt jede Instanz einen Schlüssel für sich - da die Betätigungsprofile übereinstimmen, stimmen auch die Schlüssel überein.If the actuation profiles match, the entity checking the actuation profiles (ie the field device FG or the mobile operating device BG) creates a pair of keys based on the actuation profiles, keeps one of the keys and sends the other key to the other entity. A secure communication connection is now established between the field device FG and the mobile operating device BG by means of the key. In the case of mutual verification of the operation profile, each instance creates a key for itself - since the operation profiles match, the keys also match.

Ein Schlüsselt enthält einen Code, der direkt aus dem Betätigungsprofil der jeweiligen Instanz abgeleitet wird. Hierbei ist vorgesehen, dass der Code mehrere Zeichen, bzw. Stellen enthält. Die Anzahl der Zeichen entspricht hierbei der Anzahl der Zustandswechsel (in diesem Fall 7). Der Wert eines jeden Zeichen, bzw. Stelle, leitet sich aus der Dauer eines jeden Zustands ab und kann beispielsweise Werte zwischen 0 und 9 oder hexadezimale Werte annehmen.A key contains a code that is derived directly from the activity profile of the respective entity. It is provided that the Code contains several characters or digits. The number of characters corresponds to the number of status changes (in this case 7). The value of each character or digit is derived from the duration of each state and can, for example, assume values between 0 and 9 or hexadecimal values.

Bevorzugt wird der jeweilige Schlüssel sowohl im Feldgerät FG als auch im mobilen Bediengerät BG fest hinterlegt. Das mobile Bediengerät BG wird dadurch als „vertrauenswürdiges Gerät“ auf dem Feldgerät registriert.The respective key is preferably permanently stored both in the field device FG and in the mobile operating device BG. The mobile operating device BG is thereby registered as a "trustworthy device" on the field device.

In einer Erweiterung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Feldgerät mehrere Bedienelemente an verschiedenen Positionen aufweist. Dadurch kann ein mehrdimensionaler Code für die Schlüssel erzeugt werden, der die Sicherheit des Verfahrens weiter erhöht. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Bediener den Touchscreen an mehreren Stellen (insbesondere dort, wo sich Bedienelemente BE des Feldgeräts FG unmittelbar befinden) simultan oder abwechselnd betätigt.In an extension of the method, it is provided that the field device has a number of operating elements at different positions. As a result, a multidimensional code can be generated for the key, which further increases the security of the method. For example, provision can be made for the operator to actuate the touchscreen simultaneously or alternately at a number of points (in particular where operating elements BE of the field device FG are directly located).

Claims (11)

Verfahren zum Verbindungsaufbau zwischen einem Feldgerät (FG) der Automatisierungstechnik und einem mobilen Bediengerät (BG), wobei das Feldgerät (FG) ein Bedienelement (BE) in Form eines Knopfs oder einer Taste aufweist, und wobei das mobile Bediengerät (BG) einen Touchscreen aufweist, umfassend: - Derartiges Positionieren des mobilen Bediengeräts (BG) auf, bzw. an dem Feldgerät (FG), dass das mobile Bediengerät (BG) und das Bedienelement (BE) des Feldgeräts (FG) in physischem Kontakt sind; - Wiederholtes Betätigen des Touchscreens durch einen Benutzer, wobei das Bedienelement (BE) durch Betätigen des Touchscreens simultan betätigt wird; - Erzeugen jeweils eines Betätigungsprofils des Touchscreens und des Bedienelements (BE), enthaltend eine zeitliche Abfolge von Zuständen (Z1, ..., Z7) und deren Dauer, in welchen jeweils der Touchscreen und das Bedienelement (BE) betätigt, bzw. nicht betätigt sind; und - Etablieren einer Kommunikationsverbindung zwischen dem mobilen Bediengerät (BG) und dem Feldgerät (FG) in dem Falle, dass das Betätigungsprofil des Touchscreens mit dem Betätigungsprofil des Bedienelements (BE) übereinstimmt.A method for establishing a connection between a field device (FG) of automation technology and a mobile operating device (BG), the field device (FG) having an operating element (BE) in the form of a button or a button, and the mobile operating device (BG) having a touch screen , full: - Such positioning of the mobile operating device (BG) on or on the field device (FG) that the mobile operating device (BG) and the operating element (BE) of the field device (FG) are in physical contact; - Repeated actuation of the touchscreen by a user, the operating element (BE) being actuated simultaneously by actuating the touchscreen; - Generating an actuation profile of the touch screen and the control element (BE), containing a time sequence of states (Z1, ..., Z7) and their duration, in which the touch screen and the control element (BE) are actuated or not actuated are; and - Establishment of a communication link between the mobile operating device (BG) and the field device (FG) in the event that the actuation profile of the touchscreen matches the actuation profile of the operating element (BE). Verfahren nach Anspruch 1, wobei für das Etablieren der Kommunikationsverbindung für das Feldgerät (FG) und für das mobile Bediengerät (BG) jeweils ein Schlüssel aus dem jeweiligen Betätigungsprofil erzeugt wird, wobei die Schlüssel für ein gegenseitiges Authentifizieren und Verifizieren des Feldgeräts (FG) und des mobilen Bediengeräts (BG) im Zuge des Etablierens der Kommunikationsverbindung verwendet werden.procedure after claim 1 , wherein for establishing the communication connection for the field device (FG) and for the mobile operator device (BG) a key is generated from the respective operation profile, the key for mutual authentication and verification of the field device (FG) and the mobile operator device ( BG) are used in the course of establishing the communication link. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schlüssel einen mehrstelligen Code enthält, wobei die Anzahl der Stellen einer Anzahl von Wechseln der Zustände (Z1, ..., Z7) entspricht und wobei der jeweilige Wert einer Stelle durch die Dauer des jeweiligen Zustands gebildet wird.procedure after claim 2 , where the key contains a multi-digit code, where the number of digits corresponds to a number of changes in the states (Z1, ..., Z7) and where the respective value of a digit is formed by the duration of the respective state. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Kommunikationsverbindung mittels der Schlüssel verschlüsselt wird.procedure after claim 2 or 3 , whereby the communication connection is encrypted using the key. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der jeweils erzeugte Schlüssel jeweils im Feldgerät (FG) und im mobilen Bediengerät (BG) gespeichert wird und für einen erneuten Kommunikationsaufbau zwischen Feldgerät (FG) und mobilem Bediengerät (BG) verwendet wird.Procedure according to one of claims 2 until 4 , The key generated in each case being stored in the field device (FG) and in the mobile operating device (BG) and being used to establish communication again between the field device (FG) and the mobile operating device (BG). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anzahl der vorzunehmenden Betätigungen von dem mobilen Bediengerät (BG) festgelegt wird und dem Benutzer über den Touchscreen vorgegeben wird, wobei die Anzahl von dem mobilen Mobilgerät zufällig gewählt wird oder die Anzahl von dem mobilen Bediengerät (BG) derart gewählt wird, dass das jeweilige Betätigungsprofil eine vorgegebene Komplexität erhält.Method according to one of the preceding claims, in which the number of operations to be carried out is defined by the mobile operating device (BG) and is specified to the user via the touchscreen, the number being randomly selected by the mobile mobile device or the number being selected by the mobile operating device (BG ) is selected in such a way that the respective actuation profile is given a predetermined complexity. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Kommunikationsverbindung nur etabliert wird, wenn zusätzlich zu dem Übereinstimmen das Betätigungsprofils des Touchscreens mit dem Betätigungsprofil des Bedienelements (BE) eine jeweilige Anzahl der tatsächlich vorgenommenen Betätigungen des Touchscreens und des Bedienelements (BE) der festgelegten Anzahl der vorzunehmenden Betätigungen entspricht.procedure after claim 6 , The communication connection is only established if, in addition to matching the operation profile of the touchscreen with the operation profile of the operating element (BE), a respective number of actual operations performed on the touchscreen and the operating element (BE) corresponds to the specified number of operations to be performed. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Feldgerät (FG) ein oder mehrere weitere Bedienelemente aufweist, welche weiteren Bedienelemente durch Betätigen des Touchscreens simultan betätigt werden.Method according to at least one of the preceding claims, wherein the field device (FG) has one or more further operating elements, which further operating elements are actuated simultaneously by actuating the touch screen. Verfahren nach Anspruch 8, wobei von dem Feldgerät (FG) ein mehrdimensionales Betätigungsprofil erstellt wird, enthaltend eine zeitliche Abfolge der Zustände und deren Dauer eines jeden Bedienelements, in welchen Zuständen jeweils der Touchscreen und das jeweilige Bedienelement betätigt, bzw. nicht betätigt sind, wobei das mehrdimensionale Betätigungsprofil anstelle des Betätigungsprofils für das Etablieren einer Kommunikationsverbindung zwischen dem mobilen Bediengerät (BG) und dem Feldgerät (FG) und/oder für das Erzeugen des Schlüssels des Feldgeräts (FG) verwendet wird.procedure after claim 8 , wherein a multi-dimensional actuation profile is created by the field device (FG), containing a chronological sequence of the states and their duration of each control element, in which states the touch screen and the respective control element are actuated or not actuated, the multi-dimensional actuation profile instead the actuation profile for establishing a communication connection between the mobile operating device (BG) and the field device (FG) and/or is used for generating the key of the field device (FG). System, ausgestaltet zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend: - Ein Feldgerät (FG) der Automatisierungstechnik, umfassend ein oder mehrere Bedienelemente (BE) und eine erste Kommunikationsschnittstelle; - Ein mobiles Bediengerät (BG), umfassend einen Touchscreen und eine zur ersten Kommunikationsschnittstelle korrespondierende zweite Kommunikationsschnittstelle.System designed to carry out the method according to any one of Claims 1 until 9 , comprising: - A field device (FG) of automation technology, comprising one or more operating elements (BE) and a first communication interface; - A mobile operating device (BG) comprising a touchscreen and a second communication interface corresponding to the first communication interface. System nach Anspruch 10, wobei das Feldgerät (FG) eine ebene Fläche (FL) aufweist, auf welcher das eine oder die mehreren Bedienelemente (BE) angeordnet sind und welche zum Auflegen des mobilen Bediengeräts (BG) ausgestaltet ist.system after claim 10 , wherein the field device (FG) has a flat surface (FL) on which the one or more operating elements (BE) are arranged and which is designed for placing the mobile operating device (BG).
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