DE10252278B4

DE10252278B4 - Systemintegrierter Busmonitor

Info

Publication number: DE10252278B4
Application number: DE2002152278
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Wansner
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2022-11-12
Also published as: DE10252278A1

Abstract

Systemintegrierter Busmonitor für Datenkommunikationssysteme mit mindestens einem Interface (5) zu einem seriellen Bussystem, insbesondere einem Feldbussystem, das Feldbusanschlüsse für Feldgeräte (4) an ein Prozessleitsystem mittels eines Feldbusanschlusses (1) aufweist, zur Aufzeichnung der auf dem Feldbus (7) übertragenen Daten, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufzeichnung der auf dem Feldbus (7) übertragenen Daten ein Controller (10) mit einem Feldbus-Interface (3) mit einer im Monitormodus betriebenen Feldbusanschaltung an den Feldbus (7) angeschlossen ist, dessen Feldbus-Interface (3) dem Interface (5) parallelgeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen systemintegrierten Busmonitor für Datenkommunikationssysteme mit mindestens einem Interface zu einem seriellen Bussystem, insbesondere einem Feldbussystem, das Feldbusanschlüsse für Feldgeräte an ein Prozessleitsystem mittels eines Feldbus-Interfaces aufweist, zur Aufzeichnung der auf dem Feldbus übertragenen Daten.
Moderne Prozessleitsysteme mit Feldbus-Interfaces können eine große Anzahl von Feldgeräten unterschiedlicher Hersteller, die an die Prozessleitsysteme angeschlossen sind, miteinander vernetzen. Diese Feldgeräte entsprechen zwar meist einer Feldbus-Norm, weisen aber dennoch, wenngleich auch meist nur geringfügige, Unterschiede auf. Diese Unterschiede müssen in der Systemkonfiguration berücksichtigt werden. Je komplexer das Gesamtsystem wird, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass es zu Fehlfunktionen kommt. Als Reaktion auf eine Fehlfunktion kann eine Fehleranalyse durchgeführt werden. Ziel dieser Fehleranalyse ist es, die Fehlerursache zu entdecken und zu beheben. Hierbei ist es oft unerlässlich, die Daten, die zwischen Feldgerät und Leitsystem ausgetauscht werden, direkt auf der Feldbusleitung aufzuzeichnen.

Zum Aufzeichnen dieser Daten werden so genannte Busmonitore verwendet. Diese relativ teuren Busmonitore sind kommerziell von verschiedenen Herstellern erhältlich. Sie weisen die Form von speziell entwickelten Hardware- und Softwarekomponenten auf und werden als eigenständiges Computersystem in die Anlage transportiert und dort installiert. Aufgrund ihrer Komplexität können die Busmonitore meist nur von geschulten Benutzern bedient werden, wodurch zusätzliche Kosten verursacht werden. Die Installation und Inbetriebnahme eines derartigen Busmonitors gestaltet sich oft als äußerst zeitintensiv. Ein derartiger Busmonitor ist beispielsweise in der US 5,580,523 beschrieben.

Ein weiterer Nachteil der Busmonitore nach dem Stand der Technik ist, dass das Prozessleitsystem während dieser Zeit außer Betrieb genommen werden muss. Dieser Betriebsstop kann insbesondere bei Firmen, deren Kommunikationsstrukturen eine starke Abhängigkeit von einer ungestörten Funktionsweise des Prozessleitsystems aufweisen, zu weitreichenden negativen Folgen führen, wie zum Beispiel einer kompletten Lahmlegung der inner- und außerbetrieblichen Kommunikation, was wiederum zu einem Produktions- und Entwicklungsausfall und den damit zusammenhängenden finanziellen und imageschädigenden Folgen führen kann.

Außerdem müssen die Busmonitore direkt im Feld installiert werden, da ein direkter Feldbusanschluss notwendig ist, und sie weisen meist nicht die Möglichkeit einer Ferndiagnose auf. Insbesondere die Ferndiagnose aber ist ein wichtiges Instrument zur Einsparung von Personal- und Transportaufwand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Fehleranalyse von Systemen, die ein Interface zu einem seriellen Bussystem aufweisen, insbesondere von Feldbussystemen, bereitzustellen, das sich durch eine Verminderung des Hardware-Aufwands und eine schnellere Diagnosemöglichkeit gepaart mit einfacherer Bedienbarkeit auszeichnet. Hierdurch sollen die für eine Fehleranalyse erforderlichen Personalkosten und der damit verbundene Zeitaufwand gesenkt werden. Weiterhin soll die Möglichkeit der Ferndiagnose bestehen und ein Herunterfahren der Anlage, wie es bei Installation eines Busmonitors nach dem Stand der Technik notwendig ist, vermieden werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein systemintegrierter Busmonitor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit seinen kennzeichnenden Merkmalen angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen systemintegrierten Busmonitors sind in den abhängigen Ansprüchen 2–11 angegeben.

Der systemintegrierte Busmonitor ist allgemein bei jeder Art der seriellen Kommunikation nutzbar. Voraussetzung ist, dass es hardwareseitig möglich ist, alle Daten, die auf dem Bus übertragen werden, zu empfangen. Der systemintegrierte Busmonitor ist derart ausgelegt, dass ein Betrieb in einem Feldbus-Interface möglich ist, wobei die Aufzeichnungen der auf dem Feldbus übertragenen Daten am Feldbus durch mindestens eines der an den Feldbus angeschlossenen Feldbus-Interfaces erfolgt. Beispiele für typische Feldbus-Interfaces sind Profibus-Kopplung für Symphony, Freelance oder eine Profibus PC-Karte für einen Softcontroller. Dies bietet den Vorteil, dass kein kostspieliger separater Busmonitor notwendig ist, der erst in die Anlage transportiert werden muss.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist, dass mindestens ein Feldbus-Interface bereits redundant im System vorhanden ist. Somit muss diese Hardwarekomponente nicht extra installiert werden. Vielmehr wird auf eine bestehende, angeschlossene Komponente zurückgegriffen, wodurch der Inbetriebsetzungsaufwand deutlich herabgesetzt wird.

Dabei wird dieses zusätzliche, redundante Feldbus-Interface in einem Monitormodus betrieben. Wenn für das Feldbus-Interface, wie in einer anderen Ausführungsform, ein ASIC („Application Specific Intergrated Circuit" oder „Anwendungsspezifische integrierte Schaltung") verwendet wird, muss dieses ASIC über einen Monitormodus verfügen. Beim Profibus ist dies mit dem Profibus Master-ASIC ASPC2 möglich. Generell kann dieser Mechanismus mit allen Feldbussen durchgeführt werden, deren ASICs einen Monitormodus unterstützen oder deren Feldbus-Protokoll in Software realisiert wurde. Wenn die Kommunikation als reine Softwareschnittstelle implementiert ist, dann kann die Software derart angepasst werden, dass alle empfangenen Daten aufgezeichnet werden können.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Aufzeichnung Daten, die zwischen Feldgerät und Prozessleitsystem ausgetauscht werden, so dass anhand dieser Aufzeichnung eine Fehleranalyse durchgeführt werden kann.

In einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind diese auf dem Feldbus übertragenen Daten in einem Speicher hinterlegbar. Dieser Speicher gehört dem mindestens einen Feldbus-Interface oder einem redundant im System vorhandenen Controller an. Liegt keine Controller-Redundanz vor, kann natürlich auch ein zusätzlicher Controller verwendet werden, der unter Umständen schon als Ersatzteil in der Anlage vorhanden ist. Dies ist zum Beispiel im Melody/Symphony System einfach möglich, indem eine Controller-Baugruppe (CMC60) in den vorgesehenen Steckplatz gesteckt und an den Profibus angeschlossen wird.

Bei langsamen Datenübertragungsraten und schnellen Systembussen kann ein direktes Senden der empfangenen Daten in den Speicher des Controllers oder an einen PC, auf dem eine Auswertesoftware läuft, erfolgen. Bei hohen Datenübertragungsraten muss der zu speichernde Datenstrom reduziert werden, da in den Speicher des Feldbus-Interfaces oder des Controllers nur eine begrenzte Anzahl von Daten geschrieben werden kann. Die Reduzierung des zu speichernden Datenstroms erfolgt, indem die Daten vor oder bei Aufzeichnung gefiltert werden. Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht eine Filterung der auf dem Feldbus übertragenen Daten bei oder vor ihrer Aufzeichnung vor. Diese Filterung kann durch die ASIC oder durch eine Aufzeichnungssoftware erfolgen, die entsprechende Filtermöglichkeiten und Triggerbedingungen erlaubt. Nur die für die Fehleranalyse interessanten, den Filter passierende Datenströme werden abgespeichert, wodurch der Verbrauch von freiem Speicherplatz erheblich reduziert werden kann.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Auslesen der gespeicherten Daten aus dem Feldbus-Interface oder aus dem Controller. Dies geschieht, indem Mechanismen des Prozessleitsystems genutzt werden.

In noch einer weiteren Ausführungsform ist ein Mittel zur Ferndiagnose vorgesehen, um die Daten einem Benutzer in der Ferne sichtbar zu machen. Dies kann entweder durch Verschicken der Daten per Email erfolgen oder indem die Daten gleich online mit einer entsprechenden Auswertesoftware angesehen werden. Diese Auswertesoftware interpretiert die gespeicherten Datenströme oder wandelt sie in menschenlesbare Form um. Wenn im Controller ein Web-Server integriert ist, kann diese Auswertesoftware auch in den Controller integriert werden. Somit ist es dem Benutzer möglich, diese Daten direkt aus dem Controller beispielsweise mit Hilfe eines Internetbrowsers zu lesen.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1 Prinzipschaltbild des integrierten Busmonitors am Beispiel Profibus mit Auswertesoftware auf einem separaten PC, und
2 Prinzipschaltbild des integrierten Busmonitors am Beispiel Profibus mit einem Web-Server im Controller.
Gemäß 1 ist ein Feldgerät 4 über einen Feldbusanschluss 1 an einem Feldbus 7 angeschlossen. Das Feldgerät 4 kommuniziert mit einem Prozessleitsystem, das über das Profibus-Interface 5 der Profibus-ASIC ASPC2 15 an den Feldbus 7 angeschlossen ist. Der systemintegrierte Busmonitor läuft in dem redundanten Profibus-Interface 3 der Profibus-ASIC ASPC2 9. Dieses redundante Interface 3 wird im Monitormodus betrieben und liest die Daten, die auf dem Feldbus 7 übertragen werden. Über eine Aufzeichnungssoftware 8 werden Daten, die auf dem Feldbus 7 übertragen werden, im Speicher 6 hinterlegt. Der Speicher 6 des Profibus-Interfaces 3 kann nur eine begrenzte Datenmenge tragen. Daher ermöglicht die Aufzeichnungssoftware 8 die Filterung der Daten vor dem Hinterlegen im Speicher 6. Somit wird die aufgezeichnete Datenmenge deutlich reduziert. Der Monitormodus des Profibus ASIC ASPC2 9 unterstützt das Filtern von Daten, so dass die Datenfilterung auch direkt über die ASIC erfolgen kann. Sobald die auf den Feldbus 7 übertragenen und gefilterten Daten im Speicher 6 hinterlegt wurden, werden Mechanismen des Prozessleitsystems genutzt, um diese Daten aus dem Speicher 6 des Profibus-Intertaces auszulesen. Nach dem Auslesen wird der Ferndiagnosemechanismus verwendet, um diese Daten dem Benutzer sichtbar zu machen. Dies kann entweder unter Verwendung von Internet oder einer Telefonleitung 11 durch Verschicken der Daten per Email erfolgen oder indem die Daten online mit einer Auswerteeinheit 12 in Gestalt eines herkömmlichen PC mit installierter Auswertesoftware angesehen werden. Diese Auswerteeinheit 12 kann die ausgelesenen Datenströme interpretieren und/oder in eine menschenlesbare Form wandeln.
2 zeigt ein Prinzipschaltbild des integrierten Busmonitors am Beispiel Profibus mit Web-Server im Controller. Das Auslesen und Filtern der auf dem Feldbus 7 übertragenen Daten und das Hinterlegen dieser Daten im Speicher 6 erfolgt wie in 1 beschrieben. Sobald die auf den Feldbus 7 übertragenen und gefilterten Daten im Speicher 6 hinterlegt wurden, werden Mechanismen des Prozessleitsystems genutzt, um diese Daten aus dem Speicher 6 des Profibus-Interfaces auszulesen. Nach dem Auslesen wird der Ferndiagnosemechanismus verwendet, um diese Daten dem Benutzer sichtbar zu machen. Hierfür ist direkt im passiven Controller 10 ein Web-Server mit Auswertesoftware 13 integriert. Somit können die Daten direkt aus dem passiven Controller 10 mit Hilfe eines Internet-Browsers 14 gelesen werden.

1: Feldbusanschluss
3: Interface
4: Feldgerät
5: Profibus-Interface des Prozessleitsystems
6: Speicher
7: Feldbus
8: Aufzeichnungssoftware
9: Profibus Master-ASIC ASPC2 im Monitor Mode
10: Passiver Controller
11: Mittel zur Ferndiagnose
12: Auswerteeinheit
13: Web-Server mit Auswertesoftware
14: Internet Browser
15: Profibus Master-ASIC ASPC2
16: Aktiver Controller

Claims

Systemintegrierter Busmonitor für Datenkommunikationssysteme mit mindestens einem Interface (5) zu einem seriellen Bussystem, insbesondere einem Feldbussystem, das Feldbusanschlüsse für Feldgeräte (4) an ein Prozessleitsystem mittels eines Feldbusanschlusses (1) aufweist, zur Aufzeichnung der auf dem Feldbus (7) übertragenen Daten, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufzeichnung der auf dem Feldbus (7) übertragenen Daten ein Controller (10) mit einem Feldbus-Interface (3) mit einer im Monitormodus betriebenen Feldbusanschaltung an den Feldbus (7) angeschlossen ist, dessen Feldbus-Interface (3) dem Interface (5) parallelgeordnet ist.
Systemintegrierter Busmonitor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (10) Bestandteil einer redundanten Controlleranordnung im System ist.
Systemintegrierter Busmonitor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldbus-Interface (3) ein ASIC („Application Specific Intergrated Circuit") als Busanschaltung beinhaltet.
Systemintegrierter Busmonitor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnungen zwischen Feldgerät (4) und Prozessleitsystem ausgetauschte Daten umfasst.
Systemintegrierter Busmonitor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Feldbus (7) übertragenen Daten in einem Speicher (6) hinterlegbar sind.
Systemintegrierter Busmonitor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (6) dem Feldbus-Interface (3) oder dem Controller (10) angehört.
Systemintegrierter Busmonitor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filterung der auf dem Feldbus (7) übertragenen Daten bei oder vor ihrer Aufzeichnung erfolgt.
Systemintegrierter Busmonitor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterung der auf dem Feldbus (7) übertragenen Daten durch die ASIC oder durch eine Aufzeichnungssoftware (8) erfolgt.
Systemintegrierter Busmonitor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Auslesen der gespeicherten Daten aus dem Feldbus-Interface (3) oder aus dem Controller (10) erfolgt.
Systemintegrierter Busmonitor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Ferndiagnose (11) vorgesehen ist, um die Daten einem Benutzer in der Ferne sichtbar zu machen.
Systemintegrierter Busmonitor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ferndiagnose eine Auswerteeinheit (12) vorgesehen ist, welche die gespeicherten Datenströme interpretiert oder in menschenlesbare Form umwandelt.