EP1664949A2 - Verfahren zur sicheren datenübertragung zwischen einem eigensicheren sensor und einer nicht eigensicheren auswerteeinheit - Google Patents

Verfahren zur sicheren datenübertragung zwischen einem eigensicheren sensor und einer nicht eigensicheren auswerteeinheit

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EP1664949A2
EP1664949A2 EP04786968A EP04786968A EP1664949A2 EP 1664949 A2 EP1664949 A2 EP 1664949A2 EP 04786968 A EP04786968 A EP 04786968A EP 04786968 A EP04786968 A EP 04786968A EP 1664949 A2 EP1664949 A2 EP 1664949A2
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EP
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sensor
computer unit
intrinsically safe
measurement data
unit
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EP04786968A
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Inventor
Detlev Wittmer
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Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/21—Pc I-O input output
    • G05B2219/21103—Connect pc to machine, controller, module via PCMCIA
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/24—Pc safety
    • G05B2219/24028—Explosion free control, intrinsically safe

Definitions

  • the invention relates to a method for secure data transmission between an intrinsically safe sensor and a non-intrinsically safe evaluation unit.
  • Sensors in process automation technology record different process variables and transmit the corresponding digital measured values to an evaluation unit (e.g. control room) in which the measured values are stored and, if necessary, processed further.
  • an evaluation unit e.g. control room
  • Such sensors are often used, in particular potentiometric sensors, in explosion-protected areas (Ex areas). Potentiometric sensors are generally suitable for use in hazardous areas.
  • PCs personal computers
  • PCs personal computers
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for secure data transmission between an intrinsically safe sensor and a non-intrinsically safe evaluation unit, which can be carried out simply and inexpensively.
  • FIG. 2 shows a computer unit, which exchanges data with a sensor via a plug-in module, in a schematic illustration
  • Fig. 3 computer unit, which exchanges data with a sensor via a portable storage medium, in a schematic representation.
  • the sensor shown in FIG. 1 is a liquid or gas sensor, in particular a potentiometric sensor, which consists of a sensor module SM and a sensor module head.
  • Sensor module SM and sensor module head enable data and energy exchange via a galvanically decoupled transmission path.
  • the sensor S is connected to a calibration unit KA via a line L1. With the help of the calibration unit KA, sensors can be calibrated.
  • the measuring station designation for the sensor S can also be entered and transmitted via line L1 to a memory provided in the sensor module SM.
  • the calibration unit is supplied with power via a plug-in power supply SN.
  • the calibration unit K and the sensor S are both suitable for the Ex area and are therefore designed to be intrinsically safe.
  • the computing unit PC can be a personal computer, notebook or laptop.
  • the calibration unit K is connected to a computer unit (personal computer) PC via a data line D2 in which an interface CDI is provided.
  • the PC-side transmission takes place according to the USB (Universal Serial Bus) standard.
  • the sensor-side data transmission on data line D2 and on line L1 is carried out according to a proprietary protocol via an RS485 interface.
  • FIG. 2 shows a connection between the sensor S and the computer unit PC via a PCMCIA plug-in card.
  • PCMCIA plug-in card slots are often provided in today's personal computers.
  • the sensor S is connected here via a line L1 to an Ex barrier B and the PCMCIA plug-in module.
  • line L1 is connected to a multiplex unit MUX, to which various other sensors S1, S2, S3, S4, S5 are connected.
  • data is transmitted via line L1 according to a proprietary protocol.
  • the computer unit PC allows a connection to other communication networks (Internet, intranet, company networks).
  • the data transfer between sensor S or sensors S1-S5 takes place via the PCMCIA plug-in card designed as a plug-in module for a computer unit R.
  • the Ex barrier can be easily integrated into the plug-in module.
  • the galvanic isolation in the Ex-barrier B takes place in a known manner optically (by means of an optocoupler) or capacitively or inductively.
  • sensors can be connected directly to a computer unit in a simple manner.
  • the calibration unit K has an additional data interface (fieldbus, network, 4-20 mA).
  • the calibration unit K has a connection for a portable storage medium SP.
  • the computer unit PC also has a connection option for the portable storage medium SP via the interface CDI, which has already been described in FIG. 1.
  • the data transmission between the computer unit R and the sensor S takes place as follows:

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Abstract

Bei einem Verfahren zur sicheren Datenübertragung zwischen einem eigensicheren Sensor und einer nicht eigensicheren Rechnereinheit erfolgt die Datenübertragung über eine Schnittstelle, die als Ex-Barriere ausgebildet ist bzw. über ein tragbares Speichermedium.

Description

Verfahren zur sicheren Datenübertragung zwischen einem eigensicheren Sensor und einer nicht eigensicheren Auswerteeinheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sicheren Datenübertragung zwischen einem eigensicheren Sensor und einer nicht eigensicheren Auswerteeinheit.
Sensoren in der Prozessautomatisierungstechnik erfassen unterschiedliche Prozessvariablen und Übertagen die entsprechenden digitalen Messwerte zu einer Auswerteeinheit (z. B. Warte), in der die Messwerte abgespeichert und gegebenenfalls weiterverarbeitet werden.
Häufig werden derartige Sensoren insbesondere potentio metrische Sensoren, in explosionsgeschützten Bereichen (Ex-Bereich) eingesetzt. Potentiometrische Sensoren sind in der Regel für den Einsatz in Ex-Bereichen geeignet.
Die Auswertung der Messdaten erfolgt häufig jedoch in Rechnereinheiten wie PCs (Personal Computer), die nicht für den Ex-Bereich geeignet sind. Es gibt auch PCs die für den Ex-Bereich geeignet sind, diese sind aber sehr teuer.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur sicheren Datenübertragung zwischen einem eigensicheren Sensor und einer nicht eigensicheren Auswerteeinheit anzugeben, das einfach und kostengünstig durchführbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebenen Verfahrensschritte.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Rechnereinheit, die mit einem Sensor über eine Schnittstelle Daten austauscht, in schematischer Darstellung;
Fig. 2 Rechnereinheit, die über ein Einschubmodul mit einem Sensor Daten austauscht, in schematischer Darstellung;
Fig. 3 Rechnereinheit, die über ein tragbares Speichermedium Daten mit einem Sensor austauscht, in schematischer Darstellung.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Sensor handelt es sich um einen Flüssigkeitsoder Gassensor insbesondere einen potentiometrischen Sensor, der aus einem Sensormodul SM und einem Sensormodulkopf besteht. Sensormodul SM und Sensormodulkopf ermöglichen den Daten- und Energieaustausch über eine galvanisch entkoppelte Übertragungsstrecke. Über eine Leitung L1 ist der Sensor S mit einer Kalibriereinheit KA verbunden. Mit Hilfe der Kalibriereinheit KA ist eine Kalibrierung von Sensoren möglich. Neben den Kalibrationsdaten können auch die Messstelienbezeichnung für den Sensor S eingegeben werden und über die Leitung L1 zu einem im Sensormodul SM vorgesehenen Speicher übertragen werden.
Die Spannungsversorgung der Kalibriereinheit erfolgt über ein Steckenetzteil SN.
Wie es aus Fig. 1 ersichtlich sind die Kalibriereinheit K und der Sensor S beide für den Ex-Bereich geeignet und damit eigensicher ausgelegt.
Bei der Rechnereinheit PC kann es sich um einen Personal Computer, Notebook oder Laptop handeln. Die Kalibriereinheit K ist über eine Datenleitung D2 in der eine Schnittstelle CDI vorgesehen ist, mit einer Rechnereinheit (Personal Computer) PC verbunden. Die PC-seitige Übertragung erfolgt gemäß dem USB (Universal Serial Bus)- Standard. Die sensorseitige Datenübertragung auf der Datenleitung D2 sowie auf der Leitung L1 erfolgt nach einem propretären Protokoll über eine RS485 Schnittstelle.
Die Datenübertragung zwischen der Rechnereinheit R und dem Sensor S erfolgt wie folgt:
A. Umwandeln der analogen Messwerte in digitale Messdaten im Sensormodul SM des Sensors S.
B. Übertragen der digitalen Messdaten zum Sensormodulkopf SMK des Sensors S über eine galvanisch entkoppelte Übertragungsstrecke anschließend werden die Messdaten zur Kalibriereinheit K weiterübertragen.
C. Übertragen der Messdaten von der Kalibriereinheit K zur Schnittstelle CDI, die als EX-Barriere dient.
D. Übertragung der Messdaten von der Schnittstelle CDI zur Rechnereinheit R über eine an der Rechnereinheit R vorgesehene Standardschnittstelle (z.B. USB-Schnittstelle).
In Fig. 2 ist eine Verbindung zwischen dem Sensor S und der Rechnereinheit PC über eine PCMCIA- Steckkarte dargestellt. PCMCIA-Steckkarten- Einschubplätze, sind bei heutigen Personal Computern häufig vorgesehen. Der Sensor S ist hier über eine Leitung L1 mit einer Ex-Barriere B und dem PCMCIA- Einschubmodul verbunden. Weiterhin ist die Leitung L1 mit einem Multiplexeinheit MUX verbunden, an die verschiedene weitere Sensoren S1 , S2, S3, S4, S5 angeschlossen sind. Auch hier erfolgt die Datenübertragung über die Leitung L1 nach einem proprietären Protokoll. Wie in Fig. 2 dargestellt, erlaubt die Rechnereinheit PC eine Verbindung mit weiteren Kommunikationsnetzwerken (Internet, Intranet, Firmennetzwerke).
In Fig. 2 erfolgt der Datentransfer zwischen dem Sensor S bzw. der Sensoren S1 - S5 über die als Einschubmodul für eine Rechnereinheit R ausgelegte PCMCIA- Steckkarte. Die Ex-Barriere kann in einfacher Weise in das Einschubmodul integriert sein. Die galvanische Trennung in der Ex-Barriere B erfolgt in bekannter Weise optisch (mittels Optokoppler) bzw. kapazitiv oder induktiv. Bei dem Einsatz eines Einschubmoduls mit Ex-Barriere können in einfacher Weise Sensoren direkt mit einer Rechnereinheit verbunden werden.
Die Datenübertragung zwischen der Rechnereinheit R und dem Sensor S erfolgt wie folgt:
A. Umwandlung der analogen Messwerte in digitale Messdaten im Sensormodul SM des Sensors S. B. Übertragung der digitalen Messdaten zum Sensormodulkopf SMK des Sensors über eine galvanisch entkoppelte Übertragungsstrecke und weiter zum Einschubmodul PCMCI der Rechnereinheit R, das als Ex-Barriere ausgebildet ist.
In Fig. 3 ist eine weitere Möglichkeit für eine Datenübertragung zwischen einem Sensor S und einer Rechnereinheit R näher dargestellt. In diesem Fall weist die Kalibriereinheit K eine zusätzliche Datenschnittstelle (Feldbus, Netzwerk, 4-20 mA auf). Zusätzlich weist die Kalibriereinheit K einen Anschluss für ein tragbares Speichermedium SP auf. Die Rechnereinheit PC weist ebenfalls eine Anschlussmöglichkeit für das tragbare Speichermedium SP über die Schnittstelle CDI auf, die bereits in Fig. 1 beschrieben ist. Die Datenübertragung zwischen der Rechnereinheit R und dem Sensor S erfolgt wie folgt:
A. Umwandlung der analogen Messwerte in digitale Messdaten im Sensormodul SM des Sensors S.
B. Übertragung der digitalen Messdaten zum Sensormodulkopf SMK des Sensors S über eine galvanisch entkoppelte Übertragungsstrecke und weiter zur Kalibriereinheit K.
C. Abspeichern der Messdaten auf dem von der Kalibriereinheit K trennbaren tragbaren Speichermedium SP.
D. Transportieren des Speichermediums SP im abgetrennten Zustand zur Rechnereinheit R.
E. Verbinden des Speichermediums SP mit der Rechnereinheit R.
F. Übertragung der Messdaten zur Rechnereinheit R über eine an der Rechnereinheit R vorgesehene Standardschnittstelle (z.B. USB-Schnittstelle).
Mit den vorgenannten Verfahren ist es möglich Daten zwischen dem eigensicheren Sensor S und der nicht eigensicheren Rechnereinheit R in einfacher Weise auszutauschen. Der Datenaustausch kann in allen beschriebenen Fällen in beiden Richtungen, d.h. vom Sensor S zur Rec nereinheit R bzw. von der Rechnereinheit R zum Sensor S hin erfolgen. In der Rechnereinheit R können unterschiedliche Sensoren und Messstellen verwaltet werden. An der Rechnereinheit R ist eine graphische Darstellung der Historie des Sensors möglich. Ebenfalls kann an der Rechnereinheit R eine Abschätzung der Lebensdauer einer Elektrode eines Sensors S erfolgen. Auch können Kalibrationsdaten eines Sensors S, bei einer Kalibrierung vor Ort, zur Rechnereinheit für die Sensorhistorie, einfach übertragen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur sicheren Datenübertragung zwischen einem eigensicheren Sensor und einer nicht eigensicheren Rechnereinheit mit folgenden Verfahrensschritten:
A. Umwandlung der analogen Messwerte in digitale Messdaten in einem Sensormodul des Sensors. B. Übertragung der digitalen Messdaten zum Sensormodulkopf des Sensors über eine galvanisch entkoppelte Übertragungsstrecke und weiter zu einer Kalibriereinheit.
C. Abspeichern der Messdaten auf einem von der Kalibriereinheit trennbaren tragbaren Speichermedium.
D. Transportieren des Speichermediums im abgetrennten Zustand zur Rechnereinheit. E. Verbinden des Speichermediums mit der Rechnereinheit.
E. Übertragung der Messdaten zur Rechnereinheit über eine an der Rechnereinheit vorgesehene Standardschnittstelle.
2. Verfahren zur sicheren Datenübertragung zwischen einem eigensicheren Sensor und einer nicht eigensicheren Rechnereinheit mit folgenden Verfahrensschritten:
A. Umwandlung der analogen Messwerte in digitale Messdaten in einem Sensormodul des Sensors.
B. Übertragung der digitalen Messdaten zum Sensormodulkopf des Sensors über eine galvanisch entkoppelte Übertragungsstrecke und weiter zu einer Kalibriereinheit.
C. Übertragung der Messdaten von der Kalibriereinheit zu einer Schnittstelle CDI, die als EX-Barriere ausgebildet ist.
D. Übertragung der Messdaten von der Schnittstelle CDI zur Rechnereinheit über eine an der Rechnereinheit vorgesehene Standardschnittstelle.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Standardschnittstelle an der Rechnereinheit eine USB-Schnittstelle ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung zwischen Sensor und der Kalibriereinheit mit einem proprietären Protokoll nach dem RS485-Standard erfolgt.
5. Verfahren zur sicheren Datenübertragung zwischen einem eigensicheren Sensor und einer nicht eigensicheren Rechnereinheit mit folgenden Verfahrensschritten: A. Umwandlung der analogen Messwerte in digitale Messdaten in einem Sensormodul des Sensors.
B. Übertragung der digitalen Messdaten zum Sensormodulkopf des Sensors über eine galvanisch entkoppelte Übertragungsstrecke und weiter zu einem Einschubmodul der Rechnereinheit, das als Ex-Barriere ausgebildet ist. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einschubmodul eine PCMCIA-Steckkarte ist.
EP04786968A 2003-09-23 2004-09-20 Verfahren zur sicheren datenübertragung zwischen einem eigensicheren sensor und einer nicht eigensicheren auswerteeinheit Withdrawn EP1664949A2 (de)

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