EP3900277A1 - Felderfassungsgerät für ein feldbusnetzwerk - Google Patents

Felderfassungsgerät für ein feldbusnetzwerk

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EP3900277A1
EP3900277A1 EP19809037.5A EP19809037A EP3900277A1 EP 3900277 A1 EP3900277 A1 EP 3900277A1 EP 19809037 A EP19809037 A EP 19809037A EP 3900277 A1 EP3900277 A1 EP 3900277A1
Authority
EP
European Patent Office
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field
fieldbus
connection
detection device
component
Prior art date
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Pending
Application number
EP19809037.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Mayer
Werner Luber
Stefan Müller Osolin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Process Solutions AG
Original Assignee
Endress and Hauser Process Solutions AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Process Solutions AG filed Critical Endress and Hauser Process Solutions AG
Publication of EP3900277A1 publication Critical patent/EP3900277A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L51/00—User-to-user messaging in packet-switching networks, transmitted according to store-and-forward or real-time protocols, e.g. e-mail
    • H04L51/04—Real-time or near real-time messaging, e.g. instant messaging [IM]
    • H04L51/046—Interoperability with other network applications or services
    • 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
    • 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
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    • G05B19/0428—Safety, monitoring
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F16/20—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor of structured data, e.g. relational data
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    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
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    • H04W48/20—Selecting an access point
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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
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    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25428—Field device
    • 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
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    • G05B2219/31—From computer integrated manufacturing till monitoring
    • G05B2219/31121—Fielddevice, field controller, interface connected to fieldbus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a field detection device and a field bus network, which comprises at least one field detection device. Furthermore, the invention relates to a method for creating a connection directory for a fieldbus network and a method for establishing a data connection between a field operator device and a field device or a fieldbus component in a fieldbus network.
  • Field devices are often used in automation technology, which are used to record and / or influence process variables. Examples of such field devices are level measuring devices, mass flow meters, pressure and temperature measuring devices, etc., which as sensors detect the corresponding process variables level, flow, pressure and temperature.
  • the field devices and fieldbus components are frequently accessed via mobile field operator devices, for example via tablets, mobile phones or laptops. Such accesses are carried out, for example, in order to read out and change parameters of the field devices and fieldbus components.
  • mobile field operator devices for example via tablets, mobile phones or laptops.
  • Such accesses are carried out, for example, in order to read out and change parameters of the field devices and fieldbus components.
  • field operating devices In order to be able to establish a connection from the field operating device to the respective field device or the respective field bus component, such field operating devices in many cases trigger device scans within individual field bus segments in order to query the connection options to the respective field device or the respective field bus component. Such queries and scans, however, cause an additional load on the fieldbus network.
  • the object of the invention is to simplify access from a field operating device to a field device or a field bus component of a field bus network and to provide the field operating device with the information required for this.
  • a field detection device is designed to be connected to at least one entry point of a fieldbus network via at least one interface.
  • the field detection device is also designed to in each case an associated query for at least two connection protocols to initiate or carry out at least one fieldbus segment of the fieldbus network and to determine which field devices and fieldbus components in the at least one fieldbus segment can be addressed via the respective connection protocol.
  • the field detection device is designed to provide a connection directory in which at least one connection protocol is specified for each field device and each fieldbus component of a set of field devices and fieldbus components of the at least one fieldbus segment, via which the respective field device or the respective fieldbus component can be addressed.
  • Such a field detection device has the advantage that the field detection device maintains a centrally managed connection directory which contains all the connection information required for access to the field devices and field bus components of the field bus network.
  • a field control device that wants to access parameters of a field device or a fieldbus component can use the connection directory to select a suitable connection option to the respective field device.
  • the field operator device has information available about which connection protocols the respective field device or the respective fieldbus component supports. As a result, it is no longer necessary for the field operator device itself to initiate a scan of the fieldbus network.
  • the queries and scans are initiated or carried out exclusively by the field detection device, whereas the field control devices can access the centrally maintained and updated connection directory. This prevents the network from being burdened by the scan requests from a large number of mobile devices.
  • An additional advantage is that the software required to carry out the scans can be omitted on the part of the field operating devices.
  • Another advantage is that the field operator device is shown the greatest possible variety of access options, so that the most suitable connection option can be determined. A certain level of redundancy is also made possible because the same field device can be accessed in different ways. If, for example, a fault occurs on one of the possible connections, another connection option can be used.
  • a method according to the embodiments of the invention is used to create a connection directory for a fieldbus network.
  • the method comprises initiating or carrying out an associated one Querying in at least one fieldbus segment of the fieldbus network and detecting which field devices and fieldbus components in the at least one fieldbus segment can be addressed via the respective connection protocol.
  • the method comprises providing a connection directory in which at least one connection protocol is specified for each field device and each fieldbus component of a set of field devices and fieldbus components of the at least one fieldbus segment, via which the respective field device or the respective fieldbus component can be addressed.
  • the fieldbus network includes a field detection device that is designed to provide a connection directory in which at least one connection protocol is specified for each field device and each fieldbus component of a set of field devices and fieldbus components of the fieldbus network, via which the respective field device or the respective fieldbus component can be addressed .
  • the method comprises retrieving the connection directory provided by the field detection device or at least parts of the connection directory by the field operating device.
  • the method also includes, on the part of the field operating device, the selection of a connection protocol for access to a field device or a fieldbus component.
  • the method comprises, on the part of the field operating device, accessing the respective field device or the respective field bus component using the selected connection protocol.
  • a QR code or another optically detectable code is attached to the field device or to the fieldbus component.
  • the QR code or the other optically detectable code specifies at least one suitable connection protocol via which the field device or the fieldbus component can be addressed.
  • the QR code or the other optically detectable code to the field device or the fieldbus component and a connection protocol supported by this field device or the fieldbus component specifies at least one access path via which a field operator device can access the field device or the fieldbus component.
  • a method serves to establish a connection between a field operator device and a specific field device or a specific fieldbus component of a fieldbus network.
  • a QR code or another optically detectable code is attached to the field device or to the fieldbus component and specifies at least one suitable connection protocol via which the field device or the fieldbus component can be addressed.
  • the method comprises the detection and evaluation of the QR code or the other optically detectable code with a camera of the field control device and the access to the field device using one of the connection protocols specified in the QR code or the other optically detectable code.
  • FIG. 1 shows a fieldbus network with a field detection device
  • FIG. 2 shows a field detection device which determines connection options in a fieldbus network comprising a plurality of fieldbus segments
  • connection directory 3 shows a connection directory in which the associated connection options are specified for the various field devices
  • connection directory which retrieves the connection directory from the field detection device, selects a connection option to a field device and accesses the field device in accordance with this connection option
  • FIG. 5 shows a field device with a QR code attached to it, in which connection options to the field device are coded.
  • FIG. 1 shows a fieldbus network 1 with a fieldbus 2 to which a plurality of field devices 3-1, 3-2, 3-3 is connected.
  • a field access device 4 is also connected to the fieldbus 2, via which the individual field devices 3-1, 3-2, 3-3 can be accessed from the outside. In this way it is possible, for example, to configure a field device, to read out or set new parameters of the field device, for example to configure Reading out parameters, etc.
  • a field detection device 5 is also connected to the fieldbus 2.
  • the field detection device 5 is designed to detect the different possibilities of access to the field devices 3-1, 3-2, 3-3.
  • the field detection device 5 is designed to determine which connection protocols are supported by the individual field devices 3-1, 3-2, 3-3.
  • the field detection device 5 can detect, for example, via which access paths within the fieldbus network 1 the various field devices 3-1, 3-2, 3-3 are accessed.
  • the various field devices 3-1, 3-2, 3-3 can be accessed via a wireless connection, for example via a mobile radio connection or a WLAN connection, or via a wire-based connection.
  • the field acquisition device 5 compiles and stores the information about the different access options in a connection directory 6.
  • the field detection device 5 can be an independent device. Alternatively, the field detection device 5 can also be designed as part of another network component, for example an EDGE device.
  • connection protocols supported by the field devices and the possible access paths and entry points are preferably specified in the connection directory 6 to the field devices 3-1, 3-2, 3-3.
  • the connection directory 6 serves as a "connection dictionary". In particular, all the information required for access to the various field devices 3-1, 3-2, 3-3 is made available via the connection directory 6 provided by the field detection device 5.
  • the field detection device 5 is designed to update the connection directory 6 according to a predetermined time schedule, preferably at regular time intervals, and to bring the connection information in the connection directory 6 up to date.
  • the field control device 7 first calls the connection directory 6 from the field detection device 5. Access to a specific field device, for example to the field device 3-2, can then be carried out according to an access option listed in the connection directory 6 to the field device 3-2 using a suitable connection protocol.
  • the field detection device 5 is only designed to provide the field control device 7 with the required connection information.
  • the field detection device 5 itself is not designed to serve as an access node for the fieldbus network 1 and to establish a connection to one of the field devices 3-1, 3-2, 3-3. Rather, the field operating device 7 can use the connection information provided to establish the connection to the respective field device via an access node of the field bus network 1 provided for this purpose. In the example shown in FIG. 1, the field control device 7 can access the fieldbus network 1, for example, via the field access device 4.
  • Field devices and fieldbus components often support several different connection protocols, particularly in the area of Ethernet-based connection protocols and Industrial Ethernet protocols. Field devices and fieldbus components that are designed to be addressed using one of these Ethernet-based protocols often also support one or two other Ethernet-based connection protocols, so that there are different ways of accessing these field devices and fieldbus components. In many cases it is possible to address a field device via the same connection line using different Ethernet-based connection protocols.
  • connection protocols include Profinet, TCP UA, OPC UA, CDI_TCP, EtherNet / IP, HART-IP.
  • connection protocols include Profinet, TCP UA, OPC UA, CDI_TCP, EtherNet / IP, HART-IP.
  • a large number of devices can also be accessed via the HTTP connection protocol.
  • the field detection device 5 is designed to perform a query for several different connection protocols as to which field devices and fieldbus components support the respective connection protocol.
  • One way to carry out such a query is to initiate a scan within the fieldbus network or within individual fieldbus segments of the fieldbus network in order in this way to determine those field devices and fieldbus components that support the respective connection protocol. The prerequisite for this is that the respective connection protocol supports such scan or discovery commands. If this is the case, the field detection device 5 can transmit the scan command for the respective connection protocol to the fieldbus network or to at least one fieldbus segment, which then checks the field devices and fieldbus components within the fieldbus network or within at least one fieldbus segment and determines which field devices and fieldbus components the respective one Support connection protocol.
  • Under a Fieldbus segment is to be understood as an area of a fieldbus network, preferably an area delimited with respect to the network infrastructure.
  • connection protocols such as HTTP, for which there is no such scan or discovery command.
  • HTTP HyperText Transfer Protocol
  • the field detection device 5 tries to establish test connections to the individual field devices and fieldbus components of the fieldbus network 1.
  • the ports of the field devices and fieldbus components via which a connection can be established are often known in advance.
  • the connection is established with HTTP via port 80.
  • the field detection device 5 can determine which field devices and fieldbus components support this connection protocol by experimentally establishing test connections to a specific connection protocol.
  • the field detection device 5 provides a connection directory 6 in which all connection options to the field devices and fieldbus components of the fieldbus network are listed.
  • the individual connection options within the connection directory 6 are preferably sorted according to the individual field devices and fieldbus components, so that it is immediately apparent which connection options exist for a specific device.
  • the connection options can be arranged in the connection directory 6 according to the IP addresses of the devices, according to the MAC addresses of the devices or according to the device tags or station names of the devices.
  • the information relating to a specific connection option to a specific device primarily includes the connection protocol via which the device can be addressed.
  • information about the access paths and the entry points to be used within the fieldbus network can also be provided.
  • additional information relating to the field devices and fieldbus components such as device type, device manufacturer, tag, IP address, MAC address and other information that was ascertained during the queries carried out by the field detection device 5 can be stored within the connection directory 6.
  • the field detection device 5 is designed to update the connection directory 6 according to a predetermined time schedule, preferably at regular time intervals, and to bring the connection information in the connection directory 6 up to date.
  • the queries and scans required for this are carried out by Field detection device 5 is carried out repeatedly according to a predetermined time schedule.
  • the Profinet connection protocol is an example of an Industrial Ethernet protocol in which commands and data are transmitted in the form of Ethernet packets.
  • the Profinet protocol includes a scan command to query field devices and fieldbus components that support the Profinet protocol.
  • the CDI_TCP connection protocol is a proprietary Industrial Ethernet protocol from Endress + Hauser.
  • the standard OPC Unified Architecture, or OPC UA for short, provided by the OPC Foundation includes methods for data modeling that enable the creation of information models based on object-relational constructs.
  • the standards OPC UA and TCP UA serve as connection protocols, which in particular offer authentication, certification, access control in addition to the actual communication protocol.
  • a discovery service is defined within the OPC UA connection standard, which makes it possible to identify those field devices and fieldbus components that support the OPC UA standard.
  • EtherNet / IP is another common Ethernet-based fieldbus that is based on an open industry standard.
  • a scan command is also defined in EtherNet / IP to determine the field devices and fieldbus components that support the standard.
  • the HART-IP and Wireless HART standards are available in particular for connecting HART components. These standards are also Ethernet-based protocols in which the raw HART data are transmitted in the form of Ethernet packets. HART-IP and Wireless HART also each support scan functionality.
  • many field devices and fieldbus components each have their own website or web service that can be used to access parameters of the respective field device or fieldbus component.
  • device parameters can be read or modified using the HTTP connection protocol.
  • the respective field device or the respective field bus component can each comprise its own web server.
  • HTTP Hypertext Transfer Protocol
  • the field detection device 5 itself with a web server functionality.
  • a website provided specifically for this purpose can be provided, which provides a plurality of links to the websites and web services of the field devices and field bus components of the network system.
  • the field detection device can be designed to query only field devices and field bus components that support a specific connection protocol within the at least one field bus segment to which the field detection device is connected.
  • the query of connection options carried out by the field detection device can, however, also extend over several fieldbus segments.
  • FIG. 2 Such an example is shown in FIG. 2.
  • the field detection device 8 is connected to a first entry point 9 of a fieldbus segment 10 via a wired connection and is also connected to a second entry point 11 of a second fieldbus segment 12 via a wireless connection.
  • the field detection device 8 can therefore identify both in the fieldbus segment 10 and in the fieldbus segment 12 those field devices and fieldbus components that support a specific connection protocol.
  • the queries carried out by the field detection device 8 can also be extended to those fieldbus segments which are connected to the fieldbus segments 10 and 12 via gateway devices 13, 14.
  • the field detection device 8 it is possible for the field detection device 8 to carry out a recursive scan for a specific connection protocol, which in turn scans the device inventory in the fieldbus segment 16, in the fieldbus segment 15 and then in the fieldbus segment 10 through the gateway devices 13 and 14.
  • the experimental setup of test connections to field devices and fieldbus components within the fieldbus segments 15 and 16 is also possible through the gateway devices 13 and 14. Based on these procedures, the field detection device 8 can also record and provide an overview of the connection options for the various field devices and fieldbus components for complex and nested network topologies that comprise a large number of fieldbus segments.
  • connection directory 17 An example of a connection directory 17, which is created by the field detection device 5 based on the results of the queries and device scans described above, is shown in FIG. 3. All connection options to three different field devices are listed in the connection directory 17, each of the field devices being specified in more detail by its IP address, the day and the device type. In addition, further device details can be listed here, which are obtained from the devices in the course of the queries carried out.
  • connection directory 17 shown in FIG. 3 the connection possibilities to the two flowmeters Tank_1 and Tank_7 as well as to the fill level measuring device Tank_12 are indicated. As can be seen from the table, the flow meter Tank_1 can only be addressed via the Profinet connection protocol.
  • the Tank_7 flowmeter supports the Profinet and OPC UA connection protocols, so that you can choose between two different Ethernet-based connection protocols.
  • the fill level measuring device Tank_12 only supports the connection protocol HART-IP and also provides a web server so that the website of the fill level measuring device Tank_12 can be accessed via the HTTP connection protocol. For this reason, a choice between two different connection protocols is also possible with the Tank_12 level measuring device.
  • the connection directory 17 can also include information on access paths and possible entry points for establishing a data connection to the respective field device. In addition, it can be provided, for example, via the field detection device 5 for different field devices and Fieldbus component drivers available for download, for example drivers according to the standard FDI packages.
  • FIG. 4 shows the fieldbus system 18 for which the connection directory 17 shown in FIG. 3 has been recorded.
  • a flow meter 20 with the tag Tank_1, a flow meter 21 with the tag Tank_7 and a fill level meter 22 with the tag Tank_12 are therefore connected to the fieldbus 19.
  • the field detection device 23, which is also connected to the fieldbus 19, is designed to query the connection options to the field devices 20, 21 and 22 and to create the connection directory 17 shown in FIG. 3 based on the result of these queries.
  • connection options for access to the respective field device are listed for each of the field devices 20 to 22.
  • the field operating device 24 can be, for example, a mobile device, for example a tablet, a laptop or a cell phone, on which field access software such as the Field Care program from Endress + Hauser is installed.
  • the field control device 24 is designed to first establish a connection to the field detection device 23 and to download the current version of the connection directory 17 to the field control device 24 in step 25.
  • the connection directory 17 is thus available on the field operator device 24 side.
  • the connection directory 17 shows that the flow meter 21 can be addressed either via Profinet or via OPC UA.
  • step 26 the field operator device 24 selects the most suitable connection option from these two connection options, for example a connection via the Profinet protocol.
  • a Profinet connection is then established in step 27 between the field control device 24 and the flow measuring device 21.
  • suitable criteria can be defined in advance on the field operator device 24 side, such as, for example, transmission bandwidth, latency requirements, in particular real-time requirements, availability of the connection protocol on the field operator unit 24 side, etc.
  • the field detection device 23 can additionally be designed to generate a QR code or another optically detectable code from the connection possibilities existing for a specific field device or a specific field bus component.
  • the generated QR code can contain information about a specific connection option, but it can also contain information about several possible connections Connections include.
  • the QR code generated in this way or another optically detectable code that contains the connection options to a specific field device or a specific field bus component in coded form can then be printed out and, for example in the form of a label, affixed to the respective field device or the field component.
  • the mobile device 28 can make a selection from among the different access options and then according to this
  • Access to the field device 29 via the fieldbus network In this way, a user can quickly and easily access parameters of the various field devices and fieldbus components in the field via his mobile device and change them if necessary.

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Abstract

Es wird ein Felderfassungsgerät beschrieben, das dazu ausgelegt ist, über mindestens eine Schnittstelle mit mindestens einem Einstiegspunkt eines Feldbusnetzwerks verbunden zu werden. Das Felderfassungsgerät ist dazu ausgelegt, für mindestens zwei Verbindungsprotokolle jeweils eine zugehörige Abfrage in mindestens einem Feldbussegment des Feldbusnetzwerks zu veranlassen oder durchzuführen und dabei zu erfassen, welche Feldgeräte und Feldbuskomponenten in dem mindestens einen Feldbussegment über das jeweilige Verbindungsprotokoll ansprechbar sind. Außerdem ist das Felderfassungsgerät dazu ausgelegt, ein Verbindungsverzeichnis bereitzustellen, in dem zu jedem Feldgerät und jeder Feldbuskomponente einer Menge von Feldgeräten und Feldbuskomponenten des mindestens einen Feldbussegments jeweils mindestens ein Verbindungsprotokoll angegeben ist, über das das jeweilige Feldgerät oder die jeweilige Feldbuskomponente ansprechbar ist.

Description

Felderfassungsgerät für ein Feldbusnetzwerk
Die Erfindung betrifft ein Felderfassungsgerät sowie ein Feldbusnetzwerk, das mindestens ein Felderfassungsgerät umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erstellen eines Verbindungsverzeichnisses für ein Feldbusnetzwerk sowie ein Verfahren zum Aufbau einer Datenverbindung zwischen einem Feldbediengerät und einem Feldgerät oder einer Feldbuskomponente in einem Feldbusnetzwerk.
In der Automatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Massedurchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte etc., die als Sensoren die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck bzw. Temperatur erfassen.
In Feldbussystemen der Prozessautomatisierungstechnik wird häufig über mobile Feldbediengeräte auf die Feldgeräte und Feldbuskomponenten zugegriffen, beispielsweise über Tablets, Mobiltelefone oder Laptops. Derartige Zugriffen werden beispielsweise durchgeführt, um Parameter der Feldgeräte und Feldbuskomponenten auszulesen und zu verändern. Um eine Verbindung vom Feldbediengerät zu dem jeweiligen Feldgerät oder der jeweiligen Feldbuskomponente aufbauen zu können, veranlassen derartige Feldbediengeräte in vielen Fällen Gerätescans innerhalb einzelner Feldbussegmente, um die Verbindungsmöglichkeiten zu dem jeweiligen Feldgerät oder der jeweiligen Feldbuskomponente abzufragen. Derartige Abfragen und Scans verursachen jedoch eine zusätzliche Belastung des Feldbusnetzwerks.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Zugriff von einem Feldbediengerät aus auf ein Feldgerät oder eine Feldbuskomponente eines Feldbusnetzwerks zu vereinfachen und dem Feldbediengerät die hierfür benötigte Information bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 , 16 und 17 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Felderfassungsgerät gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist dazu ausgelegt, über mindestens eine Schnittstelle mit mindestens einem Einstiegspunkt eines Feldbusnetzwerks verbunden zu werden. Das Felderfassungsgerät ist außerdem dazu ausgelegt, für mindestens zwei Verbindungsprotokolle jeweils eine zugehörige Abfrage in mindestens einem Feldbussegment des Feldbusnetzwerks zu veranlassen oder durchzuführen und dabei zu erfassen, welche Feldgeräte und Feldbuskomponenten in dem mindestens einen Feldbussegment über das jeweilige Verbindungsprotokoll ansprechbar sind. Darüber hinaus ist das Felderfassungsgerät dazu ausgelegt, ein Verbindungsverzeichnis bereitzustellen, in dem zu jedem Feldgerät und jeder Feldbuskomponente einer Menge von Feldgeräten und Feldbuskomponenten des mindestens einen Feldbussegments jeweils mindestens ein Verbindungsprotokoll angegeben ist, über das das jeweilige Feldgerät oder die jeweilige Feldbuskomponente ansprechbar ist.
Der Einsatz eines derartigen Felderfassungsgeräts hat den Vorteil, dass durch das Felderfassungsgerät ein zentral verwaltetes Verbindungsverzeichnis vorgehalten wird, das sämtliche für den Zugriff auf die Feldgeräte und Feldbuskomponenten des Feldbusnetzwerks erforderlichen Verbindungsinformationen enthält. Ein Feldbediengerät, welches auf Parameter eines Feldgeräts oder einer Feldbuskomponente zugreifen möchte, kann das Verbindungsverzeichnis dazu nutzen, eine geeignete Verbindungsmöglichkeit zu dem jeweiligen Feldgerät auszuwählen. Insbesondere stehen dem Feldbediengerät Informationen darüber zur Verfügung, welche Verbindungsprotokolle das jeweilige Feldgerät oder die jeweilige Feldbuskomponente unterstützt. Dadurch ist es nicht mehr notwendig, dass das Feldbediengerät selbst einen Scan des Feldbusnetzwerks veranlasst.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die Abfragen und Scans ausschließlich vom Felderfassungsgerät initiiert bzw. durchgeführt, wohingegen die Feldbediengeräte auf das zentral vorgehaltene und aktualisierte Verbindungsverzeichnis zugreifen können. Eine Belastung des Netzwerks durch die Scananfragen einer Vielzahl von Mobilgeräten kann auf diese Weise verhindert werden. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass auf Seiten der Feldbediengeräte die zur Durchführung der Scans erforderliche Software entfallen kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass dem Feldbediengerät eine größtmögliche Vielfalt an Zugangsmöglichkeiten aufgezeigt wird, so dass die am besten geeignete Verbindungsmöglichkeit ermittelt werden kann. Außerdem wird eine gewisse Redundanz ermöglicht, weil auf ein und dasselbe Feldgerät auf verschiedenen Wegen zugegriffen werden kann. Wenn beispielsweise auf einer der möglichen Verbindungen eine Störung auftritt, kann eine andere Verbindungsmöglichkeit genutzt werden.
Ein Verfahren gemäß den Ausführungsformen der Erfindung dient zum Erstellen eines Verbindungsverzeichnisses für ein Feldbusnetzwerk. Das Verfahren umfasst, für mindestens zwei Verbindungsprotokolle, jeweils das Veranlassen oder Durchführen einer zugehörigen Abfrage in mindestens einem Feldbussegment des Feldbusnetzwerks und das Erfassen, welche Feldgeräte und Feldbuskomponenten in dem mindestens einen Feldbussegment über das jeweilige Verbindungsprotokoll ansprechbar sind. Darüber hinaus umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Verbindungsverzeichnisses, in dem zu jedem Feldgerät und jeder Feldbuskomponente einer Menge von Feldgeräten und Feldbuskomponenten des mindestens einen Feldbussegments jeweils mindestens ein Verbindungsprotokoll angegeben ist, über das das jeweilige Feldgerät oder die jeweilige Feldbuskomponente ansprechbar ist.
Ein weiteres Verfahren gemäß den Ausführungsformen der Erfindung dient zum Aufbau einer Datenverbindung zwischen einem Feldbediengerät und einem Feldgerät oder einer Feldbuskomponente in einem Feldbusnetzwerk. Dabei umfasst das Feldbusnetzwerk ein Felderfassungsgerät, das dazu ausgelegt ist, ein Verbindungsverzeichnis bereitzustellen, in dem zu jedem Feldgerät und jeder Feldbuskomponente einer Menge von Feldgeräten und Feldbuskomponenten des Feldbusnetzwerks jeweils mindestens ein Verbindungsprotokoll angegeben ist, über das das jeweilige Feldgerät oder die jeweilige Feldbuskomponente ansprechbar ist. Das Verfahren umfasst das Abrufen des vom Felderfassungsgerät bereitgestellten Verbindungsverzeichnisses oder zumindest von Teilen des Verbindungsverzeichnis durch das Feldbediengerät. Außerdem umfasst das Verfahren, auf Seiten des Feldbediengeräts, das Auswählen eines Verbindungsprotokolls für den Zugriff auf ein Feldgerät oder eine Feldbuskomponente. Darüber hinaus umfasst das Verfahren, von Seiten des Feldbediengeräts, Zugreifen auf das jeweilige Feldgerät oder die jeweilige Feldbuskomponente unter Verwendung des ausgewählten Verbindungsprotokolls.
Bei einem Feldgerät oder einer Feldbuskomponente gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist am Feldgerät oder an der Feldbuskomponente ein QR-Code oder ein anderer optisch erfassbarer Code angebracht. Der QR-Code oder der andere optisch erfassbare Code gibt mindestens ein geeignetes Verbindungsprotokoll an, über das das Feldgerät oder die Feldbuskomponente ansprechbar ist.
Vorzugsweise ist in dem QR-Code oder dem anderen optisch erfassbaren Code zu dem Feldgerät oder der Feldbuskomponente und einem von diesem Feldgerät oder der Feldbuskomponente unterstützten Verbindungsprotokoll mindestens ein Zugriffspfad angegeben, über den ein Feldbediengerät auf das Feldgerät oder die Feldbuskomponente zugreifen kann.
Vorzugsweise ist in dem QR-Code oder dem anderen optisch erfassbaren Code zu dem Feldgerät oder der Feldbuskomponente und einem von diesem Feldgerät oder der Feldbuskomponente unterstützten Verbindungsprotoll mindestens ein Einstiegspunkt angegeben, über den eine Verbindung zu dem Feldgerät oder der Feldbuskomponente herstellbar ist.
Ein Verfahren gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dient zum Herstellen einer Verbindung zwischen einem Feldbediengerät und einem bestimmten Feldgerät oder einer bestimmten Feldbuskomponente eines Feldbusnetzwerks. Am Feldgerät oder an der Feldbuskomponente ist ein QR-Code oder ein anderer optisch erfassbarer Code angebracht, der mindestens ein geeignetes Verbindungsprotokoll angibt, über das das Feldgerät oder die Feldbuskomponente ansprechbar ist. Das Verfahren umfasst das Erfassen und Auswerten des QR-Codes oder des anderen optisch erfassbaren Codes mit einer Kamera des Feldbediengeräts und den Zugriff auf das Feldgerät unter Verwendung eines der im QR- Code oder dem anderen optisch erfassbaren Code angegebenen Verbindungsprotokolle.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Feldbusnetzwerk mit einem Felderfassungsgerät;
Fig. 2 ein Felderfassungsgerät, das Verbindungsmöglichkeiten in einem mehrere Feldbussegmente umfassenden Feldbusnetzwerk ermittelt;
Fig. 3 ein Verbindungsverzeichnis, in dem zu den verschiedenen Feldgeräten die zugehörigen Verbindungsmöglichkeiten angegeben sind;
Fig. 4 ein Feldbediengerät, das das Verbindungsverzeichnis vom Felderfassungsgerät abruft, eine Verbindungsmöglichkeit zu einem Feldgerät auswählt und entsprechend dieser Verbindungsmöglichkeit auf das Feldgerät zugreift; und
Fig. 5 ein Feldgerät mit einem daran angebrachten QR-Code, in dem Verbindungsmöglichkeiten zu dem Feldgerät kodiert sind.
Fig. 1 zeigt ein Feldbusnetzwerk 1 mit einem Feldbus 2, an den eine Mehrzahl von Feldgeräten 3-1 , 3-2, 3-3 angeschlossen ist. An den Feldbus 2 ist darüber hinaus ein Feldzugangsgerät 4 angeschlossen, über das von außen auf die einzelnen Feldgeräte 3-1 , 3-2, 3-3 zugegriffen werden kann. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, ein Feldgerät zu konfigurieren, Parameter des Feldgeräts auszulesen oder neu zu setzen beispielsweise zu konfigurieren, Parameter auszulesen, etc. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Feldbusnetzwerk 1 ist darüber hinaus ein Felderfassungsgerät 5 an den Feldbus 2 angeschlossen. Das Felderfassungsgerät 5 ist dazu ausgelegt, zu erfassen, welche unterschiedlichen Möglichkeiten des Zugriffs auf die Feldgeräte 3-1 , 3-2, 3-3 es gibt. Insbesondere ist das Felderfassungsgerät 5 dazu ausgebildet zu ermitteln, welche Verbindungsprotokolle von den einzelnen Feldgeräten 3-1 , 3-2, 3-3 unterstützt werden. Außerdem kann seitens des Felderfassungsgeräts 5 beispielsweise erfasst werden, über welche Zugriffspfade innerhalb des Feldbusnetzwerks 1 ein Zugriff auf die verschiedenen Feldgeräte 3-1 , 3-2, 3-3 erfolgt. Beispielsweise kann ein Zugriff auf die verschiedenen Feldgeräte 3-1 , 3-2, 3-3 über eine drahtlose Verbindung, beispielsweise über eine Mobilfunkverbindung oder eine WLAN-Verbindung, oder aber über eine drahtgestützte Verbindung erfolgen. Die Informationen zu den unterschiedlichen Zugriffsmöglichkeiten werden vom Felderfassungsgerät 5 in einem Verbindungsverzeichnis 6 zusammengestellt und gespeichert. Bei dem Felderfassungsgerät 5 kann es sich um ein eigenständiges Gerät handeln. Alternativ dazu kann das Felderfassungsgerät 5 aber auch als Teil einer anderen Netzwerkkomponente, beispielsweise eines EDGE-Geräts, ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind im Verbindungsverzeichnis 6 zu den Feldgeräten 3-1 , 3-2, 3-3 die von den Feldgeräten unterstützten Verbindungsprotokolle sowie die möglichen Zugriffspfade und Einstiegspunkte angegeben. Das Verbindungsverzeichnis 6 dient insofern als„Connection Dictionary“. Insbesondere werden über das vom Felderfassungsgerät 5 bereitgestellte Verbindungsverzeichnis 6 sämtliche für den Zugriff auf die verschiedenen Feldgeräte 3-1 , 3- 2, 3-3 benötigten Informationen zur Verfügung gestellt. Das Felderfassungsgerät 5 ist dazu ausgelegt, das Verbindungsverzeichnis 6 gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Schema, vorzugsweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen zu aktualisieren und die Verbindungsinformationen im Verbindungsverzeichnis 6 auf den aktuellen Stand zu bringen.
Seitens der Benutzer besteht das Bedürfnis, innerhalb einer Produktionsanlage von einem mobilen Feldbediengerät 7 aus, beispielsweise von einem Tablet aus, auf ein bestimmtes Feldgerät des Feldbusnetzwerks 1 zuzugreifen, um beispielsweise einzelne Parameter des Feldgeräts zu überprüfen. Um einen derartigen Zugriff auf ein Feldgerät durchzuführen, ruft das Feldbediengerät 7 zunächst das Verbindungsverzeichnis 6 vom Felderfassungsgerät 5 ab. Der Zugriff auf ein bestimmtes Feldgerät, beispielsweise auf das Feldgerät 3-2, kann dann entsprechend einer im Verbindungsverzeichnis 6 zum Feldgerät 3-2 aufgeführten Zugriffsmöglichkeit unter Verwendung eines geeigneten Verbindungsprotokolls durchführt werden. Dabei ist das Felderfassungsgerät 5 lediglich dazu ausgebildet, dem Feldbediengerät 7 die benötigten Verbindungsinformationen zur Verfügung zu stellen. Das Felderfassungsgerät 5 selbst ist nicht dazu ausgebildet, als Zugangsknoten für das Feldbusnetzwerk 1 zu dienen und eine Verbindung zu einem der Feldgeräte 3-1 , 3-2, 3-3 herzustellen. Vielmehr kann das Feldbediengerät 7 mittels der bereitgestellten Verbindungsinformation die Verbindung zum jeweiligen Feldgerät über einen hierfür vorgesehenen Zugangsknoten des Feldbusnetzwerks 1 hersteilen. In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel kann das Feldbediengerät 7 beispielsweise über das Feldzugangsgerät 4 auf das Feldbusnetzwerk 1 zugreifen.
Insbesondere im Bereich der Ethernet-basierten Verbindungsprotokolle und Industrial Ethernet Protokolle unterstützen Feldgeräte und Feldbuskomponenten häufig mehrere unterschiedliche Verbindungsprotokolle. Feldgeräte und Feldbuskomponenten, die dazu ausgelegt sind, über eines dieser Ethernet-basierten Protokolle angesprochen zu werden, unterstützen häufig auch noch ein oder zwei andere Ethernet-basierte Verbindungsprotolle, so dass es demzufolge unterschiedliche Möglichkeiten des Zugriffs auf diese Feldgeräte und Feldbuskomponenten gibt. In vielen Fällen ist es möglich, ein Feldgerät über ein und dieselbe Anschlussleitung über unterschiedliche Ethernet-basierte Verbindungsprotokolle anzusprechen.
Mögliche Verbindungsprotokolle sind dabei beispielsweise Profinet, TCP UA, OPC UA, CDI_TCP, EtherNet/IP, HART-IP. Daneben kann auf eine Vielzahl von Geräten auch über das Verbindungsprotokoll HTTP zugegriffen werden.
Das Felderfassungsgerät 5 ist dazu ausgelegt, für mehrere unterschiedliche Verbindungsprotokolle eine Abfrage durchzuführen, welche Feldgeräte und Feldbuskomponenten das jeweilige Verbindungsprotokoll unterstützen. Eine Möglichkeit zur Durchführung einer derartigen Abfrage ist, einen Scan innerhalb des Feldbusnetzwerks oder innerhalb von einzelnen Feldbussegmenten des Feldbusnetzwerks zu veranlassen, um auf diese Weise diejenigen Feldgeräte und Feldbuskomponenten zu ermitteln, die das jeweilige Verbindungsprotokoll unterstützen. Voraussetzung hierfür ist, dass das jeweilige Verbindungsprotokoll derartige Scan- oder Discovery-Befehle unterstützt. Falls dies der Fall ist, kann das Felderfassungsgerät 5 den Scanbefehl zu dem jeweiligen Verbindungsprotokoll an das Feldbusnetzwerk oder an zumindest ein Feldbussegment übermitteln, das daraufhin die Feldgeräte und Feldbuskomponenten innerhalb des Feldbusnetzwerks oder innerhalb zumindest eines Feldbussegments überprüft und ermittelt, welche Feldgeräte und Feldbuskomponenten das jeweilige Verbindungsprotokoll unterstützen. Unter einem Feldbussegment ist dabei ein Bereich eines Feldbusnetzwerks zu verstehen, vorzugsweise ein in Bezug auf die Netzwerkinfrastruktur abgegrenzter Bereich.
Allerdings gibt es auch Verbindungsprotokolle wie beispielsweise HTTP, für die es keinen derartigen Scan- oder Discovery-Befehl gibt. Um auch in einem derartigen Fall herausfinden zu können, welche der Feldgeräte und Feldbuskomponenten des Feldbusnetzwerks 1 das jeweilige Verbindungsprotokoll unterstützen, kann als zweite Möglichkeit vorgesehen sein, dass das Felderfassungsgerät 5 jeweils testweise Verbindungen zu den einzelnen Feldgeräten und Feldbuskomponenten des Feldbusnetzwerks 1 aufzubauen versucht. Häufig sind die Ports der Feldgeräte und Feldbuskomponenten, über die ein Verbindungsaufbau erfolgen kann, vorab bekannt. Beispielsweise erfolgt der Verbindungsaufbau bei HTTP über den Port 80. Insofern kann das Felderfassungsgerät 5 durch den versuchsweisen Aufbau von Testverbindungen zu einem bestimmten Verbindungsprotokoll ermitteln, welche Feldgeräte und Feldbuskomponenten dieses Verbindungsprotokoll unterstützen.
Basierend auf den Ergebnissen dieser Abfragen stellt das Felderfassungsgerät 5 ein Verbindungsverzeichnis 6 zur Verfügung, in dem sämtliche Verbindungsmöglichkeiten zu den Feldgeräten und Feldbuskomponenten des Feldbusnetzwerks aufgeführt sind. Dabei sind die einzelnen Verbindungsmöglichkeiten innerhalb des Verbindungsverzeichnisses 6 vorzugsweise den einzelnen Feldgeräten und Feldbuskomponenten entsprechend sortiert, so dass unmittelbar erkennbar ist, welche Verbindungsmöglichkeiten für ein bestimmtes Gerät existieren. Beispielsweise können die Verbindungsmöglichkeiten entsprechend den IP- Adressen der Geräte, entsprechend den MAC-Adressen der Geräte oder entsprechend den Gerätetags oder Station Names der Geräte in dem Verbindungsverzeichnis 6 angeordnet sein.
Die Informationen zu einer bestimmten Verbindungsmöglichkeit zu einem bestimmten Gerät umfassen dabei in erster Linie das Verbindungsprotokoll, über das das Gerät angesprochen werden kann. Darüber hinaus können aber auch Informationen zu den Zugriffspfaden sowie den zu verwendenden Einstiegspunkten innerhalb des Feldbusnetzwerks bereitgestellt werden. Zusätzlich können innerhalb des Verbindungsverzeichnisses 6 zusätzliche Informationen zu den Feldgeräten und Feldbuskomponenten wie beispielsweise Gerätetyp, Gerätehersteller, Tag, IP-Adresse, MAC-Adresse sowie weitere Angaben, die bei den vom Felderfassungsgerät 5 durchgeführten Abfragen ermittelt wurden, abgespeichert sein.
Das Felderfassungsgerät 5 ist dazu ausgelegt, das Verbindungsverzeichnis 6 gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Schema, vorzugsweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen zu aktualisieren und die Verbindungsinformationen im Verbindungsverzeichnis 6 auf den aktuellen Stand zu bringen. Die hierfür erforderlichen Abfragen und Scans werden vom Felderfassungsgerät 5 gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Schema wiederholt durchgeführt.
Im Folgenden sollen ohne Anspruch auf Vollständigkeit einige spezifische Verbindungsprotokolle diskutiert werden.
Das Verbindungsprotokoll Profinet ist ein Beispiel eines Industrial Ethernet-Protokolls, bei dem Befehle und Daten in Form von Ethernet-Paketen übermittelt werden. Das Protokoll Profinet umfasst einen Scanbefehl zur Abfrage von Feldgeräten und Feldbuskomponenten, die das Protokoll Profinet unterstützen.
Bei dem Verbindungsprotokoll CDI_TCP handelt es sich um ein proprietäres Industrial Ethernet-Protokoll der Firma Endress + Hauser.
Der von der OPC-Foundation bereitgestellte Standard OPC Unified Architecture oder kurz OPC UA umfasst zum einen Methoden zur Datenmodellierung, die das Erstellen von Informationsmodellen auf der Basis von objektrelationalen Konstrukten ermöglichen. Daneben dienen die Standards OPC UA und TCP UA als Verbindungsprotokolle, welche insbesondere eine Authentifizierung, Zertifizierung, Zutrittskontrolle neben dem eigentlichen Kommunikationsprotokoll bieten. Innerhalb des Verbindungsstandards OPC UA ist ein Discovery-Service definiert, der es ermöglicht, diejenigen Feldgeräte und Feldbuskomponenten zu identifizieren, die den Standard OPC UA unterstützen.
EtherNet/IP ist ein weiterer verbreiteter Ethernet-basierter Feldbus, der auf einem offenen Industriestandard basiert. In EtherNet/IP ist ebenfalls ein Scanbefehl definiert, um die Feldgeräte und Feldbuskomponenten zu ermitteln, die den Standard unterstützen. Insbesondere für die Anbindung von HART-Komponenten gibt es die Standards HART-IP sowie Wireless HART. Bei diesen Standards handelt es sich ebenfalls um Ethernet-basierte Protokolle, bei denen die HART-Rohdaten in Form von Ethernet-Paketen übermittelt werden. Auch HART-IP sowie Wireless HART unterstützen jeweils eine Scanfunktionalität.
Daneben stellen viele Feldgeräte und Feldbuskomponenten jeweils eine eigene Webseite oder einen Webservice zur Verfügung, über die ein Zugriff auf Parameter des jeweiligen Feldgeräts oder der jeweiligen Feldbuskomponente möglich ist. Bei dieser Lösung können beispielsweise über das Verbindungsprotokoll HTTP Geräteparameter ausgelesen oder modifiziert werden. Zur Erzeugung der Webseite oder des Webservice kann das jeweilige Feldgerät oder die jeweilige Feldbuskomponente jeweils einen eigenen Webserver umfassen. Im Verbindungsprotokoll HTTP (Hypertext Transfer Protocol) ist es nicht möglich, mittels eines Scanbefehls abzufragen, ob die jeweiligen Feldgeräte und Feldbuskomponenten eine Webserver-Funktionalität unterstützen oder nicht. Insofern ist es bei dieser Lösung nur möglich, vom Felderfassungsgerät 5 aus HTTP-basierte Testverbindungen zu den einzelnen Feldgeräten und Feldbuskomponenten über den hierfür reservierten Port 80 aufzubauen zu versuchen. Durch den versuchsweisen Aufbau derartiger Testverbindungen vom Felderfassungsgerät 5 aus kann ermittelt werden, welche der Feldgeräte und Feldbuskomponenten des Feldbusnetzwerks über das Verbindungsprotokoll HTTP ansprechbar sind.
Darüber hinaus ist es möglich, auch das Felderfassungsgerät 5 selbst mit einer Webserver- Funktionalität auszustatten. Über die Webserver-Funktion des Felderfassungsgeräts 5 kann eine eigens hierfür vorgesehene Webseite bereitgestellt werden, die eine Mehrzahl von Links zu den Webseiten und Webservices der Feldgeräte und Feldbuskomponenten des Netzwerksystems bereitstellt. Insofern ist es möglich, über diesen Webpage-Service des Felderfassungsgeräts 5 über das Verbindungsprotokoll HTTP auf die in dieser Übersicht aufgeführten Feldgeräte und Feldbuskomponenten zuzugreifen und über das Protokoll HTTP Parameter auszulesen oder neu zu setzen. Für den Gerätezugriff ist dann lediglich die Kenntnis der IP-Adresse der vom Felderfassungsgerät 5 bereitgestellten Webpage erforderlich.
Das Felderfassungsgerät kann dazu ausgelegt sein, lediglich innerhalb des mindestens einen Feldbussegments, mit dem das Felderfassungsgerät verbunden ist, eine Abfrage nach Feldgeräten und Feldbuskomponenten, die ein bestimmtes Verbindungsprotokoll unterstützen, durchzuführen. Alternativ dazu kann sich die vom Felderfassungsgerät durchgeführte Abfrage von Verbindungsmöglichkeiten jedoch auch über mehrere Feldbussegmente hinweg erstrecken. Ein derartiges Beispiel ist in Fig. 2 gezeigt. Das Felderfassungsgerät 8 ist über eine drahtgebundene Verbindung mit einem ersten Einstiegspunkt 9 eines Feldbussegments 10 verbunden und darüber hinaus über eine Drahtlosverbindung mit einem zweiten Einstiegspunkt 1 1 eines zweiten Feldbussegments 12 verbunden. Das Felderfassungsgerät 8 kann daher sowohl im Feldbussegment 10 als auch im Feldbussegment 12 diejenigen Feldgeräte und Feldbuskomponenten identifizieren, die ein bestimmtes Verbindungsprotokoll unterstützen. Darüber hinaus können die vom Felderfassungsgerät 8 durchgeführten Abfragen auch auf diejenigen Feldbussegmente ausgedehnt werden, die über Gateway-Geräte 13, 14 mit den Feldbussegmenten 10 und 12 in Verbindung stehen. Insofern können die vom Felderfassungsgerät 8 durchgeführten Abfragen zu den Feldgeräten und Feldbuskomponenten, die bestimmte Verbindungsprotokolle unterstützen, durch die Gateway-Geräte 13 und 14 hindurch auch auf die benachbarten Feldbussegmente 15 und 16 ausgedehnt werden, so dass auch innerhalb dieser Feldbussegmente 15 und 16 diejenigen Feldgeräte und Feldbuskomponenten identifiziert werden können, die über ein bestimmtes Verbindungsprotokoll erreichbar sind. Beispielsweise ist es möglich, dass seitens des Felderfassungsgeräts 8 zu einem bestimmten Verbindungsprotokoll ein rekursiver Scan durchgeführt wird, der durch die Gateway-Geräte 13 und 14 hindurch nacheinander den Gerätebestand im Feldbussegment 16, im Feldbussegment 15 und anschließend im Feldbussegment 10 scannt. Auch der versuchsweise Aufbau von Testverbindungen zu Feldgeräten und Feldbuskomponenten innerhalb der Feldbussegmente 15 und 16 ist durch die Gateway-Geräte 13 und 14 hindurch möglich. Aufgrund dieser Vorgehensweisen kann das Felderfassungsgerät 8 auch für komplexe und verschachtelte Netzwerktopologien, die eine Vielzahl von Feldbussegmenten umfassen, eine Übersicht über die Verbindungsmöglichkeiten für die verschiedenen Feldgeräte und Feldbuskomponenten erfassen und bereitstellen.
Ein Beispiel eines Verbindungsverzeichnisses 17, welches vom Felderfassungsgerät 5 basierend auf den Ergebnissen der oben beschriebenen Abfragen und Gerätescans erstellt wird, ist in Fig. 3 gezeigt. Im Verbindungsverzeichnis 17 sind sämtliche Verbindungsmöglichkeiten zu drei verschiedenen Feldgeräten aufgeführt, wobei jedes der Feldgeräte durch seine IP-Adresse, den Tag und den Gerätetyp näher spezifiziert ist. Zusätzlich können hier weitere Geräteangaben aufgeführt sein, die im Zuge der durchgeführten Abfragen von den Geräten erhalten werden. In dem in Fig. 3 gezeigten Verbindungsverzeichnis 17 sind die Verbindungsmöglichkeiten zu den beiden Durchflussmessgeräten Tank_1 und Tank_7 sowie zum Füllstandsmessgerät Tank_12 angegeben. Wie anhand der Tabelle erkennbar ist, kann das Durchflussmessgerät Tank_1 ausschließlich über das Verbindungsprotokoll Profinet angesprochen werden. Dagegen unterstützt das Durchflussmessgerät Tank_7 die Verbindungsprotokolle Profinet und OPC UA, so dass hier eine Auswahl zwischen zwei unterschiedlichen Ethernet-basierten Verbindungsprotokollen möglich ist. Das Füllstandsmessgerät Tank_12 unterstützt nur das Verbindungsprotokoll HART-IP und stellt darüber hinaus einen Webserver zur Verfügung, so dass über das Verbindungsprotokoll HTTP auf die Webseite des Füllstandsmessgeräts Tank_12 zugegriffen werden kann. Daher ist auch beim Füllstandsmessgerät Tank_12 eine Auswahl zwischen zwei unterschiedlichen Verbindungsprotokollen möglich. Zusätzlich zu den im Beispiel von Fig. 3 gezeigten Angaben kann das Verbindungsverzeichnis 17 auch Informationen zu Zugangspfaden und möglichen Einstiegspunkten für den Aufbau einer Datenverbindung zu dem jeweiligen Feldgerät umfassen. Darüber hinaus kann beispielsweise vorgesehen sein, über das Felderfassungsgerät 5 für verschiedene Feldgeräte und Feldbuskomponente Treiber zum Download vorzuhalten, beispielsweise Treiber gemäß dem Standard FDI-Packages.
In Fig. 4 ist das Feldbussystem 18 gezeigt, für das das in Fig. 3 dargestellte Verbindungsverzeichnis 17 erfasst wurde. An den Feldbus 19 sind daher ein Durchflussmessgerät 20 mit dem Tag Tank_1 , ein Durchflussmessgerät 21 mit dem Tag Tank_7 sowie ein Füllstandsmessgerät 22 mit dem Tag Tank_12 angeschlossen. Das ebenfalls an den Feldbus 19 angeschlossene Felderfassungsgerät 23 ist dazu ausgelegt, die Verbindungsmöglichkeiten zu den Feldgeräten 20, 21 und 22 abzufragen und basierend auf dem Ergebnis dieser Abfragen das in Fig. 3 gezeigte Verbindungsverzeichnis 17 zu erstellen.
In diesem Verbindungsverzeichnis 17 sind zu jedem der Feldgeräte 20 bis 22 die Verbindungsmöglichkeiten für einen Zugriff auf das jeweilige Feldgerät aufgeführt.
Es soll nun angenommen werden, dass von einem Feldbediengerät 24 aus auf ein bestimmtes Feldgerät des Feldbusnetzwerks 17, beispielsweise auf das Durchflussmessgerät 21 , zugegriffen werden soll. Bei dem Feldbediengerät 24 kann es sich beispielsweise um ein Mobilgerät handeln, beispielsweise um ein Tablet, ein Laptop oder ein Mobiltelefon, auf dem eine Feldzugangssoftware wie beispielsweise das Programm Field Care von Endress+Hauser installiert ist. Das Feldbediengerät 24 ist dazu ausgelegt, zunächst eine Verbindung zum Felderfassungsgerät 23 herzustellen und in Schritt 25 die aktuelle Version des Verbindungsverzeichnisses 17 zum Feldbediengerät 24 herunterzuladen. Damit ist das Verbindungsverzeichnis 17 auf Seiten des Feldbediengeräts 24 verfügbar. Aus dem Verbindungsverzeichnis 17 geht hervor, dass das Durchflussmessgerät 21 wahlweise über Profinet oder über OPC UA angesprochen werden kann. Aus diesen zwei Verbindungsmöglichkeiten wählt das Feldbediengerät 24 in Schritt 26 die am besten geeignete Verbindungsmöglichkeit aus, beispielsweise eine Verbindung über das Protokoll Profinet. Anschließend wird im Schritt 27 eine Profinet-Verbindung zwischen dem Feldbediengerät 24 und dem Durchflussmessgerät 21 hergestellt. Zur Auswahl der am besten geeigneten Verbindung können vorab auf Seiten des Feldbediengeräts 24 geeignete Kriterien definiert werden, wie beispielsweise Übertragungsbandbreite, Anforderungen an die Latenzzeit, insbesondere Echtzeitanforderungen, Verfügbarkeit des Verbindungsprotokolls auf Seiten des Feldbediengeräts 24, etc.
Das Felderfassungsgerät 23 kann zusätzlich dazu ausgelegt sein, aus den zu einem bestimmten Feldgerät oder einer bestimmten Feldbuskomponente existierenden Verbindungsmöglichkeiten einen QR-Code oder einen anderen optisch erfassbaren Code zu erzeugen. Dabei kann der erzeugte QR-Code Informationen zu einer bestimmten Verbindungsmöglichkeit enthalten, er kann aber auch Informationen zu mehreren möglichen Verbindungen umfassen. Der so erzeugte QR-Code oder ein anderer optisch erfassbarer Code, der die Verbindungsmöglichkeiten zu einem bestimmten Feldgerät oder einer bestimmten Feldbuskomponente in kodierter Form enthält, kann dann ausgedruckt und beispielsweise in Form eines Etiketts auf das jeweilige Feldgerät oder die Feldkomponente aufgeklebt werden. Wenn ein Benutzer dann über sein Mobilgerät 28, beispielsweise über ein Mobiltelefon, auf das Feldgerät 29 zugreifen will, ist es lediglich erforderlich, den QR-Code 30 oder den anderen optisch erfassbaren Code mit der Kamera des Mobilgeräts 28 zu erfassen und den QR-Code 30 oder den anderen Code auf Seiten des Mobilgeräts 28 auszuwerten. Wenn die im QR-Code 30 enthaltenen Informationen mehrere alternative Zugriffsmöglichkeiten spezifizieren, kann das Mobilgerät 28 unter den verschiedenen Zugriffsmöglichkeiten eine Auswahl treffen und dann entsprechend dieser
Verbindungsmöglichkeit über das Feldbusnetzwerk auf das Feldgerät 29 zugreifen. Auf diese Weise kann ein Benutzer im Feld über sein Mobilgerät schnell und unkompliziert auf Parameter der verschiedenen Feldgeräte und Feldbuskomponenten zugreifen und diese bei Bedarf abändern.

Claims

Patentansprüche
1. Ein Felderfassungsgerät (5, 8, 23), das dazu ausgelegt ist, über mindestens eine Schnittstelle mit mindestens einem Einstiegspunkt (9,1 1 ) eines Feldbusnetzwerks (1 , 18) verbunden zu werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Felderfassungsgerät (5, 8, 23) dazu ausgelegt ist, für mindestens zwei Verbindungsprotokolle jeweils eine zugehörige Abfrage in mindestens einem Feldbussegment (10,12, 15, 16) des Feldbusnetzwerks (1 , 18) zu veranlassen oder durchzuführen und dabei zu erfassen, welche Feldgeräte (3-1 , 3-2, 3-3, 20, 21 , 22, 29) und Feldbuskomponenten in dem mindestens einen Feldbussegment (10, 12, 15, 16) über das jeweilige Verbindungsprotokoll ansprechbar sind, und
- wobei das Felderfassungsgerät (5, 8, 23) dazu ausgelegt ist, ein
Verbindungsverzeichnis (6, 17) bereitzustellen, in dem zu jedem Feldgerät (3-1 , 3-2, 3- 3, 20, 21 , 22, 29) und jeder Feldbuskomponente einer Menge von Feldgeräten und Feldbuskomponenten des mindestens einen Feldbussegments (10, 12, 15, 16) jeweils mindestens ein Verbindungsprotokoll angegeben ist, über das das jeweilige Feldgerät (3-1 , 3-2, 3-3, 20, 21 , 22, 29) oder die jeweilige Feldbuskomponente ansprechbar ist.
2. Felderfassungsgerät nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden:
- im Verbindungsverzeichnis ist zu jedem Feldgerät und jeder Feldbuskomponente des mindestens einen Feldbussegments jeweils mindestens ein Verbindungsprotokoll angegeben, über das das jeweilige Feldgerät oder die jeweilige Feldbuskomponente ansprechbar ist;
- im Verbindungsverzeichnis sind zu jedem Feldgerät und jeder Feldbuskomponente der Menge von Feldgeräten und Feldbuskomponenten des mindestens einen Feldbussegments jeweils sämtliche Verbindungsprotokolle angegeben, die vom Felderfassungsgerät überprüft wurden und über die das jeweilige Feldgerät oder die jeweilige Feldbuskomponente ansprechbar ist.
3. Felderfassungsgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden:
- das Felderfassungsgerät ist dazu ausgelegt, auf eine Anfrage eines Feldbediengeräts hin das Verbindungsverzeichnis ganz oder teilweise zu dem Feldbediengerät zu übertragen; - das Felderfassungsgerät ist dazu ausgelegt, über den mindestens einen Einstiegspunkt mit dem Feldbusnetzwerk Daten auszutauschen;
bei den Verbindungsprotokollen handelt es sich um ethernetbasierte Verbindungsprotokolle;
- die Verbindungsprotokolle umfassen mindestens ein Feldbusprotokoll;
- die Verbindungsprotokolle umfassen mindestens ein Industrial Ethernet Protokoll;
- die Verbindungsprotokolle umfassen mindestens eines von folgenden: Profinet, HTTP, TCP UA, OPC UA, CDI_TCP, EtherNet/IP, HART-IP.
4. Felderfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Felderfassungsgerät dazu ausgelegt ist, einen ein bestimmtes Verbindungsprotokoll betreffenden Scanbefehl an das Feldbusnetzwerk zu übermitteln und mittels eines Scans des mindestens einen Feldbussegments zu ermitteln, welche Feldgeräte und Feldbuskomponenten des mindestens einen Feldbussegments über das jeweilige Verbindungsprotokoll ansprechbar sind.
5. Felderfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Felderfassungsgerät dazu ausgelegt ist, versuchsweise Testverbindungen unter einem bestimmten Verbindungsprotokoll zu den Feldgeräten und Feldbuskomponenten des mindestens einen Feldbussegments aufzubauen und so zu ermitteln, ob ein jeweiliges Feldgerät oder eine jeweilige Feldbuskomponente das jeweilige Verbindungsprotokoll unterstützt.
6. Felderfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden:
- das Felderfassungsgerät ist dazu ausgelegt, über mindestens zwei Einstiegspunkte Verbindungen mit dem Feldbusnetzwerk herzustellen;
- das Felderfassungsgerät ist dazu ausgelegt, mindestens eine drahtlose Verbindung mit mindestens einem ersten Einstiegspunkt des Feldbusnetzwerks herzustellen;
- das Felderfassungsgerät ist dazu ausgelegt, mindestens eine drahtgebundene Verbindung mit mindestens einem zweiten Einstiegspunkt des Feldbusnetzwerks herzustellen.
7. Felderfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: - die Verbindungsmöglichkeiten zu Feldgeräten und Feldbuskomponenten des
Feldbusnetzwerks sind im Verbindungsverzeichnis nach Feldgeräten bzw. Feldbuskomponenten gruppiert angeordnet;
- die Verbindungsmöglichkeiten zu Feldgeräten und Feldbuskomponenten des
Feldbusnetzwerks sind im Verbindungsverzeichnis nach einem von folgenden gruppiert: IP-Adressen der Feldgeräte bzw. Feldbuskomponenten, MAC-Adressen der Feldgeräte bzw. Feldbuskomponenten, Tags der Feldgeräte bzw. Feldbuskomponenten;
- im Verbindungsverzeichnis ist zu einem Feldgerät oder einer Feldbuskomponente mindestens eines von folgenden angegeben: eine IP-Adresse, eine MAC-Adresse, ein Tag;
- auf Seiten des Felderfassungsgeräts werden Topologieinformationen vorgehalten, und das Felderfassungsgerät ist dazu ausgelegt, zu einem Feldgerät oder einer Feldbuskomponente und zu einem bestimmten Verbindungsprotokoll anhand der Topologieinformationen einen geeigneten Zugriffspfad zu ermitteln.
8. Felderfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungsverzeichnis jeweils zu einem Feldgerät oder einer Feldbuskomponente und einem von diesem Feldgerät oder der Feldbuskomponente unterstützten
Verbindungsprotokoll mindestens ein Zugriffspfad angegeben ist, über den ein Feldbediengerät auf das Feldgerät oder die Feldbuskomponente zugreifen kann.
9. Felderfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungsverzeichnis jeweils zu einem Feldgerät oder einer Feldbuskomponente und einem von diesem Feldgerät oder der Feldbuskomponente unterstützten
Verbindungsprotokoll mindestens ein Einstiegspunkt angegeben ist, über den eine Verbindung zu dem Feldgerät oder der Feldbuskomponente herstellbar ist.
10. Felderfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden:
- das Felderfassungsgerät ist dazu ausgelegt, das Verbindungsverzeichnis gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Schema zu aktualisieren;
- das Felderfassungsgerät ist dazu ausgelegt, für die mindestens zwei Verbindungsprotokolle die Abfrage, welche Feldgeräte und Feldbuskomponenten des mindestens einen Feldbussegments über das jeweilige Verbindungsprotokoll ansprechbar sind, gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Schema zu wiederholen und anhand der gefundenen Resultate das Verbindungsverzeichnis zu aktualisieren; - das Felderfassungsgerät ist lediglich dazu ausgelegt, einem Feldbediengerät das Verbindungsverzeichnis zur Verfügung zu stellen, und nicht dazu ausgelegt, Verbindungen zu Feldgeräten und Feldbuskomponenten des Feldbusnetzwerks herzustellen;
- das Felderfassungsgerät ist nicht dazu ausgelegt, Verbindungen zwischen einem Feldbediengerät und einem Feldgerät oder einer Feldbuskomponente des Feldbusnetzwerks herzustellen;
- das Felderfassungsgerät ist als eigenständiges separates Gerät ausgebildet, das dazu ausgelegt ist, mit einem Feldbusnetzwerk verbunden zu werden.
1 1. Felderfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eines von folgenden:
- das Felderfassungsgerät ist dazu ausgelegt, die Abfrage, welche Feldgeräte und Feldbuskomponenten über ein jeweiliges Verbindungsprotokoll ansprechbar sind, lediglich innerhalb des mindestens einen Feldbussegments durchzuführen;
- das Felderfassungsgerät ist dazu ausgelegt, dass sich die Abfrage, welche Feldgeräte und Feldbuskomponenten über ein jeweiliges Verbindungsprotokoll ansprechbar sind, über das mindestens eine Feldbussegment hinaus durch Gatewaygeräte hindurch auf zusätzliche Feldbussegmente des Feldbusnetzwerks erstreckt.
12. Felderfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden:
- das Felderfassungsgerät ist dazu ausgebildet, einen Webserver bereitzustellen, über den über das Protokoll HTTP auf Feldgeräte und Feldbuskomponenten des Feldbusnetzwerks zugegriffen werden kann;
- das Felderfassungsgerät ist dazu ausgelegt, einen Webserver mit Links zu Webseiten und Webservices von Feldgeräten und Feldbuskomponenten des Feldbusnetzwerks bereitzustellen;
- das Felderfassungsgerät ist dazu ausgelegt, gemäß dem Standard OPC UA ein OPC UA Informationsmodell bereitzustellen, welches Verbindungsinformationen zu Feldgeräten und/oder Feldbuskomponenten enthält.
13. Felderfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Felderfassungsgerät dazu ausgelegt ist, einen QR-Code zur Anbringung an einem bestimmten Feldgerät oder einer bestimmten Feldbuskomponente des Feldbusnetzwerks zu erzeugen, wobei in dem QR-Code mindestens ein Verbindungsprotokoll angegeben ist, über das das Feldgerät oder die Feldbuskomponente ansprechbar ist.
14. Felderfassungsgerät nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden:
- in dem QR-Code zu dem Feldgerät oder der Feldbuskomponente und einem von diesem Feldgerät oder der Feldbuskomponente unterstützten Verbindungsprotokoll ist mindestens ein Zugriffspfad angegeben, über den ein Feldbediengerät auf das Feldgerät oder die Feldbuskomponente zugreifen kann;
- in dem QR-Code zu dem Feldgerät oder der Feldbuskomponente und einem von diesem Feldgerät oder der Feldbuskomponente unterstützten Verbindungsprotoll ist mindestens ein Einstiegspunkt angegeben, über den eine Verbindung zu dem Feldgerät oder der Feldbuskomponente herstellbar ist.
15. Ein Feldbusnetzwerk (1 , 18), das mindestens ein Felderfassungsgerät (5, 8, 23) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 umfasst.
16. Verfahren zum Erstellen eines Verbindungsverzeichnisses (6, 17) für ein
Feldbusnetzwerk (1 , 18), wobei das Verfahren umfasst:
- für mindestens zwei Verbindungsprotokolle, jeweils Veranlassen oder Durchführen einer zugehörigen Abfrage in mindestens einem Feldbussegment (10, 12, 15, 16) des Feldbusnetzwerks (1 , 18) und Erfassen, welche Feldgeräte (3-1 , 3-2, 3-3, 20, 21 , 22,
29) und Feldbuskomponenten in dem mindestens einen Feldbussegment (10, 12, 15,
16) über das jeweilige Verbindungsprotokoll ansprechbar sind;
- Bereitstellen eines Verbindungsverzeichnisses (6, 17), in dem zu jedem Feldgerät (3-1 ,
3-2, 3-3, 20, 21 , 22, 29) und jeder Feldbuskomponente einer Menge von Feldgeräten und Feldbuskomponenten des mindestens einen Feldbussegments (10, 12, 15, 16) jeweils mindestens ein Verbindungsprotokoll angegeben ist, über das das jeweilige Feldgerät (3-1 , 3-2, 3-3, 20, 21 , 22, 29) oder die jeweilige Feldbuskomponente ansprechbar ist.
17. Verfahren zum Aufbau einer Datenverbindung zwischen einem Feldbediengerät (7, 24,
28) und einem Feldgerät (3-1 , 3-2, 3-3, 20, 21 , 22, 29) oder einer Feldbuskomponente in einem Feldbusnetzwerk (1 , 18),
wobei das Feldbusnetzwerk (1 , 18) ein Felderfassungsgerät (5, 8, 23) umfasst, das dazu ausgelegt ist, ein Verbindungsverzeichnis (6, 17) bereitzustellen, in dem zu jedem Feldgerät (3-1 , 3-2, 3-3, 20, 21 , 22, 29) und jeder Feldbuskomponente einer Menge von Feldgeräten und Feldbuskomponenten des Feldbusnetzwerks (1 , 18) jeweils mindestens ein Verbindungsprotokoll angegeben ist, über das das jeweilige Feldgerät (3-1 , 3-2, 3-3,
20, 21 , 22, 29) oder die jeweilige Feldbuskomponente ansprechbar ist, wobei das Verfahren umfasst:
- Abrufen (25) des vom Felderfassungsgerät (5, 8, 23) bereitgestellten
Verbindungsverzeichnisses (6, 17) oder zumindest von Teilen des
Verbindungsverzeichnis (6, 17) durch das Feldbediengerät (7, 24, 28);
- auf Seiten des Feldbediengeräts (7, 24, 28), Auswählen (26) eines
Verbindungsprotokolls für den Zugriff auf ein Feldgerät (3-1 , 3-2, 3-3, 20, 21 , 22, 29) oder eine Feldbuskomponente;
- von Seiten des Feldbediengeräts (7, 24, 28), Zugreifen (27) auf das jeweilige Feldgerät (3-1 , 3-2, 3-3, 20, 21 , 22, 29) oder die jeweilige Feldbuskomponente unter Verwendung des ausgewählten Verbindungsprotokolls.
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