EP4200679A1 - Verfahren zum einbinden eines feldgeräts der automatisierungstechnik in eine distributed ledger - Google Patents

Verfahren zum einbinden eines feldgeräts der automatisierungstechnik in eine distributed ledger

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Publication number
EP4200679A1
EP4200679A1 EP21746016.1A EP21746016A EP4200679A1 EP 4200679 A1 EP4200679 A1 EP 4200679A1 EP 21746016 A EP21746016 A EP 21746016A EP 4200679 A1 EP4200679 A1 EP 4200679A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
field device
distributed ledger
code
data
parameters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21746016.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sushil Siddesh
Johannes Sprenger
Jenish Gheewala
Matthias Brenzinger
Karl BÜTTNER
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 Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Publication of EP4200679A1 publication Critical patent/EP4200679A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F8/00—Arrangements for software engineering
    • G06F8/60—Software deployment
    • G06F8/61—Installation
    • 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—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/04—Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Program 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
    • G05B2219/23—Pc programming
    • G05B2219/23313—Load program to initial configure machine, then erase and install userprogram
    • 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
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25057—Configuration stored in distributed database for real time use
    • 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
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25428—Field device

Definitions

  • the invention relates to a field device for automation technology with operating electronics and a large number of parameters. Furthermore, the invention includes a method for integrating a field device according to the invention into a distributed ledger.
  • field devices are used as automation components, which are used in process automation technology as well as in production automation technology. In principle, all devices that are used close to the process and that supply or process process-relevant information are referred to as field devices. Thus, field devices are used to record and/or influence process variables. Measuring devices or sensors are used to record process variables. These are used, for example, for pressure and temperature measurement, conductivity measurement, flow measurement, pH measurement, level measurement, etc. and record the corresponding process variables pressure, temperature, conductivity, pH value, level, flow rate, etc. Actuators are used to influence process variables.
  • automation components are also understood to mean gateways, edge devices, remote I/Os, wireless adapters or devices in general that are arranged at the field level.
  • Control units such as a PLC (programmable logic controller) or a PLC (programmable logic controller).
  • the higher-level units are used, among other things, for process control, process visualization, process monitoring and for commissioning the field devices.
  • the measured values recorded by the field devices, in particular by sensors, are transmitted via the respective bus system to one (or optionally several) higher-level unit(s).
  • data transmission from the higher-level unit via the bus system to the field devices is also required, in particular for configuring and parameterizing field devices and for controlling actuators.
  • Custody transfer facilities are used in particular in the oil and gas industry and are used for transactions and the transport of physical substances between two operators.
  • Such a custody transfer system contains one or more automation components which are used to record the quantity of a transported physical substance and to store the data of the transactions. All transactions must be carried out and recorded in a tamper-proof and incontestable manner.
  • the automation components, in particular the field devices, must be verified and calibrated and certified in this regard by an authority.
  • DLT Distributed Ledger Technology
  • DLT Distributed Ledger Technology
  • So-called DLT Distributed Ledger Technology
  • Distributed Ledger Technology allows all data stored in the database to be stored on a large number of networked participant nodes. The entirety of all unique data entries is referred to as a "ledger”. Appropriate measures are taken to ensure that new transactions to be added are adopted in all copies of the ledger and that all participant nodes come to an agreement about the current status of the ledger.
  • DLTs are "Blockchain”, “blockDAG” or "TDAG”.
  • a field device with network connectivity in a specific DLT environment such as those of trading partners, metrological governing bodies, government agencies
  • a DLT environment-specific component such as code or hardware
  • the object of the invention is to integrate a field device in a distributed ledger in a simple manner.
  • the object is achieved by a field device from automation technology, with operating electronics and a large number of parameters, the operating electronics being designed to operate the field device on the basis of the parameters and to collect or process data based on the parameters, the A firmware with a software container is assigned to operating electronics, the software container comprising:
  • the communication channels are designed to connect the field device to a higher-level communication network, for example the Internet or a local area network;
  • the software container is designed to execute the installed code and to use the code to establish a communication connection to a distributed ledger via at least one of the outputs via the higher-level communication network, to integrate the field device in the distributed ledger, and to process at least part of the collected or to process and/or combine processed data into result data and to transmit the result data to the distributed ledgers.
  • the field device according to the invention can be easily and quickly integrated into any distributed ledger.
  • a database designed according to distributed ledger technology which exists across multiple locations or among multiple subscriber nodes, is referred to as a distributed ledger.
  • the firmware of the field device is updated so that it contains a specific software container.
  • the software container allows execution of a code for integration of the field device into the distributed ledger, data processing and data transmission into the distributed ledger, and frees up resources of the electronic unit for these tasks.
  • the code can be freely selected for any distributed ledger, even from third-party providers.
  • the code can be overwritten at will.
  • Field devices which are mentioned in connection with the method according to the invention, have already been listed as examples in the introductory part of the description.
  • a field device in connection with the invention is used in a custody transfer system.
  • the field device can be used for any use cases in other industries.
  • An advantageous embodiment of the field device according to the invention provides that the field device is a measuring device with at least one sensor unit for recording a raw physical variable of a process engineering process, a network device, in particular a gateway, a remote I/O, a switch or an edge device, or a Control unit, in particular a control unit is. Further examples of field devices have already been listed in the introductory part of the description.
  • An advantageous embodiment of the field device according to the invention provides that data collected or processed according to the parameters are at least one of the following:
  • Measured values formed from the raw measured variables and other variables, for example volumes or invoices transmitted in a defined time interval;
  • the code has a network address of the distributed ledger and a registration routine for the distributed ledger.
  • the registration routine contains specific information on how the field device has to behave in the distributed ledger, e.g. at what frequency data can be transmitted to the distributed ledger, whether the field device forms an active participant node (e.g . to verify transactions of other field devices), whether the field device stores at least part of the ledger of the distributed ledger, etc.
  • the method according to the invention allows a field device to be integrated into a distributed ledger without the firmware of the field device having to be overwritten again (in the sense of adapting, recompiling and installing) with each integration process.
  • the field device is integrated in accordance with the code in the distributed ledger after the communication connection with the distributed ledger has been established for the first time. This uses the login routine mentioned above, which is part of the code.
  • the field device functions as a subscriber node, in particular as a light node, after integration into the distributed ledger.
  • a light node is characterized by the fact that it stores part of the data of the entire ledger. However, the light node must be connected to a full node to ensure that the data stored is correct. Under certain circumstances, with suitable performance, the field device can also be designed as a full node, thus being involved in verifications of current transactions of other participants, and storing the complete ledger.
  • the exact properties and tasks of a light node or a full node differ for the respective types of digital ledger technology and can be viewed in the respective specifications. The necessary resources of the electronics unit to perform these tasks are kept free by the software container.
  • the code is created by a user and loaded into the field device.
  • the field device has an interface, for example a wireless interface for communication via a wireless protocol, for example WiFi or Bluetooth LE, or a wired interface for communication via a fieldbus or Ethernet network.
  • the field device downloads the code from a database via the Internet or the higher-level communication network. Loading is initiated either by the database itself, e.g. by the user selecting a suitable code from the database, or by selecting the user on the field device, e.g. on a display/control element of the field device, e.g. a (touch )Display, in case the database provides the field device with the list of downloadable codes.
  • the invention can be applied to any type of field device FG.
  • the field device FG has operating electronics BE, which includes a persistent memory, a working memory and a microprocessor.
  • the operation of the field device FG via the operating electronics BE is controlled via a firmware FW.
  • the field device FG has a special firmware FW that has a software container.
  • the software container reserves part of the resources of the operating electronics BE for itself, i.e.
  • This special firmware FW is either initially loaded during the manufacture of the field device FG or the operator overwrites the initial firmware of the field device FG with the special firmware FW at a later point in time. Using the special firmware FW, more precisely using the software container CT, the field device can be integrated into a distributed ledger DL.
  • the code CD is imported into the software container CT on the field device FG.
  • the code CD is used for the later connection of the field device FG to the distributed ledger DL, as well as for the pre-processing and the transmission of data to the distributed ledger DL.
  • the field device FG downloads the code from a database DB, for example a cloud-based database from the device manufacturer.
  • the operator BD selects the appropriate code for the distributed ledger DL in the database DB.
  • the operator BD creates the code CD in method step 1.b) himself.
  • the code is loaded into the dedicated memory SP of the software container CT.
  • the field device FG has a large number of parameters PA1, PA2, PA3, . . . , PAn. These parameters PA1, PA2, PA3, . . . , PAn define which data the field device FG collects or processes. The data are in particular process values, status information or diagnostic data.
  • the software container CT provides a set of finite inputs IN. A subset of the parameters PA1 , PA2, PA3, ... , PAn is mapped to the IN inputs. The assignment is made via a configuration menu available in the FG.
  • the code CD defines which data is read based on which parameters PA1, PA2, PA3, . . . , PAn.
  • a third method step data from the field device FG are read in based on the parameters PA1 and PA3 via the associated inputs IN.
  • the code CD cannot access parameters PA1 , PA2, PA3, ... , PAn directly, only the inputs IN.
  • a method step 4. these are then processed or combined with one another to form result data.
  • the field device FG After the code CD has been executed, the field device FG establishes a connection to the distributed ledger DL via a higher-level communication network, for example the Internet or a local network.
  • the field device FG has a number of interfaces or outputs OP1, OP2.
  • the output OP1 is provided for connection to a fieldbus network, via which the field device regularly transmits its data.
  • the connection is established via the output OP2 established via the higher-level communication network to the Distributed Ledger DL.
  • the code CD has login information and the address of the Distributed Ledger DL.
  • the distributed ledger DL then transmits further software components to the field device FG, for example if the field device FG henceforth functions as a light node in the distributed ledger DL.
  • additional software components are also stored in the dedicated memory SP and executed by the software container.
  • the result data are supplied to the output OP2.
  • the result data is then transmitted to the Distributed Ledger DL, verified according to the Distributed Ledger DL standard and stored in the Distributed Ledger DL.
  • the operator BD wishes to use a different distributed ledger DL, he can load a new code CD in accordance with method steps 1.) and 2.), which replaces the old code. It may also be possible to load multiple codes CD, so that the field device FG functions as a subscriber node of various distributed ledgers DL via various additional outputs.
  • PA1 PA2, PA3, PAn parameters

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Abstract

Die Erfindung umfasst ein Feldgerät (FG) der Automatisierungstechnik, mit einer Betriebselektronik (BE) und einer Vielzahl von Parametern (PA1, PA2, PA3, PAn), wobei die Betriebselektronik (BE) dazu ausgestaltet ist, das Feldgerät (FG) auf Basis der Parameter (PA1, PA2, PA3,..., PAn) zu betreiben und Daten basierend auf den Parametern zu erheben, bzw. zu verarbeiten, wobei der Betriebselektronik (BE) eine Firmware (FW) mit einem Softwarecontainer (SC) zugeordnet ist, wobei der Softwarecontainer (SC) dazu ausgestaltet ist, den installierten Code (CD) auszuführen und mittels des Codes (CD) eine Kommunikationsverbindung zu einer gemäß einer Distributed Ledger (DL) via zumindest einem der Ausgänge (OP1, OP2) über ein übergeordnetes Kommunikationsnetzwerk zu etablieren, das Feldgerät (FG) in der Distributed Ledger (DL) zu integrieren, und zumindest einen Teil der erhobenen, bzw. verarbeiteten Daten zu Ergebnisdaten zu verarbeiten und/oder zu kombinieren und die Ergebnisdaten an die Distributed Ledger (DL) zu übermitteln, sowie ein Verfahren zum Einbinden eines erfindungsgemäßen Feldgeräts in eine gemäß einer Digital-Ledger-Technologie ausgestaltete Distributed Ledger (DL).

Description

Verfahren zum Einbinden eines Feldgeräts der Automatisierungstechnik in eine Distributed Ledger
Die Erfindung betrifft ein Feldgerät der Automatisierungstechnik mit einer Betriebselektronik und einer Vielzahl von Parametern. Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Einbinden eines erfindungsgemäßen Feldgeräts in eine Distributed Ledger.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Automatisierungskomponenten bekannt geworden, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. Beispielsweise werden Feldgeräte als Automatisierungskomponenten eingesetzt, welche in der Prozessautomatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierungstechnik zum Einsatz kommen. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, bzw. Sensoren. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, pH-Messung, Füllstandmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktoren verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Feldgeräten werden unter Automatisierungskomponenten auch Gateways, Edge Devices, Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.
In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Kommunikationsnetzwerke wie beispielsweise Feldbusse (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Leitsysteme bzw.
Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder einen PLC (Programmable Logic Controller). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, insbesondere von Sensoren, erfassten Messwerte werden über das jeweilige Bussystem an eine (oder gegebenenfalls mehrere) übergeordnete Einheit(en) übermittelt. Daneben ist auch eine Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an die Feldgeräte erforderlich, insbesondere zur Konfiguration und Parametrierung von Feldgeräten sowie zur Ansteuerung von Aktoren.
Custody-Transfer-Anlagen, zu Deutsch „eichpflichtiger Verkehr“, werden insbesondere in der Öl- und Gas-Industrie eingesetzt und für Transaktionen und dem Transport von physikalischen Substanzen zwischen zwei Betreibern verwendet. Eine solche Custody- Transfer-Anlage beinhaltet eine oder mehrere Automatisierungskomponenten, welche zur Erfassung der Menge einer transportierten physikalischen Substanz, sowie zur Datenspeicherung der Transaktionen eingesetzt werden. Alle Transaktionen müssen manipulationssicher und unanfechtbar durchgeführt und aufgezeichnet werden. Die Automatisierungskomponenten, insbesondere die Feldgeräte müssen geeicht und kalibriert sein und diesbezüglich von einer Behörde zertifiziert sein.
Für die sichere Aufzeichnung der Transaktionen bieten sich sogenannte DLT(“Distributed Ledger Technology“)-basierte Datenbanken an, welche über das Internet oder ein lokales Netzwerk realisiert werden. Die Distributed Ledger Technology erlaubt es, alle in der Datenbank gespeicherte Daten auf einer Vielzahl von miteinander vernetzten Teilnehmerknoten zu speichern. Die Gesamtheit aller eindeutigen Dateneinträge wird als „Ledger“ bezeichnet. Durch geeignete Maßnahmen wird dafür gesorgt, dass neu hinzuzufügende Transaktionen in allen Kopien des Ledgers übernommen werden und dass es zu einer Übereinkunft aller Teilnehmerknoten über den jeweils aktuellen Stand des Ledgers kommt. Bekannte Beispiele für solche DLTs sind „Blockchain“, „blockDAG“ oder „TDAG“.
Wenn ein Feldgerät mit Netzwerkkonnektivität in eine spezifische DLT-Umgebung (wie z.B. die von Handelspartnern, metrologischen Leitungsgremien, Regierungsbehörden) integriert werden soll, dann muss dem Feldgerät eine DLT-umgebungsspezifische Komponente (wie Code oder Hardware) hinzugefügt werden.
Jedoch können nur die Entwickler des Feldgeräts die zur Integration des Feldgeräts in eine Distributed Ledger benötigten Softwarekomponente auf das Feldgerät spielen. Der Kunde kann keinen eigenen DLT-Code für das das Feldgerät bereitstellen. Er ist auch nicht in der Lage, spezifische Datenpunkte auszuwählen, die von dem Feldgerät bereitgestellt werden und in die Distributed Ledger platziert werden sollen (wie z.B. Prozessgrößen, Konfigurations-/Statusinformationen, etc.). Daher ist eine schnelle Integration des Feldgeräts in eine Distributed Ledger nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feldgerät auf einfache Art und Weise in einer Distributed Ledger zu integrieren.
Die Aufgabe wird durch ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, mit einer Betriebselektronik und einer Vielzahl von Parametern gelöst, wobei die Betriebselektronik dazu ausgestaltet ist, das Feldgerät auf Basis der Parameter zu betreiben und Daten basierend auf den Parametern zu erheben, bzw. zu verarbeiten, wobei der Betriebselektronik eine Firmware mit einem Softwarecontainer zugeordnet ist, wobei der Softwarecontainer umfasst:
- eine endliche Menge von Eingängen zur Aufnahme der entsprechend den Parametern des Feldgeräts erhobenen, bzw. verarbeiteten Daten;
- eine endliche Anzahl von Ausgängen, die Kommunikationskanälen des Messgeräts entsprechen, wobei die Kommunikationskanäle zur Verbindung des Feldgeräts mit einem übergeordneten Kommunikationsnetzwerk, beispielsweise das Internet oder ein lokales Netzwerk, ausgestaltet sind;
- eine bestimmte Menge an reserviertem Speicherplatz auf der Elektronikeinheit, um einen Code zu installieren;
- eine bestimmte Menge an reserviertem Arbeitsspeicher der Elektronikeinheit, der für die Ausführung des installierten Codes erforderlich ist;
- eine bestimmte Menge an Prozessorlaufzeit der Elektronikeinheit, die für die Ausführung des installierten Codes reserviert ist; wobei der Softwarecontainer dazu ausgestaltet ist, den installierten Code auszuführen und mittels des Codes eine Kommunikationsverbindung zu einer Distributed Ledger via zumindest einem der Ausgänge über das übergeordnete Kommunikationsnetzwerk zu etablieren, das Feldgerät in der Distributed Ledger zu integrieren, und zumindest einen Teil der erhobenen, bzw. verarbeiteten Daten zu Ergebnisdaten zu verarbeiten und/oder zu kombinieren und die Ergebnisdaten an die Distributed Ledger zu übermitteln.
Das erfindungsgemäße Feldgerät ist einfach und schnell in eine beliebige Distributed Ledger integrierbar. Als Distributed Ledger wird eine nach der Distributed-Ledger- Technologie ausgestaltete Datenbank bezeichnet, die über mehrere Standorte oder unter mehreren Teilnehmerknoten existiert. Hierfür wird die Firmware des Feldgeräts upgedatet, so dass diese einen spezifischen Softwarecontainer enthält. Der Softwarecontainer erlaubt die Ausführung eines Codes zur Integration des Feldgeräts in die Distributed Ledger, eine Datenverarbeitung und die Datenübermittlung in die Distributed Ledger, sowie hält Ressourcen der Elektronikeinheit für diese Aufgaben frei. Der Code ist frei für beliebige Distributed Ledger wählbar, auch von Drittanbietern. Der Code kann nach Belieben überschrieben werden.
Feldgeräte, welche im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannt werden, sind bereits im einleitenden Teil der Beschreibung beispielhaft aufgeführt worden. Beispielsweise wird ein Feldgerät im Zusammenhang mit der Erfindung in einer Custody-Transfer-Anlage eingesetzt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass das Feldgerät für beliebige Use Cases in anderen Industrien verwendet werden kann.
Eine vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts sieht vor, dass das Feldgerät ein Messgerät mit zumindest einer Sensoreinheit zum Erheben einer physikalischen Rohmessgröße eines verfahrenstechnischen Prozesses, ein Netzwerkgerät, insbesondere ein Gateway, ein Remote-I/O, ein Switch oder ein Edge Device, oder eine Steuereinheit, insbesondere eine Steuereinheit, ist. Weitere Beispiele für Feldgeräte sind bereits im einleitenden Teil der Beschreibung aufgeführt worden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts sieht vor, dass gemäß den Parametern erhobene, bzw. verarbeitete Daten zumindest eine der folgenden sind:
- Von der Sensoreinheit erhobene Rohmessgrößen;
- Aus den Rohmessgrößen gebildete Messwerte und weitere Größen, beispielsweise in einem definierten Zeitintervall übertragene Volumina oder Rechnungen;
- Statusinformationen, insbesondere entsprechend der NAMUR-Empfehlung; und
- Diagnosedaten, insbesondere Heartbeat-Daten.
Es versteht sich von selbst, dass prinzipiell alle von einem Feldgerät generierten Daten, auch hier nicht aufgeführte Daten, in die Distributed Ledger geladen werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts ist vorgesehen, dass der Code eine Netzwerkadresse der Distributed Ledger und eine Anmelderoutine für die Distributed Ledger aufweist. Die Anmelderoutine enthält neben des Zugangsdaten (bspw. Benutzername und Passwort) konkrete Informationen, wie sich das Feldgerät in der Distributed Ledger zu verhalten hat, bspw. in welcher Frequenz Daten zur Distributed Ledger übermittelt werden können, ob das Feldgerät einen aktiven Teilnehmerknoten bildet (bspw. zur Verifikation von Transaktionen anderer Feldgeräte), ob das Feldgerät zumindest einen Teil des Ledgers der Distributed Ledger speichert, etc.
Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Einbinden eines erfindungsgemäßen Feldgeräts in eine Distributed Ledger, insbesondere ausgestaltet gemäß Blockchain, blockDAG oder TDAG, gelöst, umfassend:
- Installieren eines in das Feldgerät geladenen Softwarecodes in dem Softwarecontainer;
- Verarbeiten oder Kombinieren von Daten von zumindest einem der Eingänge in Ergebnisdaten; - Etablieren einer Kommunikationsverbindung zu der Distributed Ledger via zumindest einem der Ausgänge über eine übergeordnetes Kommunikationsnetzwerk; und
- Übermitteln der Ergebnisdaten über zumindest einen der Ausgänge an die Distributed Ledger.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt das Integrieren eines Feldgeräts in eine Distributed Ledger, ohne dass die Firmware des Feldgeräts bei jedem Integrationsvorgang erneut überschrieben (im Sinne von Anpassen, Neukompilieren und Installieren) werden müsste.
Gemäß einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Feldgeräts ist vorgesehen, dass das Feldgerät nach erstmaligem Etablieren der Kommunikationsverbindung mit der Distributed Ledger entsprechend des Codes in der Distributed Ledger integriert wird. Dafür wird die oben erwähnte Anmelderoutine verwendet, die Teile des Codes ist.
Gemäß einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Feldgeräts ist vorgesehen, dass das Feldgerät nach Integration in die Distributed Ledger als Teilnehmerknoten, insbesondere als Light Node, fungiert. Einen Light Node zeichnet aus, dass dieser einen Teil der Daten des gesamten Ledger speichert. Jedoch muss der Light Node mit einem Full Node verbunden werden, um sicherzustellen, dass die gespeicherten Daten korrekt sind. Unter Umständen kann das Feldgerät bei geeigneter Leistung auch als Full Node ausgestaltet sein somit an Verifikationen aktueller Transaktionen anderer Teilnehmer beteiligt sein, sowie den kompletten Ledger speichern. Die genauen Eigenschaften und Aufgaben eines Light Nodes, bzw. eines Full Nodes, unterscheiden sich für die jeweiligen Arten einer Digital Ledger Technology und sind in den jeweiligen Spezifikationen einsehbar. Die notwendigen Ressourcen des Elektronikeinheit zum Ausführen dieser Aufgaben werden von dem Softwarecontainer freigehalten.
Gemäß einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Feldgeräts ist vorgesehen, dass der Code von einem Benutzer erstellt und in das Feldgerät geladen wird. Hierfür weist das Feldgerät eine Schnittstelle auf, beispielsweise eine Drahtlosschnittstelle zur Kommunikation über ein Drahtlosprotokoll, bspw. WiFi oder Bluetooth LE, oder eine drahtgebundene Schnittstelle zur Kommunikation über ein Feldbus- oder ein Ethernetnetzwerk.
Gemäß einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Feldgeräts ist vorgesehen, dass das Feldgerät den Code von einer Datenbank über das Internet oder das übergeordnete Kommunikationsnetzwerk herunterlädt. Das Laden wird entweder von der Datenbank selbst initiiert, bspw. durch Auswahl eines passenden Codes durch den Benutzer auf der Datenbank, oder durch Auswahl des Benutzers auf dem Feldgerät, bspw. auf einem Anzeige-/Bedienelement des Feldgeräts, bspw. ein (Touch-)Display, im Falle, dass die Datenbank dem Feldgerät die Liste der herunterladbaren Codes zur Verfügung stellt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 : ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist ein Feldgerät FG der Automatisierungstechnik gezeigt, in diesem Beispiel ein Durchflussmessgerät. Die Erfindung ist aber auf jeden beliebigen Typ eines Feldgeräts FG anwendbar. Das Feldgerät FG weist neben der Messsensorik eine Betriebselektronik BE auf, welche einen persistenten Speicher, einen Arbeitsspeicher und einen Mikroprozessor umfasst. Der Betrieb des Feldgeräts FG über die Betriebselektronik BE wird über eine Firmware FW gesteuert. Bei der vorliegenden Erfindung weist das Feldgerät FG eine spezielle Firmware FW auf, die einen Softwarecontainer besitzt. Der Softwarecontainer reserviert einen Teil der Ressourcen der Betriebselektronik BE für sich, also eine bestimme Menge an reserviertem Speicherplatz SP, um einen Code CD zu installieren, eine bestimmte Menge an reserviertem Arbeitsspeicher AS der Betriebselektronik BE, der für die Ausführung des installierten Codes CD erforderlich ist und eine bestimmte Menge an Prozessorlaufzeit zur Ausführung des Codes CD. Diese spezielle Firmware FW wird entweder bei der Fertigung des Feldgeräts FG inital aufgespielt oder der Bediener überspielt zu einem späteren Zeitpunkt die initiale Firmware des Feldgeräts FG mit der speziellen Firmware FW. Mittels der speziellen Firmware FW, genauer gesagt mittels des Softwarecontainer CT ist das Feldgerät in eine Distributed Ledger DL einbindbar.
Zuerst wird der Code CD in den Softwarecontainer CT auf dem Feldgerät FG eingespielt. Der Code CD dient dem späteren Verbinden des Feldgeräts FG mit der Distributed Ledger DL, sowie dem Vorverarbeiten und dem Übermitteln von Daten an die Distributed Ledger DL. In einem ersten Schritt 1.a) lädt das Feldgerät FG den Code von einer Datenbank DB, beispielsweise einer cloudbasierten Datenbank des Geräteherstellers, herunter. Hierfür wählt der Bediener BD den für die Distributed Ledger DL passenden Code auf der Datenbank DB aus. Alternativ erstellt der Bediener BD den Code CD in dem Verfahrensschritt 1.b) selbst. Im Verfahrensschritt 2.) wird der Code in den dedizierten Speicher SP des Softwarecontainers CT geladen.
Das Feldgerät FG verfügt über eine Vielzahl von Parametern PA1 , PA2, PA3, ... , PAn. Diese Parameter PA1 , PA2, PA3, ... , PAn definieren, welche Daten das Feldgerät FG erhebt, bzw. bearbeitet. Bei den Daten handelt es sich insbesondere um Prozesswerte, um Statusinformationen oder um Diagnosedaten. Der Softwarecontainer CT stellt einen Satz endlicher Eingänge IN zur Verfügung. Eine Teilmenge der Parameter PA1 , PA2, PA3, ... , PAn wird auf die Eingänge IN abgebildet. Die Zuordnung erfolgt über ein im FG verfügbares Konfigurationsmenü. Der Code CD definiert hierbei, welche Daten basierend auf welchen Parametern PA1 , PA2, PA3, ... , PAn eingelesen werden. In einem dritten Verfahrensschritt werden Daten des Feldgeräts FG basierend auf den Parametern PA1 und PA3 über die jeweiligen zugeordneten Eingänge IN eingelesen. Der Code CD kann hierbei nicht direkt auf Parameter PA1 , PA2, PA3, ... , PAn zugreifen, sondern nur auf die Eingänge IN. Anschließend werden diese in einem Verfahrensschritt 4.) miteinander zu Ergebnisdaten verarbeitet oder kombiniert.
Nach Ausführung des Codes CD stellt das Feldgerät FG eine Verbindung über das einem übergeordneten Kommunikationsnetzwerk, beispielsweise das Internet oder ein lokales Netzwerk, zu der Distributed Ledger DL her. Das Feldgerät FG weist mehrere Schnittstellen oder Ausgänge OP1 , OP2 auf. Im vorliegenden Falle ist der Ausgang OP1 zur Verbindung mit einem Feldbusnetzwerk vorgesehen, über welches das Feldgerät regulär seine Daten überträgt. Mittels des Ausgangs OP2 wird die Verbindung über das übergeordnete Kommunikationsnetzwerk zu der Distributed Ledger DL etabliert. Hierfür weist der Code CD Anmeldungsinformationen und die Adresse der Distributed Ledger DL auf. Es kann vorgesehen sein, dass die Distributed Ledger DL dem Feldgerät FG anschließend weitere Softwarekomponenten übermittelt, beispielsweise, wenn das Feldgerät FG fortan als Light Node in der Distributed Ledger DL fungiert. Diese zusätzlichen Softwarekomponenten werden ebenfalls in dem dedizierten Speicher SP abgelegt und von dem Softwarecontainer ausgeführt.
In einem Verfahrensschritt 5.) werden die Ergebnisdaten dem Ausgang OP2 zugeführt. Anschließend werden die Ergebnisdaten an die Distributed Ledger DL übermittelt, entsprechend des Standards der Distributed Ledger DL verifiziert und in der Distributed Ledger DL gespeichert.
Wünscht der Bediener BD, eine andere Distributed Ledger DL zu verwenden, so kann er entsprechend der Verfahrensschritte 1 .) und 2.) einen neuen Code CD laden, der den alten Code ersetzt. Auch ist es gegebenenfalls möglich, mehrere Codes CD zu laden , so dass das Feldgerät FG über verschiedene zusätzliche Ausgänge als Teilnehmerknoten verschiedener Distributed Ledgers DL fungiert.
Bezugszeichenliste
Verfahrensschritte
AS reservierter Arbeitsspeicher
BE Betriebselektronik
BN Benutzer
CD Code
CT Softwarecontainer
DB weitere Datenbank
DL Distributed Ledger
FG Feldgerät
FW Firmware
IN Eingänge
0P1 , 0P2 Ausgänge
PA1 , PA2, PA3, PAn Parameter
PL reservierte Prozessorlaufzeit
SP reservierter Speicherplatz

Claims

Patentansprüche Feldgerät (FG) der Automatisierungstechnik, mit einer Betriebselektronik (BE) und einer Vielzahl von Parametern (PA1 , PA2, PA3, PAn), wobei die Betriebselektronik (BE) dazu ausgestaltet ist, das Feldgerät (FG) auf Basis der Parameter (PA1 , PA2, PA3, ... , PAn) zu betreiben und Daten basierend auf den Parametern zu erheben, bzw. zu verarbeiten, wobei der Betriebselektronik (BE) eine Firmware (FW) mit einem Softwarecontainer (SC) zugeordnet ist, wobei der Softwarecontainer (SC) umfasst:
- eine endliche Menge von Eingängen (IN) zur Aufnahme der entsprechend den Parametern (PA1 , PA2, PA3, ... , PAn) des Feldgeräts (FG) erhobenen, bzw. verarbeiteten Daten;
- eine endliche Anzahl von Ausgängen (OP1 , OP2), die Kommunikationskanälen des Messgeräts entsprechen, wobei die Kommunikationskanäle zur Verbindung des Feldgeräts (FG) mit einem übergeordneten Kommunikationsnetzwerk ausgestaltet sind;
- eine bestimmte Menge an reserviertem Speicherplatz (SP) auf der Betriebselektronik (BE), um einen Code (CD) zu installieren;
- eine bestimmte Menge an reserviertem Arbeitsspeicher (AS) der Betriebselektronik (BE), der für die Ausführung des installierten Codes (CD) erforderlich ist;
- eine bestimmte Menge an Prozessorlaufzeit (PL) der Betriebselektronik (BE), die für die Ausführung des installierten Codes (CD) reserviert ist; wobei der Softwarecontainer (SC) dazu ausgestaltet ist, den installierten Code (CD) auszuführen und mittels des Codes (CD) eine Kommunikationsverbindung zu einer Distributed Ledger (DL) via zumindest einem der Ausgänge (OP1 , OP2) über das übergeordnete Kommunikationsnetzwerk zu etablieren, das Feldgerät (FG) in der Distributed Ledger (DL) zu integrieren, und zumindest einen Teil der erhobenen, bzw. verarbeiteten Daten zu Ergebnisdaten zu verarbeiten und/oder zu kombinieren und die Ergebnisdaten an die Distributed Ledger (DL) zu übermitteln.
2. Feldgerät (FG) nach Anspruch 1 , wobei das Feldgerät (FG) ein Messgerät mit zumindest einer Sensoreinheit zum Erheben einer physikalischen Rohmessgröße eines verfahrenstechnischen Prozesses, ein Netzwerkgerät, insbesondere ein Gateway, ein Remote-I/O, ein Switch oder ein Edge Device, oder eine Steuereinheit, insbesondere eine Steuereinheit, ist.
3. Feldgerät (FG) nach Anspruch 1 oder 2, wobei gemäß den Parametern (PA1 , PA2, PA3, ... , PAn) erhobene, bzw. verarbeitete Daten zumindest eine der folgenden sind:
- Von der Sensoreinheit erhobene Rohmessgrößen;
- Aus den Rohmessgrößen gebildete Messwerte;
- Statusinformationen, insbesondere entsprechend der NAMUR-Empfehlung; und
- Diagnosedaten, insbesondere Heartbeat-Daten.
4. Feldgerät (FG) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Code (CD) eine Netzwerkadresse der Distributed Ledger (DL) und eine Anmelderoutine für die Distributed Ledger (DL) aufweist.
5. Verfahren zum Einbinden eines Feldgeräts (FG) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 in eine Distributed Ledger (DL), insbesondere ausgestaltet gemäß Blockchain, blockDAG oder TDAG, umfassend:
- Installieren eines in das Feldgerät (FG) geladenen Codes (CD) in dem Softwarecontainer (SC);
- Verarbeiten oder Kombinieren von Daten von zumindest einem der Eingänge (IN) in Ergebnisdaten;
- Etablieren einer Kommunikationsverbindung zu der Distributed Ledger (DL) via zumindest einem der Ausgänge (OP1 , OP2) über ein übergeordnetes Kommunikationsnetzwerk; und
- Übermitteln der Ergebnisdaten über zumindest einen der Ausgänge (OP1 , OP2) an die Distributed Ledger (DL).
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Feldgerät (FG) nach erstmaligem Etablieren der Kommunikationsverbindung mit der Distributed Ledger (DL) entsprechend des Codes (CD) in die Distributed Ledger (DL) integriert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Feldgerät (FG) nach Integration in die
Distributed Ledger (DL) als Teilnehmerknoten, insbesondere als Light Node, fungiert.
8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei der Code (CD) von einem Benutzer (BN) erstellt und in das Feldgerät (FG) geladen wird.
9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei das Feldgerät (FG) den Code (CD) von einer Datenbank (DB) über das Internet oder das übergeordnete Kommunikationsnetzwerk herunterlädt.
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