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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes der Prozess- und Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät eine Elektronikeinheit und eine Empfängereinheit aufweist, wobei die Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, das Feldgerät in einem ersten Modus oder in einem zweiten Modus zu betreiben, wobei die Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, im ersten Modus eine Vielzahl an Funktionen des Feldgeräts bereitzustellen und in einem zweiten Modus eine Teilmenge der Vielzahl an Funktionen bereitzustellen, wobei die Empfängereinheit dazu ausgestaltet ist, induktiv übertragene Energie zu empfangen.
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In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH- und Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Dichte, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen 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. Als Feldgeräte werden alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also insbesondere auch Remote I/Os, Speisegeräte, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
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Zunehmend werden derartige Feldgeräte als rein akkubetriebene Feldgeräte oder zumindest als akkugestützte Feldgeräte hergestellt. Rein akkubetriebene, autarke Feldgeräte zeichnen sich dabei dadurch aus, dass auf das Zuführen einer Zweidrahtleitung ggfls. auch einer Vierdrahtleitung zur Energieversorgung der Feldgeräte und/oder zur Übertragung der Messwerte, bspw. mittels dem in der Automatisierungstechnik üblichen 4...20 mA Standard, verzichtet werden kann.
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Der in der Automatisierungstechnik einsetzende Trend zur einfacheren Installation, zu verringerten Kosten und zu reduziertem Wartungsbedarf, sowie die Anforderung an eine lückenlose Erfassung von Informationen auch in unzugänglichen oder abwegigen Gebieten steigert den Bedarf an rein akkubetriebenen oder zumindest akkugestützten Feldgeräten weiter. Dem Trend folgend werden aktuell eine Vielzahl von Mechanismen zur Einsparung von Leistung und der besseren Vorhersagen zum aktuellen Leistungsstand sowie dem Leistungsbedarf entwickelt, woraus die zu erwartende Restlaufzeit respektive die Zeit bis zur nächsten Ladung immer präziser bestimmt werden soll.
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Trotz aller Bemühungen, die Geräte-Laufzeit zu optimieren, muss ein integrierter Akku bzw. Akkumulator aber nach einer gewissen Zeit im Rahmen eines Wartungsintervalls des Feldgerätes aufgeladen werden. Hierbei ist es für gewöhnlich nötig, dass das autarke Feldgerät geöffnet wird. Ferner müssen mögliche Steckverbinder entfernt und Schrauben gelöst werden. Dies bedeutet einen nicht unerheblichen Arbeitsaufwand, der zusätzlich noch unter harschen Umgebungsbedingungen, die in Automatisierungsanlagen nicht ungewöhnlich sind, stattfinden muss. Beispielsweise ist ein Öffnen des Gehäuses bei Regen oder Schnee generell nicht ratsam bzw. nur unter erschwerten Bedingungen möglich.
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Die zu lösende Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mittels welchem ein Energiebudget eines, insbesondere autarken, Feldgeräts optimiert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes der Prozess- und Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät eine Elektronikeinheit und eine Empfängereinheit aufweist, wobei die Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, das Feldgerät in einem ersten Modus oder in einem zweiten Modus zu betreiben, wobei die Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, im ersten Modus eine Vielzahl an Funktionen des Feldgeräts bereitzustellen und in einem zweiten Modus eine Teilmenge der Vielzahl an Funktionen bereitzustellen, wobei die Empfängereinheit dazu ausgestaltet ist, induktiv übertragene Energie zu empfangen, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- - Betreiben des Feldgeräts in dem zweiten Modus,
- - Empfangen von induktiv übertragener Energie von einer Sendeeinheit und Umschalten von dem zweiten Modus in den ersten Modus, sobald induktiv übertragene Energie empfangen wird,
- - Betreiben des Feldgeräts in dem ersten Modus, und
- - Ausführen mindestens einer Funktion, welche im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist.
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Erfindungsgemäß wird das Feldgerät in Abhängigkeit eines Empfangens von induktiv übertragener Energie in einem ersten oder zweiten Modus betrieben, wobei im zweiten Modus nur eine Teilmenge der Funktionen des Feldgeräts genutzt werden kann. Auf diese Weise wird das Energiebudget des Feldgeräts, welches es beispielsweise durch einen internen Energiespeicher oder über eine externe Energieversorgung erhält, für die Funktionen des zweiten Modus optimiert, welcher beispielsweise einen Standardmodus darstellt. Zusätzliche Funktionen, welche nur gelegentlich genutzt werden oder sehr energieintensiv sind, können lediglich im ersten Modus bereitgestellt werden, welcher dann zum Betreiben des Feldgeräts genutzt wird, wenn das Feldgerät zusätzliche Energie in Form der induktiv übertragenen Energie empfängt.
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Die induktiv übertragene Energie wird insbesondere drahtlos und gemäß einem Qi-Standard 1.2.4 oder eines davon abgewandelten Standards übertragen. Die Qi-Technologie erlaubt das drahtlose induktive Übertragen von Energie in einem Low-Power-Bereich von bis zu 15 W in einem Übertragungsfrequenzbereich von 110 Hz bis 205 kHz und einer Betriebsspannung des Senders von 19 V. Die Sendeeinheit und die Empfängereinheit können hierzu Spulen aufweisen, welche planar oder leicht gewölbt ausgelegt und gegenüberliegend, typischerweise in einem Abstand von bis zu 5 mm angeordnet sind. Der Grundaufbau für die Qi-Technologie sieht eine Basisstation mit einer Sendespule vor, die Energie an eine Empfängereinheit mit einer Empfängerspule überträgt. Dabei ist die Empfängereinheit regelmäßig an einen Akkumulator gekoppelt, um diesen elektrisch aufzuladen. Die Empfängereinheit kommuniziert darüber hinaus unidirektional mit der Sendeeinheit über zugeordnete Überwachungseinheiten, um über eine Lastmodulation eine spezifische Leistungsanpassung vornehmen zu können.
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In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren zumindest die weiteren Schritte:
- - Beenden des Empfanges von induktiv übertragener Energie von der Sendeeinheit und Umschalten vom ersten Modus in den zweiten Modus, sobald keine induktiv übertragene Energie empfangen wird,
- - Betreiben des Feldgeräts im zweiten Modus.
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Durch das Zurückschalten vom ersten Modus in den zweiten Modus, nachdem keine induktiv übertragene Energie mehr erhalten wird, kann das Feldgerät wieder im energieoptimierten zweiten Modus betrieben werden.
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Bevorzugterweise wird die induktiv übertragene Energie für das Ausführen von mindestens einer Funktion, welche im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist, verwendet. Das übliche Energiebudget des Feldgeräts wird dabei nicht für die im ersten Modus zusätzlich vorhandenen Funktionen eingesetzt, so dass das Energiebudget lediglich für die im zweiten Modus bereitgestellten Funktionen verfügbar ist.
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In einer Ausgestaltung wird als Funktion, welche im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist, eine Aktualisierung der Firmware des Feldgerätes, eine Aufnahme und/oder Übertragung von Messdaten, Diagnosen, Historiendaten und/oder anderer Parameter, eine Änderung mindestens eines Parameters des Feldgeräts, eine Aktivierung einer Kommunikationsschnittstelle und/oder eine Beschleunigung einer Funktion, welche im ersten Modus bereitgestellt ist, ausgeführt. Die genannten Funktionen verbrauchen vergleichsweise viel Energie und werden bevorzugt nur im ersten Modus bereitgestellt.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird als Kommunikationsschnittstelle eine drahtlose Schnittstelle verwendet. Drahtlose Schnittstelle sind in der Regel besonders energieintensiv und daher generell eher schwierig mit dem dem Feldgerät zur Verfügung stehenden Energiebudget zu betreiben.
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In einer Weiterbildung ist das Feldgerät im zweiten Modus vorwiegend in einem Schlafmodus ist und nur gelegentlich zur Durchführung einer Funktion aufgeweckt. Um weiterhin Energie zu sparen, ist es von Vorteil, wenn das Feldgerät im zweiten Modus nur dann aufgeweckt oder aktiviert oder getriggert wird, wenn eine Funktion durchgeführt werden soll. Ansonsten kann das Feldgerät in einem Schlafmodus betrieben werden, in welchem im Wesentlichen Alarm- und Weckfunktionen aktiv sind. Der Schlafmodus ist kann dabei in den zweiten Modus integriert sein.
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Insbesondere wird als Feldgerät ein Radarmessgerät verwendet. Radarmessgeräte werden regelmäßig an Messorten angebracht, an welchen keine Stromversorgung vorhanden ist. Das Radarmessgerät kann folglich einen Energiespeicher aufweisen.
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Als Sendeeinheit kann ein Smartphone verwendet werden. Das Smartphone als Sendeeinheit ist an allen Orten einsetzbar und kann ggf. zusätzlich als Bedieneinheit eingesetzt werden, um das Feldgerät zu bedienen.
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Bevorzugterweise weist das Feldgerät einen Energiespeicher auf. Der Energiespeicher ist dazu ausgestaltet, eine vorgegebene Menge an Energie zu speichern und diese dem Feldgerät zur Verfügung zu stellen. Das Feldgerät ist dabei bevorzugt an keine externe Stromversorgung angeschlossen, sondern weist lediglich einen Energiespeicher auf. Für derartig ausgestaltete Feldgeräte ist das vorgeschlagene Verfahren besonders vorteilhaft, da energieintensive Funktionen dem Feldgerät im ersten Modus bereitgestellt werden können.
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In einer Weiterbildung wird der Energiespeicher ausschließlich für das Ausführen von den im zweiten Modus bereitgestellten Funktionen verwendet. Der Energiespeicher kann somit für die im zweiten Modus bereitgestellten Funktionen optimiert werden, während die Funktionen, welche lediglich im ersten Modus bereitgestellt werden, mittels der induktiv übertragenen Energie durchgeführt werden.
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Insbesondere kann als Energiespeicher eine Batterie oder ein Akku verwendet werden.
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In einer Ausgestaltung wird eine Lebensdauer des Energiespeichers anhand einer Häufigkeit der Ausführung der im zweiten Modus bereitgestellten Funktionen berechnet.
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Vorteilhafterweise wird der Energiespeicher während des Empfanges der induktiv übertragenen Energie geladen. Da der Energiespeicher ein begrenztes Energiebudget zur Verfügung stellt, ist es von Vorteil, den Energiespeicher mittels der induktiv übertragenen Energie zu laden. Insbesondere wenn die Sendeeinheit mehr induktiv übertragene Energie an das Feldgerät überträgt, als zur Durchführung der mindestens einen Funktion, welche im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist, benötigt wird, kann die zusätzlich vorhandene Energie zum Laden des Energiespeichers verwendet werden. Das Laden des Energiespeichers kann insbesondere während des Durchführens der mindestens einen Funktion, welche im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist, stattfinden.
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Im Weiteren soll die vorliegende Erfindung anhand der nachfolgenden Figur 1 näher erläutert werden. Sie zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung eines Feldgeräts und einer Sendeeinheit.
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Die vorliegende Erfindung ist auf alle Arten an Feldgeräten anwendbar, von welchen eingangs einige Arten beschrieben wurden. Insbesondere ist das vorliegende Verfahren auf Radarmessgeräte anwendbar.
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In 1 ist ein beispielhaftes Feldgerät 1 dargestellt, welches eine Elektronikeinheit 2, eine Empfängereinheit 3 und eine optionale Kommunikationsschnittstelle 5 aufweist. Eine optionale Sensoreinheit 9, welche dazu ausgestaltet ist, ein Messsignal eines Mediums 7 zu erzeugen, kann ebenfalls im Feldgerät 1 angeordnet sein. Das Medium 7 kann ggf. in einem Behältnis vorliegen oder ein offenes Fluid, wie ein Gewässer sein. Im Falle eines Radar-Füllstandmessgeräts oder eines optischen bzw. fotometrischen oder spektroskopischen Analysemessgeräts ist die Sensoreinheit 9 beispielsweise dazu ausgestaltet, elektromagnetische Wellen in Richtung des Mediums 7 zu emittieren. Die Elektronikeinheit 2 ist dazu ausgestaltet, das Feldgerät 1 in einem ersten Modus oder in einem zweiten Modus zu betreiben und in dem ersten Modus eine Vielzahl an Funktionen des Feldgeräts 1 bereitzustellen und in einem zweiten Modus eine Teilmenge der Vielzahl an Funktionen bereitzustellen. Der zweite Modus kann als ein eingeschränkter Modus verstanden werden.
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Im Regelfall betreibt die Elektronikeinheit 2 das Feldgerät 1 im zweiten Modus. Sobald induktiv übertragene Energie von einer Sendeeinheit 4 mittels der Empfängereinheit 3 empfangen wird, wird mittels der Elektronikeinheit 2 vom zweiten Modus in den ersten Modus umgeschaltet und das Feldgerät 1 im ersten Modus betrieben. Anschließend wird mindestens eine Funktion, welche im zweiten Modus nicht bereitgestellt wird, ausgeführt, insbesondere ist diese Funktion eine Aktualisierung der Firmware des Feldgerätes 1, eine Aufnahme und/oder Übertragung von Messdaten, Diagnosen, Historiendaten und/oder anderer Parameter, eine Änderung mindestens eines Parameters des Feldgeräts 1, eine Aktivierung einer Kommunikationsschnittstelle 5 und/oder eine Beschleunigung einer Funktion, welche im ersten Modus bereitgestellt ist. Insbesondere wird die induktiv übertragene Energie für das Ausführen mindestens einer Funktion, welcher im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist, verwendet.
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Sobald keine induktiv übertragene Energie von der Sendeeinheit 4 mittels der Empfängereinheit 3 empfangen wird, veranlasst die Elektronikeinheit 2 ein Umschalten vom ersten Modus in den zweiten Modus und betreibt das Feldgerät 1 (wieder) im zweiten Modus. Die Sendeeinheit 4 kann insbesondere ein Smartphone sein.
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Das Feldgerät 1 kann weiterhin einen Energiespeicher 6, beispielsweise einen Akku oder eine Batterie, aufweisen. Aufgrund des begrenzten Energiebudgets des Energiespeicher 6 kann das Feldgerät 1 im zweiten Modus vorwiegend in einem Schlafmodus sein und nur gelegentlich zur Durchführung einer Funktion aufgeweckt werden. Dies kann jedoch auch auf Feldgeräte 1 mit einer begrenzten externen Energieversorgung zutreffen. Es kann vorgesehen sein, dass der Energiespeicher 6 ausschließlich für das Ausführen der im zweiten Modus bereitgestellten Funktionen verwendet wird, so dass Funktionen, welche lediglich im ersten Modus verfügbar sind, nur mittels der induktiv übertragenen Energie ausgeführt werden können. Allerdings ist es auch möglich, den Energiespeicher 6 während des Empfangens der induktiv übertragenen Energie zu laden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Feldgerät
- 2
- Elektronikeinheit
- 3
- Empfängereinheit
- 4
- Sendeeinheit
- 5
- Kommunikationsschnittstelle
- 6
- Energiespeicher
- 7
- Medium
- 9
- Sensoreinheit
