EP4248668A1 - Field device, expansion module and method for operation - Google Patents

Field device, expansion module and method for operation

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Publication number
EP4248668A1
EP4248668A1 EP20810930.6A EP20810930A EP4248668A1 EP 4248668 A1 EP4248668 A1 EP 4248668A1 EP 20810930 A EP20810930 A EP 20810930A EP 4248668 A1 EP4248668 A1 EP 4248668A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radio communication
field device
field
determined
radio
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
EP20810930.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Manfred Metzger
Roland Welle
Jörg Börsig
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.)
Vega Grieshaber KG
Original Assignee
Vega Grieshaber KG
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 Vega Grieshaber KG filed Critical Vega Grieshaber KG
Publication of EP4248668A1 publication Critical patent/EP4248668A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H04W52/0209—Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0251—Power saving arrangements in terminal devices using monitoring of local events, e.g. events related to user activity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/38—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for collecting sensor information
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • H04W64/006—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management with additional information processing, e.g. for direction or speed determination
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H04W4/029—Location-based management or tracking services
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/02—Terminal devices
    • H04W88/06—Terminal devices adapted for operation in multiple networks or having at least two operational modes, e.g. multi-mode terminals

Definitions

  • the present invention relates to a field device according to the preamble of patent claim 1, an expansion module according to patent claim 10 and a method for operating the aforementioned devices according to patent claim 11.
  • the term automation technology is understood to be a sub-area of technology that includes all measures for the operation of machines and systems without human intervention.
  • One goal of the associated process automation is to automate the interaction of individual components of a plant in the chemical, food, pharmaceutical, petroleum, paper, cement, shipping or mining sectors.
  • a large number of sensors can be used for this purpose, which are particularly adapted to the specific requirements of the process industry, such as mechanical stability, insensitivity to contamination, extreme temperatures and extreme pressures. Measured values from these sensors are usually transmitted to a control room, in which process parameters such as fill level, limit level, flow rate, pressure or density can be monitored and settings for the entire plant can be changed manually or automatically.
  • a sub-area of automation technology relates to logistics automation.
  • processes within a building or within a single logistics facility are automated in the field of logistics automation.
  • Typical applications are, for example, systems for logistics automation in the area of baggage and freight handling at airports, in the area of traffic monitoring (toll systems), in retail, in parcel distribution or in the area of building security (access control).
  • presence detection in combination with precise measurement of the size and position of an object is required by the respective application.
  • sensors based on optical Measuring methods using lasers, LEDs, 2D cameras or 3D cameras that record distances according to the transit time principle (time of flight, ToF) can be used.
  • Another area of automation technology relates to factory/manufacturing automation. Use cases for this can be found in a wide variety of industries such as automobile manufacturing, food production, the pharmaceutical industry or generally in the field of packaging.
  • the aim of factory automation is to automate the production of goods using machines, production lines and/or robots, i. H. run without human intervention.
  • the sensors used here and the specific requirements with regard to the measurement accuracy when detecting the position and size of an object are comparable to those in the previous example of logistics automation. Sensors based on optical measuring methods are therefore usually also used on a large scale in the field of factory automation.
  • field devices are often used that are used to record and/or influence process variables.
  • Examples of such field devices are filling level measuring devices, limit level measuring devices and pressure measuring devices with sensors that record the corresponding process variables filling level, limit level or pressure.
  • Such field devices are often connected to higher-level units, e.g. B. control systems or control units connected. These higher-level units are used for process control, process visualization and/or process monitoring.
  • Field device refers to the area outside of control rooms. Field devices can therefore be actuators, sensors and measuring transducers in particular.
  • wired automation devices are widespread, which can be wirelessly connected to a portable operating device, for example a smartphone, via a near-field interface (Bluetooth, Zigbee or other) as required. In this way, processes during the commissioning or maintenance of the devices can be simplified in particular.
  • a near-field interface Bluetooth, Zigbee or other
  • An important aspect here is to use radio technologies that can be operated with as little energy as possible while maintaining a long range. On the basis of such technologies, it is possible to use wireless communication systems in automation devices, which can draw a limited amount of energy from their respective bus system.
  • the present application also relates to self-sufficient measuring arrangements, in particular self-sufficient filling level or point level sensors.
  • the self-sufficient filling level or limit level sensors are preferably designed as radar sensors and, in order to ensure the self-sufficiency of the sensors, have, in addition to a sensor for acquiring measurement data, a transmission device for preferably wireless transmission of acquired measurement data or measured values, and their own power supply.
  • the transmission device can preferably be a radio module for narrowband radio technology (LoRa, Sigfox, LTE-M, NB-IOT), which transmits the measurement data or measurement values to a cloud, ie to a server on the World Wide Web.
  • the energy supply is preferably designed as a battery or accumulator and can also include an energy harvesting module. Typical application scenarios for such field devices include, in particular, inventory management or measurement tasks on mobile containers.
  • Known field devices of the aforementioned type previously made it possible to transmit measured values, so that a higher-level unit triggered a predetermined action based on the determined measured value. For example, based on the measured value of a fill level measuring device, an inlet can be closed or an outlet can be opened if a limit value is exceeded.
  • An autonomous field device preferably has at least one sensor for detecting a process variable and sensor electronics, a radio module and a power supply.
  • the measured values determined by these field devices are typically transmitted to a cloud, i.e. to a server on the World Wide Web, using narrowband radio technology (LoRa, Sigfox, NB-IOT).
  • Typical application scenarios for such field devices include areas such as flood forecasting, inventory management or other distributed measurement tasks.
  • expansion modules designed primarily for wired automation devices, which are used in specially provided expansion interfaces of the devices in order to expand them with wireless communication options. Provision can be made for these expansion modules to contain a number of wireless communication technologies. Provision can also be made for such expansion modules to be operated only temporarily, for example as part of an overhaul, in connection with a device, and then to be installed in another automation device. As a result, the operating location also changes for such expansion modules, even if these are temporarily operated in a wired manner with an automation device, for example a sensor. Wireless communication devices for automation devices have become increasingly important in recent years. In the early years, appropriately equipped devices with sufficient energy were primarily used to transmit measured values via a GSM mobile phone connection.
  • More recent approaches are more aimed at connecting sensors to a portable device, such as a smartphone, via a near-field interface (eg Bluetooth) for simplified operation.
  • a near-field interface eg Bluetooth
  • Completely new methods from the class of narrowband radio technologies e.g. LoRa, Sigfox, NB-IoT, CAT-M
  • a mobile device is implemented using Sigfox technology, for example, a corresponding connectivity can be present at a first location due to the presence of a Sigfox base station in the vicinity of the device. If the device is moved to another location after a certain time, for example in connection with a transportable container, in the vicinity of which there is no Sigfox base station, the transmission of measured values regularly fails.
  • Radio technologies for example NB-IoT and CAT-M.
  • Known solutions provide for first implementing a connectivity using a first standard during the initial start-up. If this fails, then in a second step an attempt is made to implement connectivity using the second standard. As soon as connectivity can be implemented on one of the existing radio technologies, this radio standard will henceforth be defined as the active radio standard. and not discarded again even if the corresponding network availability is lost. Instead, attempts are being made continuously by scanning associated network channels and frequencies to implement connectivity according to the radio standard used up to now. This can consume massive amounts of energy.
  • a field device with at least two different radio communication devices for different radio networks and/or protocols and/or at least one radio communication device with at least two different operating modes and with a control device is characterized in that the field device has a position determination device, the Control device is designed to activate one of the radio communication devices and/or an operating mode of the radio communication device depending on a determined position.
  • a position preferably a geographic position, or a position signal indicating the position of the field device and to activate the radio communication device depending on the position or the position signal and the availability and/or quality of a corresponding radio communication network the position of the field device. In this way it is possible to avoid unnecessary connection attempts and to select the optimal radio communication network depending on the position.
  • the position can be determined directly or indirectly. This means that a position can be determined directly in the field device or indirectly via an available radio communication network and, for example, a service contacted via this.
  • the position signal or signals indicating a position of the field device is/are transmitted to the service, which runs on a server on the Internet, for example. This determines the position and transmits it back to the field device.
  • the service can determine the availability of radio communication networks and transmit it to the field device, so that it can select a possibly more suitable radio communication device for further communication.
  • the field device is in particular a mobile field device, i.e. in particular field devices that are not installed or operated in a fixed location.
  • Mobile field devices within the meaning of the present application are field devices that are either used in a mobile manner at different locations, or field devices that are attached to mobile carriers, for example mobile containers.
  • Mobile containers are, for example, so-called IBCs (intermediate bulk containers) or other transportable containers such as truck-mounted silos and the like.
  • Transportable within the meaning of the present application are considered to be containers that can be transported using conventional means such as, for example, industrial trucks, trucks and the same.
  • the combination of information from the availability of the various radio networks and the position and possibly other information is also referred to below as the network availability map or network coverage map.
  • this terminology does not mean that this is a complete and pictorial map, but merely that the aforementioned information on the availability of the radio networks is linked to information on the position.
  • the above terms should be understood to mean any tabular or otherwise suitably structured and searchable linking of the information.
  • the position determination device can be embodied, for example, as a satellite-based position determination device. With such a configuration of the position determination device, an absolute geographic position can generally be determined worldwide and used for the selection of the radio communication device. GPS, GLONASS and GALILEO are examples of possible position determination devices.
  • the position determination device can be designed to evaluate position data that is made available by a wireless network.
  • a wireless network can be, for example, the availability and localization of WLAN signals in an individual location-dependent combination. These signals come from commercial hotspots, company networks or private home networks. Knowing the location of these networks (routers) allows the location to be calculated. In this way, a position determination can also take place in places where satellite signals are not available, e.g. in buildings.
  • knowledge of the presence of a specific network which is uniquely known via known parameters, for example an identifier (MAC address or ID of the network) periodically transmitted by the network, can also be understood as position data.
  • the position determination device determines a relative position to a characteristic location as an alternative or in addition to an absolute geographic position, and this relative Position according to the invention uses instead of or in addition to an absolute geographical position.
  • the position determination device determines an absolute geographical position "Freiburg” after detecting an identifier "CUSTOM ER_WLAN” in order to use this absolute location, if necessary using a publicly available network coverage map, to determine one of the radio communication devices and/or to activate an operating mode of the radio communication device.
  • the position determination device determines a relative geographic position "customer no and/or to activate an operating mode of the radio communication device. Determining an absolute geographic position can thus be dispensed with.
  • a position determination device can consequently determine a position, which in the context of the present invention is to be understood as an absolute geographic position and/or a relative position.
  • Suitable signals for determining an absolute or relative position can be, for example, mobile radio, WLAN, LoRa, Sigfox, NB-IOT, or NFC signals, which are received, for example, via a radio communication unit of the field device.
  • an input and/or output scan of the field device or a container in a merchandise management system or the like, based on which an input or output signal is transmitted to the radio communication unit, can also be used to determine the absolute or relative position.
  • the radio communication devices can be selected from the group of radio communication modules that communicate according to one of the standards WLAN, Bluetooth, Zigbee, NB-IoT, LoRa, Sigfox, CAT-M, Z-Wave and/or others.
  • Self-sufficient field devices especially self-sufficient sensors gain through the Use of one or more of the aforementioned radio standards in additional possible uses.
  • Self-sufficient sensors i.e. field devices in this product family, are characterized by particularly simple installation without attaching a communication or supply line.
  • the measured values determined by these field devices are typically transmitted to a cloud, ie to a server on the World Wide Web, using narrowband radio technology (LoRa, Sigfox, NB-IOT).
  • Typical application scenarios for such field devices include areas such as flood forecasting, monitoring of stormwater overflow basins, inventory management, measurement tasks on or in connection with mobile containers or other distributed measurement tasks.
  • the field device is set up to determine the availability of a radio communication network that can be connected using a radio communication device from the position data and to select one of the radio communication devices and/or an operating mode of the same depending on the availability.
  • the information necessary for the selection of the radio communication device and/or the operating mode thereof is completely available on the field device.
  • the information as to which of the possible radio network connections is available and preferred at which position can be stored on the field device. This can be done, for example, using a database, a table or a map of (publicly) accessible networks available at the position in a memory of the field device. All publicly accessible radio network connections can be stored in the factory at the factory and possibly supplemented by private radio network connections during operation of the field device and/or newly added public radio network connections.
  • the operating mode of the radio communication device preferably includes at least one channel selection and/or setting of a transmission power and/or setting of a radio protocol.
  • Local conditions and/or regulations can be taken into account by setting the operating mode accordingly.
  • the channel selection and the maximum permitted transmission power can be adapted to the respective national regulations. So the max. Transmission power in the 2.4 GHz band is limited to 100 mW according to the IEEE 802.11 g and n standard, while a maximum transmission power of 1 W is permitted in the USA.
  • the permitted or recommended channels also differ regionally.
  • the field device can be set up to detect a movement of the field device. In this way it is possible to carry out a position determination only when the field device is restarted and after a detected movement, i.e. if the position of the field device has changed, otherwise the last selected radio communication device or the last selected operating mode continues to be used. In this way, unnecessary position determinations and the associated energy consumption can be avoided.
  • the field device can have one or more sensors which directly indicate a movement of the field device, such as an acoustic, optical and/or radar-based Doppler sensor, an acceleration sensor, a vibration sensor and/or a geomagnetic field sensor.
  • sensors which directly indicate a movement of the field device, such as an acoustic, optical and/or radar-based Doppler sensor, an acceleration sensor, a vibration sensor and/or a geomagnetic field sensor.
  • the field device is preferably designed as a self-sufficient field device and can therefore be used particularly well in a mobile manner.
  • a further aspect of the present invention relates to a transportable container with a field device which is designed in accordance with the above description.
  • Mobile containers can be provided particularly well with mobile and preferably self-sufficient field devices.
  • the self-sufficient field devices do not require any connection cables and can often be operated with publicly available infrastructure.
  • the narrowband radio technologies mentioned above are often publicly available over a large area, so that no additional costs are incurred for the operation and maintenance of a private infrastructure. Accordingly, mobile containers, e.g.
  • IBCs intermediate bulk containers
  • a mobile field device in particular a self-sufficient level measuring device, which then only has to be integrated into the merchandise management system of the respective user, for example to record the position and the monitor the fill level of the tank.
  • a control device for a field device with at least two different radio communication devices for different radio networks and/or protocols and/or at least one radio communication device with different operating modes and with a control device, the field device having a position determination device, the control device is designed to select one of the radio communication devices and/or an operating mode of the radio communication device depending on a determined position.
  • An expansion module according to the invention can advantageously be used in particular in the case of field devices of modular design.
  • Modular field devices are composed of a modular field device concept.
  • a modular field device concept a number of combinable sensors, housings, electronic units and operating and/or display units can be selected and a corresponding field device can be set up.
  • Such a modular field device concept is offered, for example, by the company Vega Grieshaber KG.
  • a sensor, a corresponding electronics module that provides measured value processing and an interface to a controller and, if applicable, a fieldbus that is used, as well as various display and/or operating units can generally be combined.
  • the sensors, electronic modules and display and/or operating units are adapted both to one another and to various available housings.
  • the aforementioned expansion module is integrated into such a modular field device concept and thus opens up the possibility of equipping the field devices formed in this way, in particular also existing field devices, with the functionality described above.
  • Activating and deactivating does not mean switching the field device completely free of voltage, but can also mean that the field device, components of the field device and/or the radio communication device are put into an energy-saving mode or woken up from it.
  • position signals of a satellite network are determined for determining the position.
  • a geographic position of the field device can be determined globally with simple means available on the market using the satellite networks mentioned above by way of example.
  • information about available radio communication networks can be determined for position determination.
  • the information on radio communication networks available in various databases can often mean that a position can be determined less precisely, but it can also be determined inside buildings.
  • the respective radio communication unit In order to determine the information on the available radio communication networks, the respective radio communication unit must of course be activated. However, purely passive operation is possible for this purpose.
  • the availability of radio communication networks can be determined by activating at least one radio communication device and determining network availability. This ensures that the field devices according to the present application can also be operated at locations for which no information is currently available.
  • the determined information on availability is stored and/or transmitted to a higher-level unit. It is thus possible to supplement information stored in the field device and/or to successively complete the information available for all field devices.
  • the field device can upload the information about the available radio communication networks in the direction of a cloud, for example to an operator server, using a radio communication device.
  • the transmitted information on the available radio communication networks is analyzed in the cloud.
  • newly included data points which are not yet present in the network coverage map managed by the cloud or cloud network coverage map, are used in order to expand the information about the available radio communication networks that has been brought together in the cloud.
  • a point in time of the ascertainment can also be stored. In this way it can be ensured, for example, that the sensor, when reading out an entry stored for the current position, can determine whether this entry is possibly out of date. If this is the case, a new search for available radio communication networks can be started. It can be provided, for example, to use entries of the information about the available radio communication networks, which contain a newer time stamp than the corresponding entry, to update the information about the available radio communication networks in the higher-level unit, for example the cloud . Updating can also include deleting previously existing entries about the presence of a specific radio communication network if there was no network coverage at the corresponding position of the field device.
  • a reception strength of a signal of the radio communication network can be stored.
  • this information can be used during operation to enable the processor to select exactly the radio communication device that has the best reception strength for the respective location after a request has been made by the processor.
  • the message transmission can take place particularly quickly, which can save energy and thus increase the service life of battery-operated systems.
  • a further development can provide for the selection device to be designed in such a way that the costs of message transmission are taken into account when selecting a radio communication device. For example, if Bluetooth connectivity and NB-IoT connectivity are available, Bluetooth data transmission can be preferred because it does not incur any transmission costs.
  • the energy requirement for message transmission and/or the energy available in the device can be taken into account in the selection.
  • a message can preferably be transmitted via LoRa instead of via NB-IoT in order to save energy.
  • the field device can detect a movement of the field device and carry out a position determination and an activation depending on the position only after switching on or activating after a detected movement. Otherwise, i.e. if the field device is not switched on or a previous movement was detected, it is assumed that the field device remains at the activation site and the previously used radio communication devices and/or the previously used operating mode of the radio communication device continue to be used.
  • the present invention also relates to a computer program code for operating a field device or a field device with an expansion module according to the above description, which when executed in a processor causes this to perform the method described above.
  • a corresponding computer program code makes it possible to upgrade field devices that meet the hardware requirements by means of a software update for the present invention.
  • features and properties of the proposed field device correspond to those of the proposed method and vice versa.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a field device according to the present application
  • FIG. 2 shows a further development of the exemplary embodiment from FIG.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a field device 101 according to the present application.
  • the field device 101 is embodied as an autonomously operating filling level sensor.
  • the filling level sensor 101 has a measured value acquisition device 102, a control device 103 designed as a processor, a position determination device 104, a selection unit 105 and a first radio Communication device 106 and a second radio communication device 107 on.
  • the components of the field device 101 can obtain the energy required for operation from an energy source integrated in the field device 101 (not shown here), for example a battery.
  • the first radio communication device 106 is in the present case designed as an NB-IoT (Narrow-Band-IoT) modem and is set up to exchange messages with a first external communication device 108, for example an NB-IoT base station or an NB-IoT transmission mast, which is located in the Environment of the field device 101 can be located.
  • NB-IoT Near-Band-IoT
  • a first external communication device 108 for example an NB-IoT base station or an NB-IoT transmission mast, which is located in the Environment of the field device 101 can be located.
  • the second radio communication device 107 for example a CAT-M modem, is set up to exchange messages with a second external communication device 109, for example a CAT-M base station or a CAT-M transmission mast, which can be located in the vicinity of the sensor 101. Provision can also be made for at least one of the radio communication devices 106, 107 to implement local communication over a short distance using private network technologies, for example via Bluetooth, Zigbee or WLAN.
  • the associated external communication device is then implemented by the operator's existing base station (WLAN router) or a mobile operating device (smartphone, tablet).
  • Processor 103 can be designed, with the inclusion of a measured value acquisition device 102, to determine at least one value of a physical variable in the vicinity of field device 102 and to make it available to the outside using first radio communication device 106 or second radio communication device 107, for example Transmission to an external communication partner 110, for example a server 110 or a cloud 110.
  • the selection unit 105 is designed to determine a wireless communication technology that can be used at the respective location or the respective position and can be integrated into the control device 103 or the processor 103. For this purpose, the selection unit 105 receives the current position from the position determination unit 104.
  • the selection unit 105 then activates the first or the second radio communication unit 106, 107.
  • a LoRa communication unit can be activated at a specific position on a factory site, and an NB-IoT communication unit at a specific position outside of a factory site.
  • the selection unit 105 is alternatively or additionally designed in such a way that a coverage map (hereinafter also network availability map) stored in an internal memory at the factory contains information on the availability of different radio technologies (WLAN, Bluetooth, Zigbee, NB-IoT, LoRa, Sigfox, CAT-M and/or others) in multiple locations.
  • a coverage map hereinafter also network availability map
  • the current operating location of the field device 101 can be determined, and using the internally stored coverage map it can be checked whether the first radio communication device 106 or the second radio communication device 107 with the processor 103 for transmission to be linked by messages.
  • the selection device 105 can be designed to independently learn and continuously expand the coverage map. If, after a request to activate a radio communication device 106, 107 by the processor 103, the selection device 105 determines that the coverage map does not contain any information for the location currently determined by the position determination device 104, this can be carried out, initially via the first Radio communication device 106 to attempt transmission of the messages. If this is successful, the coverage map at the determined location can be expanded to include information about the availability of the first radio communication technology. If this is unsuccessful, the evaluation device 105 can activate the second radio communication device 107 in order to attempt a new transmission attempt for the message from the processor 103 . If the message can be transmitted successfully, the coverage map in the sensor 101 can in turn be updated accordingly.
  • the aforementioned mechanisms can also be used for a third and additional radio communication devices integrated in the sensor, and are in no way limited to mobile radio applications.
  • a LoRa communication unit and an NB-IoT and a CAT-M Integrating the communication unit into a field device 101, and specifying the network availability map for all or part of the integrated technologies ex works in full or in part and/or having the sensor independently create and/or expand it.
  • a user can change or add to the network availability map by corresponding manual entries at a user interface. In this way, energy-intensive scans using the radio communication devices 106, 107 can be avoided or reduced.
  • this information can be used during operation to select exactly that device which has the best reception strength at the respective location after a request from a radio communication device 106, 107 by the processor 103.
  • the message transmission can take place particularly quickly, which can save energy and thus increase the service life of battery-operated systems.
  • a further development can provide for the selection device 105 to be designed in such a way that it takes into account the costs of message transmission when selecting a first or second radio communication device 106, 107.
  • Bluetooth connectivity and NB-IoT connectivity are available, Bluetooth data transmission can be preferred because it does not incur any transmission costs.
  • the energy requirement for message transmission and/or the energy available in the device can be taken into account in the selection.
  • a message can preferably be transmitted via LoRa instead of via NB-IoT in order to save energy.
  • the selection between two alternatively available radio communication technologies is made depending on the respective reception strength at the position of the sensor. As a result, the reliability of message transmission can be increased.
  • a sensor In a further development of a sensor, provision can be made for activating at least one of the available wireless communication technologies 106, 107, for example Bluetooth technology, only at a specific position in one's own company. This ensures that sensor settings can only be changed or the software updated within the company itself and not after delivery to third-party companies. This improves the IT security of the sensor.
  • the available wireless communication technologies 106, 107 for example Bluetooth technology
  • FIG. 2 shows a further development of the exemplary embodiment from FIG.
  • a first sensor 201 constructs a network availability map 203 according to one of the methods proposed above.
  • the sensor 201 initiated by a program element of the processor 103, can upload the network availability map 203 to a cloud 110, for example an operator server, using one of the radio communication devices 106, 107 110, make.
  • the transmitted network availability map 203 is analyzed in the cloud 110.
  • the data points newly contained in the network availability map 203 which are not yet present in the cloud network availability map 205, are used to expand the network availability map 205 in the cloud 110.
  • entries in the network availability map 203 which contain a newer time stamp than the corresponding entry in the cloud network availability map 205 can be used to update the cloud network availability map 205 . Updating can also include deleting previously existing entries about the presence of a particular communication network if there was no network coverage at the corresponding position of the sensor.
  • provision can be made for the network availability map 205 to be transmitted to a second sensor 202 when connectivity is established.
  • the second sensor 202 can use the information from the transmitted cloud network availability map 205 according to the principles already disclosed to partially or completely update its own network availability map 204 . In this way it can be ensured and achieved that network coverage information independently recorded by any sensor 201 or network coverage information entered at any sensor 201, 202 or an operating device 206 connected to the cloud 110 is transmitted to all units connected to the system 200, whereby all components involved can be equally improved in their respective operational processes.
  • Figure 3 shows an exemplary method for operating a field device 101, 201, 202 both on its own and in connection with the cloud 110 described in connection with Figure 2.
  • the method begins in the starting state 301, for example when the processor 103 requests data transmission or after a change in the position of the field device 101, 201 or as specified by a user.
  • step 302 the current position of the field device 101 is determined.
  • GPS sensors 104 can be used for this, for example.
  • the network availability map 203 is loaded.
  • the selection device 105 uses the network availability map 203 to check whether the first radio communication device 106 or the second radio communication device 107 can transmit a message at the current position. If this is the case, then in step 311 the respective communication device 106, 107 is activated according to the entry on the network availability map 203, and in step 312 a message is sent in the direction of an external communication device 108, 109, 206.
  • step 304 a search is made for available radio communication networks by activating the first radio communication device 106 .
  • step 305 a message is transmitted via the first radio communication device 106, whereupon it is checked in step 306 whether this could be carried out successfully. If this is the case, then in step 313 the network availability map 204 is updated with the information on the radio technology of the first communication device 106 and the current position.
  • step 307 the second radio communication device is activated, whereupon in step 308 a message is transmitted via the second radio communication device 107 .
  • step 309 it is checked whether the transmission could be carried out successfully. If this is the case, then in step 314 the network availability map 204 is updated with the information about the lack of network coverage belonging to the first radio communication device 106 at the current location and the presence of network coverage belonging to the second radio communication device 107 at the current position.
  • the network availability map 204 is updated with the information that neither the first nor the second radio communication device 106, 107 has network coverage at the current location is available. In this case, the method ends in the end state 320 without a message being able to be transmitted.
  • the optional steps 315 to 318 can be processed in an event-controlled, time-controlled or specifiable manner according to user input.
  • step 315 the network availability map 204 of the field device 101, 201 is transmitted to a cloud 205.
  • step 316 the cloud 210 or a program element running on a server connected to the cloud 210 updates the cloud network availability map 205 using the information transmitted from the field device 201 network availability map 203.
  • step 317 the updated cloud network availability map 205 is transmitted back to a further field device 202 or a plurality of field devices, whereby in one embodiment only locally valid parts of the complete cloud network availability map 205, which contains information from the environment of the respective field device 201, 202, can be transmitted . This saves data volume and energy.
  • step 318 the network availability map 204 of the sensor 202 is updated using the transmitted information 205 .
  • step 319 all radio communication devices 106, 107 are deactivated before the method ends in step 320.
  • the network availability map can also be transmitted in compressed form to improve energy efficiency. Parts of the network availability map can also be transmitted in separate, consecutive periods of time, which takes into account the fact that often only a limited number of bytes can be transmitted and the conditions with regard to network availability change only very slowly. Provision can also be made for only changes in the network availability map to be transmitted compared to a last known transmission status.
  • the cloud 205 or a program element running on a server connected to the cloud 205 can expand and/or update the cloud network availability map 205 using publicly available network coverage maps provided over the Internet by the telecommunications providers.

Abstract

The present invention relates to a field device (101, 201, 202) having at least two different radio communication devices (106, 107) for different radio networks and/or protocols and/or at least one radio communication device (106, 107) having different operating modes and having a control device (103), wherein the field device (101, 201, 202) has a position determining device (104), wherein the control device (103) is designed to activate one of the radio communication devices (106, 107) and/or an operating mode of the radio communication device (106, 107) according to a determined position. The present invention also relates to a method for operating a field device (101, 201, 202) having an expansion module, comprising the following method steps (301-320): - switching on or activating the field device (101, 201, 202), - determining a position and/or a position signal indicating a position of the field device (101, 201, 202), - determining radio communication networks available at the position on the basis of the determined position and/or the position signal indicating the position of the field device (101, 201, 202), - activating one of the radio communication devices and/or an operating mode of the radio communication device according to the determined position, - transmitting and/or receiving data via the radio communication device and - switching off or deactivating the radio communication device and/or the field device (101, 201, 202).

Description

Feldgerät, Erweiterungsmodul und Verfahren zum Betreiben Field device, expansion module and method of operation
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Feldgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Erweiterungsmodul gemäß Patentanspruch 10 sowie ein Verfahren zum Betreiben der vorgenannten Geräte gemäß Patentanspruch 11. The present invention relates to a field device according to the preamble of patent claim 1, an expansion module according to patent claim 10 and a method for operating the aforementioned devices according to patent claim 11.
Bekannte Feldgeräte der Automatisierungstechnik, insbesondere der Prozessautomatisierung oder auch der Fabrik- und/oder Logistikautomatisierung werden mit unterschiedlichen Funktechnologien ausgestattet und betrieben. Known field devices in automation technology, in particular in process automation or in factory and/or logistics automation, are equipped and operated with different radio technologies.
Unter dem Begriff Automatisierungstechnik wird ein Teilgebiet der Technik verstanden, welches alle Maßnahmen zum Betrieb von Maschinen und Anlagen ohne Mitwirkung des Menschen beinhaltet. Ein Ziel der damit zusammenhängenden Prozessautomatisierung ist es, das Zusammenspiel einzelner Komponenten einer Werksanlage in den Bereichen Chemie, Lebensmittel, Pharma, Erdöl, Papier, Zement, Schifffahrt oder Bergbau zu automatisieren. Hierzu können eine Vielzahl an Sensoren eingesetzt werden, welche insbesondere an die spezifischen Anforderungen der Prozessindustrie, wie bspw. mechanische Stabilität, Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, extremen Temperaturen und extremen Drücken, angepasst sind. Messwerte dieser Sensoren werden üblicherweise an eine Leitwarte übermittelt, in welcher Prozessparameter wie Füllstand, Grenzstand, Durchfluss, Druck oder Dichte überwacht und Einstellungen für die gesamte Werksanlage manuell oder automatisiert verändert werden können. The term automation technology is understood to be a sub-area of technology that includes all measures for the operation of machines and systems without human intervention. One goal of the associated process automation is to automate the interaction of individual components of a plant in the chemical, food, pharmaceutical, petroleum, paper, cement, shipping or mining sectors. A large number of sensors can be used for this purpose, which are particularly adapted to the specific requirements of the process industry, such as mechanical stability, insensitivity to contamination, extreme temperatures and extreme pressures. Measured values from these sensors are usually transmitted to a control room, in which process parameters such as fill level, limit level, flow rate, pressure or density can be monitored and settings for the entire plant can be changed manually or automatically.
Ein Teilgebiet der Automatisierungstechnik betrifft die Logistikautomation. Mit Hilfe von Distanz- und Winkelsensoren werden im Bereich der Logistikautomation Abläufe innerhalb eines Gebäudes oder innerhalb einer einzelnen Logistikanlage automatisiert. Typische Anwendungen finden z.B. Systeme zur Logistikautomation im Bereich der Gepäck- und Frachtabfertigung an Flughäfen, im Bereich der Verkehrsüberwachung (Mautsysteme), im Handel, der Paketdistribution oder aber auch im Bereich der Gebäudesicherung (Zutrittskontrolle). Gemein ist den zuvor aufgezählten Beispielen, dass eine Präsenzerkennung in Kombination mit einer genauen Vermessung der Größe und der Lage eines Objektes von der jeweiligen Anwendungsseite gefordert wird. Hierfür können Sensoren auf Basis optischer Messverfahren mittels Laser, LED, 2D-Kameras oder 3D-Kameras, die nach dem Laufzeitprinzip (time of flight, ToF) Abstände erfassen, verwendet werden. A sub-area of automation technology relates to logistics automation. With the help of distance and angle sensors, processes within a building or within a single logistics facility are automated in the field of logistics automation. Typical applications are, for example, systems for logistics automation in the area of baggage and freight handling at airports, in the area of traffic monitoring (toll systems), in retail, in parcel distribution or in the area of building security (access control). What the above examples have in common is that presence detection in combination with precise measurement of the size and position of an object is required by the respective application. For this purpose, sensors based on optical Measuring methods using lasers, LEDs, 2D cameras or 3D cameras that record distances according to the transit time principle (time of flight, ToF) can be used.
Ein weiteres Teilgebiet der Automatisierungstechnik betrifft die Fabrik-/Fertigungs- automation. Anwendungsfälle hierzu finden sich in den unterschiedlichsten Branchen wie Automobilherstellung, Nahrungsmittelherstellung, Pharmaindustrie oder allgemein im Bereich der Verpackung. Ziel der Fabrikautomation ist, die Herstellung von Gütern durch Maschinen, Fertigungslinien und/oder Roboter zu automatisieren, d. h. ohne Mitwirkung des Menschen ablaufen zu lassen. Die hierbei verwendeten Sensoren und spezifischen Anforderungen im Hinblick auf die Messgenauigkeit bei der Erfassung der Lage und Größe eines Objektes sind mit denen der im vorigen Beispiel der Logistikautomation vergleichbar. Üblicherweise werden daher auch im Bereich der Fabrikautomation im großen Stil Sensoren auf Basis optischer Messverfahren eingesetzt. Another area of automation technology relates to factory/manufacturing automation. Use cases for this can be found in a wide variety of industries such as automobile manufacturing, food production, the pharmaceutical industry or generally in the field of packaging. The aim of factory automation is to automate the production of goods using machines, production lines and/or robots, i. H. run without human intervention. The sensors used here and the specific requirements with regard to the measurement accuracy when detecting the position and size of an object are comparable to those in the previous example of logistics automation. Sensors based on optical measuring methods are therefore usually also used on a large scale in the field of factory automation.
Sowohl im Bereich der Logistikautomation, als auch im Bereich der Fabrikautomation und der Sicherheitstechnik dominieren bislang optische Sensoren. Diese sind schnell (schnelle Befüllvorgänge mit > = 10 Messungen / Sekunde) und preisgünstig und können die Lage und/oder den Abstand zu einem Objekt aufgrund der relativ einfach fokussierbaren optischen Strahlung, welche der Messung zu Grunde liegt, zuverlässig ermitteln. So far, optical sensors have dominated in the area of logistics automation as well as in the area of factory automation and safety technology. These are fast (rapid filling processes with >= 10 measurements/second) and inexpensive and can reliably determine the position and/or the distance to an object due to the relatively easily focussed optical radiation on which the measurement is based.
In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandmessgeräte, Grenzstandmessgeräte und Druckmessgeräte mit Sensoren, die die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Grenzstand oder Druck erfassen. Häufig sind solche Feldgeräte mit übergeordneten Einheiten, z. B. Leitsystemen oder Steuereinheiten, verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung und/oder Prozessüberwachung. In process automation technology, field devices are often used that are used to record and/or influence process variables. Examples of such field devices are filling level measuring devices, limit level measuring devices and pressure measuring devices with sensors that record the corresponding process variables filling level, limit level or pressure. Such field devices are often connected to higher-level units, e.g. B. control systems or control units connected. These higher-level units are used for process control, process visualization and/or process monitoring.
Unter dem Begriff Feldgerät werden dabei verschiedene technische Einrichtungen subsummiert, die mit einem Produktionsprozess in direkter Beziehung stehen. „Feld" bezeichnet dabei den Bereich außerhalb von Leitwarten. Feldgeräte können damit insbesondere Aktoren, Sensoren und Messumformer sein. Weit verbreitet sind insbesondere drahtgebunden betriebene Automatisierungsgeräte, welche anlassbezogen über eine Nahfeldschnittstelle (Bluetooth, Zigbee oder andere) drahtlos mit einem tragbaren Bediengerät, beispielsweise einem Smartphone, verbunden werden können. Hierdurch lassen sich insbesondere Abläufe während der Inbetriebnahme oder Instandhaltung der Geräte vereinfachen. Darüber hinaus existiert im Stand der Technik eine Vielzahl an Automatisierungsgeräten, welche eine Drahtlosschnittstelle zur kontinuierlichen Übertragung von Messwerten oder Steuersignalen an eine zweite Automatisierungskomponente verwenden. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist, Funktechnologien zu verwenden, welche mit möglichst wenig Energie bei gleichzeitig hoher Reichweite betrieben werden können. Auf Basis solcher Technologien wird es möglich, Drahtloskommunikationssysteme in Automatisierungsgeräten einzusetzen, welche eine limitierte Menge an Energie aus ihrem jeweiligen Bussystem beziehen können. Various technical devices that are directly related to a production process are subsumed under the term field device. "Field" refers to the area outside of control rooms. Field devices can therefore be actuators, sensors and measuring transducers in particular. In particular, wired automation devices are widespread, which can be wirelessly connected to a portable operating device, for example a smartphone, via a near-field interface (Bluetooth, Zigbee or other) as required. In this way, processes during the commissioning or maintenance of the devices can be simplified in particular. In addition, there is a large number of automation devices in the prior art that use a wireless interface for the continuous transmission of measured values or control signals to a second automation component. An important aspect here is to use radio technologies that can be operated with as little energy as possible while maintaining a long range. On the basis of such technologies, it is possible to use wireless communication systems in automation devices, which can draw a limited amount of energy from their respective bus system.
Auf Basis energiesparender Funkkommunikationstechnologien werden neuerdings auch autarke Systeme möglich, welche ihren Energiebedarf weitgehend oder vollumfänglich aus einem im Gerät integrierten Energiespeicher, beispielsweise einer Batterie, abdecken. Solche Systeme sind dadurch gekennzeichnet, dass sie oftmals in mobilen Applikationen, beispielsweise in Form von Sensoren in Logistikanwendungen, verwendet werden, und somit in bestimmten zeitlichen Abständen ihren jeweiligen Betriebsort verändern. On the basis of energy-saving radio communication technologies, self-sufficient systems have recently become possible, which largely or completely cover their energy requirements from an energy store integrated in the device, for example a battery. Such systems are characterized in that they are often used in mobile applications, for example in the form of sensors in logistics applications, and thus change their respective operating location at certain time intervals.
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich ferner auf autarke Messanordnungen, insbesondere autarke Füllstand- oder Grenzstandsensoren. Die autarken Füllstandoder Grenzstandsensoren sind vorzugsweise als Radarsensoren ausgebildet und weisen - um die Autarkie der Sensoren sicher zu stellen - neben einem Messaufnehmer zur Erfassung von Messdaten eine Übermittlungseinrichtung zur, vorzugsweise drahtlosen, Übermittlung erfasster Messdaten oder Messwerte und eine eigene Energieversorgung auf. Die Übermittlungseinrichtung kann bevorzugt ein Funkmodul für eine Schmalbandfunktechnologie (LoRa, Sigfox, LTE-M, NB-IOT) sein, das die Messdaten oder Messwerte in eine Cloud, d.h. auf einen Server im World Wide Web überträgt. Die Energieversorgung ist vorzugsweise als Batterie oder Akkumulator ausgebildet und kann zusätzlich ein Energy-Harvesting-Modul umfassen. Typische Anwendungsszenarien für solche Feldgeräte umfassen insbesondere Lagerbestandsverwaltung oder Messaufgaben an mobilen Behältnissen. The present application also relates to self-sufficient measuring arrangements, in particular self-sufficient filling level or point level sensors. The self-sufficient filling level or limit level sensors are preferably designed as radar sensors and, in order to ensure the self-sufficiency of the sensors, have, in addition to a sensor for acquiring measurement data, a transmission device for preferably wireless transmission of acquired measurement data or measured values, and their own power supply. The transmission device can preferably be a radio module for narrowband radio technology (LoRa, Sigfox, LTE-M, NB-IOT), which transmits the measurement data or measurement values to a cloud, ie to a server on the World Wide Web. The energy supply is preferably designed as a battery or accumulator and can also include an energy harvesting module. Typical application scenarios for such field devices include, in particular, inventory management or measurement tasks on mobile containers.
Bekannte Feldgeräte der vorgenannten Art ermöglichen es bisher, Messwerte zu übermitteln, sodass eine übergeordnete Einheit basierend auf dem ermittelten Messwert eine vorbestimmte Aktion auslöst. Bspw. kann basierend auf dem Messwert eines Füllstandmessgerätes bei Überschreiten eines Grenzwertes ein Zulauf geschlossen, oder ein Ablauf geöffnet werden. Known field devices of the aforementioned type previously made it possible to transmit measured values, so that a higher-level unit triggered a predetermined action based on the determined measured value. For example, based on the measured value of a fill level measuring device, an inlet can be closed or an outlet can be opened if a limit value is exceeded.
Autarke Feldgeräte zeichnen sich durch eine besonders einfache Montage ohne Anbringen einer Kommunikations- oder Versorgungsleitung aus und eröffnen dadurch besonders flexible Möglichkeiten zur Anordnung, d.h. insbesondere deren Anbringung in der Prozessumgebung. Ein autarkes Feldgerät gemäß der vorliegenden Anmeldung weist bevorzugt wenigstens einen Sensor zur Erfassung einer Prozessgröße sowie eine Sensorelektronik, ein Funkmodul sowie eine Energieversorgung auf. Self-sufficient field devices are characterized by particularly simple assembly without attaching a communication or supply line and thus open up particularly flexible options for arrangement, i.e. in particular their attachment in the process environment. An autonomous field device according to the present application preferably has at least one sensor for detecting a process variable and sensor electronics, a radio module and a power supply.
Die von diesen Feldgeräten ermittelten Messwerte werden typischerweise unter Verwendung einer Schmalbandfunktechnologie (LoRa, Sigfox, NB-IOT) in eine Cloud, d.h. auf einen Server im World Wide Web übertragen. Typische Anwendungsszenarien für solche Feldgeräte umfassen Bereiche wie die Hochwasservorhersage, Lagerbestandsverwaltung oder auch andere dezentral verteilte Messaufgabe. The measured values determined by these field devices are typically transmitted to a cloud, i.e. to a server on the World Wide Web, using narrowband radio technology (LoRa, Sigfox, NB-IOT). Typical application scenarios for such field devices include areas such as flood forecasting, inventory management or other distributed measurement tasks.
Darüber hinaus existieren vorrangig für drahtgebunden betriebene Automatisierungsgeräte entworfene Erweiterungsmodule, welche in speziell dafür vorgesehene Erweiterungsschnittstellen der Geräte eingesetzt werden, um diese mit Drahtloskommunikationsmöglichkeiten zu erweitern. Es kann vorgesehen sein, dass diese Erweiterungsmodule mehrere Drahtloskommunikationstechnologien beinhalten. Weiterhin kann vorgesehen sein, solche Erweiterungsmodule nur temporär, beispielsweise im Rahmen einer Revision, in Verbindung mit einem Gerät zu betreiben, und anschließend in ein anderes Automatisierungsgerät einzubauen. Hierdurch ändert sich auch für solche Erweiterungsmodule der Betriebsort, auch wenn diese temporär drahtgebunden mit einem Automatisierungsgerät, beispielsweise einem Sensor, betrieben werden. Drahtloskommunikationseinrichtungen für Automatisierungsgeräte gewinnen seit einigen Jahren stark an Bedeutung. In den ersten Jahren wurden entsprechend ausgestatte und mit hinreichend Energie versorgte Geräte vorrangig zur Übermittlung von Messwerten über eine GSM-Mobilfunkverbindung genutzt. Neuere Ansätze verfolgen eher das Ziel, Sensoren über eine Nahfeldschnittstelle (z.B. Bluetooth) zur vereinfachten Bedienung mit einem tragbaren Gerät, beispielsweise einem Smartphone, zu verbinden. Ganz neue Verfahren aus der Klasse der Schmalbandfunktechnologien (z.B. LoRa, Sigfox, NB-IoT, CAT-M) ermöglichen seit kurzer Zeit die Übertragung von Messwerten über große Entfernungen hin zu einer Basisstation mit einem Minimum an Energie, wodurch vollständig autark betriebene Sensoren erst möglich werden. In addition, there are expansion modules designed primarily for wired automation devices, which are used in specially provided expansion interfaces of the devices in order to expand them with wireless communication options. Provision can be made for these expansion modules to contain a number of wireless communication technologies. Provision can also be made for such expansion modules to be operated only temporarily, for example as part of an overhaul, in connection with a device, and then to be installed in another automation device. As a result, the operating location also changes for such expansion modules, even if these are temporarily operated in a wired manner with an automation device, for example a sensor. Wireless communication devices for automation devices have become increasingly important in recent years. In the early years, appropriately equipped devices with sufficient energy were primarily used to transmit measured values via a GSM mobile phone connection. More recent approaches are more aimed at connecting sensors to a portable device, such as a smartphone, via a near-field interface (eg Bluetooth) for simplified operation. Completely new methods from the class of narrowband radio technologies (e.g. LoRa, Sigfox, NB-IoT, CAT-M) have recently made it possible to transmit measured values over large distances to a base station with a minimum of energy, which makes completely self-sufficient sensors possible in the first place will.
Als besonderes Problem erweist sich beim Entwurf von drahtlos kommunizierenden Geräten für mobile Anwendungen die Selektion eines geeigneten Funkstandards. Wird ein mobiles Gerät beispielsweise mit der Sigfox Technologie ausgeführt, so kann an einem ersten Ort eine entsprechende Konnektivität durch das Vorhandensein einer Sigfox Basisstation im Umkreis des Gerätes vorhanden sein. Wird das Gerät nach einer gewissen Zeit beispielsweise in Verbindung mit einem transportablen Behälter an einen anderen Ort verbracht, in dessen Umgebung keine Sigfox Basisstation vorhanden ist, so scheitert die Übertragung von Messwerten regelmäßig. The selection of a suitable radio standard proves to be a particular problem when designing wirelessly communicating devices for mobile applications. If a mobile device is implemented using Sigfox technology, for example, a corresponding connectivity can be present at a first location due to the presence of a Sigfox base station in the vicinity of the device. If the device is moved to another location after a certain time, for example in connection with a transportable container, in the vicinity of which there is no Sigfox base station, the transmission of measured values regularly fails.
Recht ähnlich sind die entsprechenden Zusammenhänge bei den von den Mobilfunkanbietern sukzessive ausgebauten Schmalbandfunktechnologien NB-IoT und CAT-M. In Abhängigkeit vom jeweiligen Mobilfunkprovider existieren Regionen, in welchen eine Konnektivität ausschließlich über NB-IoT vorhanden ist, und andere Regionen, in welchen zugehörige Netze ausschließlich im Bereich der CAT-M Technologie vorhanden sind. The corresponding relationships are quite similar in the case of the narrowband radio technologies NB-IoT and CAT-M, which are being gradually expanded by the mobile phone providers. Depending on the respective mobile communications provider, there are regions in which connectivity is only available via NB-IoT, and other regions in which associated networks are only available in the area of CAT-M technology.
Im Stand der Technik sind Sensoren bekannt, welche mehrere Funktechnologien beinhalten, beispielsweise NB-IoT und CAT-M. Bekannte Lösungen sehen vor, bei der Erstinbetriebnahme zunächst eine Konnektivität unter Verwendung eines ersten Standards zu realisieren. Scheitert dies, so wird in einem zweiten Schritt versucht, eine Konnektivität unter Verwendung des zweiten Standards zu realisieren. Sobald auf einer der vorhandenen Funktechnologien eine Konnektivität realisiert werden kann, wird dieser Funkstandard fortan als aktiver Funkstandard festgelegt, und auch bei einem Wegfall der entsprechenden Netz Verfügbarkeit nicht wieder verworfen. Stattdessen wird fortlaufend durch Scannen zugehöriger Netzkanäle und Frequenzen versucht, eine Konnektivität nach dem bislang verwendeten Funkstandard zu realisieren. Hierdurch kann massiv Energie verbraucht werden. Sensors are known in the prior art which contain several radio technologies, for example NB-IoT and CAT-M. Known solutions provide for first implementing a connectivity using a first standard during the initial start-up. If this fails, then in a second step an attempt is made to implement connectivity using the second standard. As soon as connectivity can be implemented on one of the existing radio technologies, this radio standard will henceforth be defined as the active radio standard. and not discarded again even if the corresponding network availability is lost. Instead, attempts are being made continuously by scanning associated network channels and frequencies to implement connectivity according to the radio standard used up to now. This can consume massive amounts of energy.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Feldgerät und ein Erweiterungsmodul für ein Feldgerät zur Verfügung zu stellen, das die Probleme des Stands der Technik nicht aufweist. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Feldgeräts sowie eines solchen Erweiterungsmoduls anzugeben. It is the object of the present invention to provide a field device and an expansion module for a field device that does not have the problems of the prior art. Furthermore, it is an object of the present invention to specify a method for operating such a field device and such an expansion module.
Ein erfindungsgemäßes Feldgerät mit wenigstens zwei unterschiedlichen Funk- Kommunikationseinrichtungen für unterschiedliche Funk-Netze und/oder Protokolle und/oder wenigstens einer Funk-Kommunikationseinrichtung mit wenigstens zwei unterschiedlichen Betriebsmodi und mit einer Steuereinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Feldgerät eine Positionsermittlungseinrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, abhängig von einer ermittelten Position eine der Funk-Kommunikationseinrichtungen und/oder einen Betriebsmodus der Funk-Kommunikationseinrichtung zu aktivieren. A field device according to the invention with at least two different radio communication devices for different radio networks and/or protocols and/or at least one radio communication device with at least two different operating modes and with a control device is characterized in that the field device has a position determination device, the Control device is designed to activate one of the radio communication devices and/or an operating mode of the radio communication device depending on a determined position.
Es ist damit möglich, eine Position, vorzugsweise eine geographische Position, oder ein die Position des Feldgeräts indizierendes Positionssignal zu ermitteln und die Funk-Kommunikationseinrichtung abhängig von der Position bzw. von dem Positionssignal und einer Verfügbarkeit und/oder Qualität eines entsprechenden Funk- Kommunikationsnetzes an der Position des Feldgeräts zu aktivieren. Auf diese Weise ist es möglich, unnötige Verbindungsversuche zu vermeiden und positionsabhängig das jeweils optimale Funk-Kommunikationsnetz auszuwählen. It is thus possible to determine a position, preferably a geographic position, or a position signal indicating the position of the field device and to activate the radio communication device depending on the position or the position signal and the availability and/or quality of a corresponding radio communication network the position of the field device. In this way it is possible to avoid unnecessary connection attempts and to select the optimal radio communication network depending on the position.
Welches Funk-Kommunikationsnetz und damit welche Funk-Kommunikationseinrichtung als optimal anzusehen ist, kann je nach Anwendungsfall bspw. abhängig sein von einer Bandbreite, einer Übertragungsgeschwindigkeit, einer Zuverlässigkeit, einem Energieverbrauch oder einer bloßen Verfügbarkeit eines Funk-Kommunikationsnetzes oder einer Kombination aus den vorgenannten und ggf. anderen Kriterien. Die Positionsermittlung kann dabei unmittelbar oder mittelbar erfolgen. Das heißt, dass eine Positionsermittlung unmittelbar in dem Feldgerät erfolgen oder mittelbar über ein verfügbares Funk-Kommunikationsnetz und bspw. einen über dieses kontaktierten Dienst kann. Für eine mittelbare Positionsermittlung wird das oder werden die eine Position des Feldgeräts indizierenden Positionssignale an den Dienst, der bspw. auf einem Server im Internet läuft, übermittelt. Dieser bestimmt die Position und überträgt diese an das Feldgerät zurück. Zusätzlich oder alternativ kann der Dienst die Verfügbarkeit von Funk-Kommunikationsnetzen ermitteln und an das Feldgerät übertragen, sodass dieses eine möglicherweise besser geeignete Funk-Kommunikationseinrichtung für die weitere Kommunikation auswählen kann. Depending on the application, which radio communication network and thus which radio communication device is to be regarded as optimal can depend, for example, on bandwidth, transmission speed, reliability, energy consumption or mere availability of a radio communication network or a combination of the above and possibly other criteria. The position can be determined directly or indirectly. This means that a position can be determined directly in the field device or indirectly via an available radio communication network and, for example, a service contacted via this. For indirect position determination, the position signal or signals indicating a position of the field device is/are transmitted to the service, which runs on a server on the Internet, for example. This determines the position and transmits it back to the field device. In addition or as an alternative, the service can determine the availability of radio communication networks and transmit it to the field device, so that it can select a possibly more suitable radio communication device for further communication.
Bei dem Feldgerät handelt es sich insbesondere um ein mobiles Feldgerät, d.h. insbesondere nicht ortsgebunden installierte oder betriebene Feldgeräte. Mobile Feldgeräte im Sinne der vorliegenden Anmeldung sind Feldgeräte, die entweder mobil an unterschiedlichen Orten eingesetzt werden, oder Feldgeräte, die an mobilen Trägern, bspw. mobilen Behältern angebracht sind. Mobile Behälter sind bspw. sogenannte IBCs (Intermediate Bulk Container) oder andere transportable Behälter wie bspw. LKW-montierte Silos und dergleichen. Als transportabel im Sinne der vorliegenden Anmeldung gelten mittels üblicher Mittel wie bspw. Flurförderfahrzeugen, LKW und der gleichen transportierbare Behälter. The field device is in particular a mobile field device, i.e. in particular field devices that are not installed or operated in a fixed location. Mobile field devices within the meaning of the present application are field devices that are either used in a mobile manner at different locations, or field devices that are attached to mobile carriers, for example mobile containers. Mobile containers are, for example, so-called IBCs (intermediate bulk containers) or other transportable containers such as truck-mounted silos and the like. Transportable within the meaning of the present application are considered to be containers that can be transported using conventional means such as, for example, industrial trucks, trucks and the same.
Es ist ein Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung, ein Feldgerät oder ein Erweiterungsmodul derart auszuführen, dass diese / dieses eingerichtet ist, in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebsort zielgerichtet eine von zumindest zwei integrierten Drahtloskommunikationseinrichtungen zu aktivieren, um über diese Daten mit einem externen Kommunikationsgerät auszutauschen. Es ist darüber hinaus ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Feldgerät derart auszuführen, dass dieses eingerichtet ist, die am jeweiligen Ort verwendbare Drahtloskommunikationstechnologie selbständig zu ermitteln, und in einem integrierten Speicher zusammen mit der jeweiligen Ortsinformation zu hinterlegen. Darüber hinaus kann als Aspekt angesehen werden, nach erfolgter Positionsbestimmung die hinterlegten Ortsinformationen nach der aktuellen Position zu durchsuchen, die zur aktuellen Position passende Kommunikationstechnologie zu ermitteln und die zugehörige Funk-Kommunikationseinrichtung zu aktivieren, um hierüber Daten mit einem Kommunikationspartner auszutauschen. Hierdurch kann Energie gespart und das Laufzeitverhalten und/oder die Lebensdauer von Geräten stark erhöht werden. Die Kombination der Informationen aus der Verfügbarkeit der verschiedenen Funk- Netze und der Position sowie ggf. weiterer Informationen wird nachfolgend auch als Netzverfügbarke its karte oder Netzabdeckungskarte bezeichnet. Diese Begriff- lichkeit bedeutet aber nicht, dass es sich dabei um eine vollständige und bildliche Karte handelt, sondern lediglich, dass die vorgenannten Informationen zur Verfügbarkeit der Funknetze mit Informationen zur Position verknüpft sind. Unter den vorgenannten Begriffen soll jedwede tabellarische oder anderweitig geeignet strukturierte und durchsuchbare Verknüpfung der Informationen verstanden werden. It is a main aspect of the present invention to design a field device or an expansion module in such a way that this / this is set up, depending on the respective operating location, to activate one of at least two integrated wireless communication devices in order to exchange data with an external communication device. It is also an aspect of the present invention to design a field device in such a way that it is set up to independently determine the wireless communication technology that can be used at the respective location and to store it in an integrated memory together with the respective location information. Another aspect that can be considered is to search the stored location information for the current position after the position has been determined, to determine the communication technology that matches the current position and to activate the associated radio communication device in order to use this to exchange data with a communication partner. As a result, energy can be saved and the runtime behavior and/or the service life of devices can be greatly increased. The combination of information from the availability of the various radio networks and the position and possibly other information is also referred to below as the network availability map or network coverage map. However, this terminology does not mean that this is a complete and pictorial map, but merely that the aforementioned information on the availability of the radio networks is linked to information on the position. The above terms should be understood to mean any tabular or otherwise suitably structured and searchable linking of the information.
Die die Positionsermittlungseinrichtung kann bspw. als satellitengestützte Positionsermittlungseinrichtung ausgebildet sein. Durch eine derartige Ausgestaltung der Positionsermittlungseinrichtung kann in der Regel weltweit eine absolute geographische Position ermittelt und für die Auswahl der Funk-Kommunikationseinrichtung verwendet werden. Beispielhaft seien an dieser Stelle GPS, GLONASS und GALILEO als mögliche Positionsermittlungseinrichtungen benannt. The position determination device can be embodied, for example, as a satellite-based position determination device. With such a configuration of the position determination device, an absolute geographic position can generally be determined worldwide and used for the selection of the radio communication device. GPS, GLONASS and GALILEO are examples of possible position determination devices.
Zusätzlich oder alternativ kann die Positionsermittlungseinrichtung geeignet ausgebildet sein, Positionsdaten, welche von einem Drahtlosnetzwerk zur Verfügung gestellt werden, auszuwerten. Solche Daten können bspw. die Verfügbarkeit und Lokalisierung von WLAN-Signale in einer individuellen standortabhängigen Kombination sein. Diese Signale stammen von kommerziellen Hotspots, Firmennetzwerken oder von privaten Heimnetzwerken. Die Kenntnis über den Standort dieser Netzwerke (Router) erlaubt so die Berechnung des Standortes. Auf diese Weise kann eine Positionsbestimmung auch an Orten stattfinden, an denen Satellitensignale nicht verfügbar sind, z.B. in Gebäuden. Additionally or alternatively, the position determination device can be designed to evaluate position data that is made available by a wireless network. Such data can be, for example, the availability and localization of WLAN signals in an individual location-dependent combination. These signals come from commercial hotspots, company networks or private home networks. Knowing the location of these networks (routers) allows the location to be calculated. In this way, a position determination can also take place in places where satellite signals are not available, e.g. in buildings.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung kann auch die Kenntnis über das Vorhandensein eines bestimmten Netzwerkes (Router), welches eineindeutig über bekannte Kenngrößen, beispielsweise eine vom Netzwerk periodisch ausgesendete Kennung (MAC-Adresse oder ID des Netzwerkes), als Positionsdatum verstanden werden. So kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Positionsermittlungseinrichtung alternativ oder ergänzend zu einer absoluten geographischen Position eine relative Position zu einem charakteristischen Ort bestimmt, und diese relative Position erfindungsgemäß anstelle oder in Ergänzung zu einer absoluten geographischen Position nutzt. In the context of the present invention, knowledge of the presence of a specific network (router) which is uniquely known via known parameters, for example an identifier (MAC address or ID of the network) periodically transmitted by the network, can also be understood as position data. In particular, it can be provided that the position determination device determines a relative position to a characteristic location as an alternative or in addition to an absolute geographic position, and this relative Position according to the invention uses instead of or in addition to an absolute geographical position.
In anderen Worten kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Positionsermittlungseinrichtung nach Erfassung einer Kennung „CUSTOM ER_WLAN" eine absolute geographische Position „Freiburg" bestimmt, um auf Basis dieses absoluten Standortes ggf. unter Verwendung einer öffentlich verfügbaren Netzabdeckungskarte eine der Funk-Kommunikationseinrichtungen und/oder einen Betriebsmodus der Funk-Kommunikationseinrichtung zu aktivieren. In other words, it can be provided, for example, that the position determination device determines an absolute geographical position "Freiburg" after detecting an identifier "CUSTOM ER_WLAN" in order to use this absolute location, if necessary using a publicly available network coverage map, to determine one of the radio communication devices and/or to activate an operating mode of the radio communication device.
Alternativ oder ergänzend kann aber auch vorgesehen sein, dass die Positionsermittlungseinrichtung nach Erfassung einer Kennung „CUSTOM ER_WLAN" eine relative geographische Position „Kunde Nr.l" bestimmt, um auf Basis dieses relativen Standortes ggf. unter Verwendung einer nichtöffentlichen Netzabdeckungskarte eine der Funk-Kommunikationseinrichtungen und/oder einen Betriebsmodus der Funk-Kommunikationseinrichtung zu aktivieren. Somit kann auf eine Bestimmung einer absoluten geographischen Position verzichtet werden. Alternatively or in addition, however, it can also be provided that the position determination device determines a relative geographic position "customer no and/or to activate an operating mode of the radio communication device. Determining an absolute geographic position can thus be dispensed with.
Eine Positionsermittlungseinrichtung kann folglich eine Position ermitteln, wobei im Kontext der vorliegenden Erfindung hierunter eine absolute geographische Position und/oder eine relative Position verstanden werden soll. A position determination device can consequently determine a position, which in the context of the present invention is to be understood as an absolute geographic position and/or a relative position.
Geeignete Signale zur Bestimmung einer absoluten oder relativen Position können bspw. Mobilfunk, WLAN, LoRa, Sigfox, NB-IOT, oder NFC Signale sein, die beispielsweise über eine Funk-Kommunikationseinheit des Feldgeräts empfangen werden. Suitable signals for determining an absolute or relative position can be, for example, mobile radio, WLAN, LoRa, Sigfox, NB-IOT, or NFC signals, which are received, for example, via a radio communication unit of the field device.
In einem Ausführungsbeispiel kann auch ein Eingangs- und/oder Ausgangsscan des Feldgeräts oder eines Behälters in einem Warenwirtschaftssystem oder dergleichen, aufgrund dessen ein Eingangs- oder Ausgangssignal an die Funk-Kommunikationseinheit übermittelt wird zur absoluten oder relativen Positionsbestimmung dienen. In one embodiment, an input and/or output scan of the field device or a container in a merchandise management system or the like, based on which an input or output signal is transmitted to the radio communication unit, can also be used to determine the absolute or relative position.
Die Funk-Kommunikationseinrichtungen können ausgewählt sein aus der Gruppe von Funk-Kommunikationsmodulen, die gemäß einem der Standards WLAN, Bluetooth, Zigbee, NB-IoT, LoRa, Sigfox, CAT-M, Z-Wave und/oder anderen kommunizieren. Autarke Feldgeräte, insbesondere autarke Sensoren gewinnen durch die Verwendung von einem oder mehreren der vorgenannten Funkstandards an zusätzlichen Einsatzmöglichkeiten. Autarke Sensoren, also Feldgeräte dieser Produktfamilie zeichnen sich durch eine besonders einfache Montage ohne Anbringen einer Kommunikations- oder Versorgungsleitung aus. Die von diesen Feldgeräten ermittelten Messwerte werden typischerweise unter Verwendung einer Schmalbandfunktechnologie (LoRa, Sigfox, NB-IOT) in eine Cloud, d.h. auf einen Server im World Wide Web übertragen. Typische Anwendungsszenarien für solche Feldgeräte umfassen Bereiche wie die Hochwasservorhersage, die Überwachung von Regenüberlaufbecken, die Lagerbestandsverwaltung, Messaufgaben an oder in Verbindung mit mobilen Behältern oder auch andere dezentral verteilte Messaufgaben. The radio communication devices can be selected from the group of radio communication modules that communicate according to one of the standards WLAN, Bluetooth, Zigbee, NB-IoT, LoRa, Sigfox, CAT-M, Z-Wave and/or others. Self-sufficient field devices, especially self-sufficient sensors gain through the Use of one or more of the aforementioned radio standards in additional possible uses. Self-sufficient sensors, i.e. field devices in this product family, are characterized by particularly simple installation without attaching a communication or supply line. The measured values determined by these field devices are typically transmitted to a cloud, ie to a server on the World Wide Web, using narrowband radio technology (LoRa, Sigfox, NB-IOT). Typical application scenarios for such field devices include areas such as flood forecasting, monitoring of stormwater overflow basins, inventory management, measurement tasks on or in connection with mobile containers or other distributed measurement tasks.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist das Feldgerät dazu eingerichtet, aus den Positionsdaten eine Verfügbarkeit eines mittels einer Funk-Kommunikationseinrichtung konnektierbaren Funk-Kommunikationsnetzes zu ermitteln und entsprechend der Verfügbarkeit eine der Funk-Kommunikationseinrichtungen und/oder einen Betriebsmodus derselben auszuwählen. In a preferred embodiment, the field device is set up to determine the availability of a radio communication network that can be connected using a radio communication device from the position data and to select one of the radio communication devices and/or an operating mode of the same depending on the availability.
In anderen Worten sind die für die Auswahl der Funk-Kommunikationseinrichtung und/oder den Betriebsmodus derselben notwendigen Informationen vollständig auf dem Feldgerät verfügbar. Insbesondere kann auf dem Feldgerät die Information, an welcher Position welche der möglichen Funk-Netzverbindungen verfügbar und bevorzugt ist, abgespeichert sein. Dies kann bspw. durch eine Datenbank, eine Tabelle oder eine Karte von an der Position verfügbaren (öffentlich) zugänglichen Netzen in einem Speicher des Feldgeräts erfolgen. In dem Speicher können alle öffentlich zugänglichen Funk-Netzverbindungen werksseitig hinterlegt sein und ggf. durch private Funk-Netzverbindungen im Betrieb des Feldgeräts und/oder neu hinzugekommene öffentliche Funk-Netzverbindungen ergänzt werden. In other words, the information necessary for the selection of the radio communication device and/or the operating mode thereof is completely available on the field device. In particular, the information as to which of the possible radio network connections is available and preferred at which position can be stored on the field device. This can be done, for example, using a database, a table or a map of (publicly) accessible networks available at the position in a memory of the field device. All publicly accessible radio network connections can be stored in the factory at the factory and possibly supplemented by private radio network connections during operation of the field device and/or newly added public radio network connections.
Der Betriebsmodus der Funk-Kommunikationseinrichtung umfasst gemäß der vorliegenden Anmeldung vorzugsweise wenigstens eine Kanalwahl und/oder eine Einstellung einer Sendeleistung und/oder eine Einstellung eines Funkprotokolls. Durch eine entsprechende Einstellung des Betriebsmodus können lokale Gegebenheiten und/oder Vorschriften berücksichtigt werden. Bspw. kann auf diese Weise bei der Verwendung von WLAN die Kanalwahl sowie die maximal erlaubte Sendeleistung an die jeweiligen nationalen Vorschriften angepasst werden. So ist die max. Sendeleistung im 2.4 GHz-Band gemäß Standard IEEE 802.11 g und n auf 100 mW beschränkt, während in den USA eine max. Sendeleistung von 1 W zulässig ist. Ebenso unterscheiden sich regional die zulässigen oder empfohlenen Kanäle. According to the present application, the operating mode of the radio communication device preferably includes at least one channel selection and/or setting of a transmission power and/or setting of a radio protocol. Local conditions and/or regulations can be taken into account by setting the operating mode accordingly. In this way, for example, when using WLAN, the channel selection and the maximum permitted transmission power can be adapted to the respective national regulations. So the max. Transmission power in the 2.4 GHz band is limited to 100 mW according to the IEEE 802.11 g and n standard, while a maximum transmission power of 1 W is permitted in the USA. The permitted or recommended channels also differ regionally.
Um Energie für die Positionsbestimmung zu sparen, kann das Feldgerät dazu eingerichtet sein, eine Bewegung des Feldgeräts zu detektieren. Auf diese Weise wird es möglich, eine Positionsbestimmung nur bei einem Neustart des Feldgeräts und nach einer delektierten Bewegung, also wenn sich die Position des Feldgeräts verändert hat, durchzuführen, ansonsten wird die zuletzt ausgewählte Funk-Kommunikationseinrichtung bzw. der zuletzt ausgewählte Betriebsmodus weiterhin verwendet. So können unnötige Positionsbestimmungen und der damit verbundene Energieverbrauch vermieden werden. In order to save energy for determining the position, the field device can be set up to detect a movement of the field device. In this way it is possible to carry out a position determination only when the field device is restarted and after a detected movement, i.e. if the position of the field device has changed, otherwise the last selected radio communication device or the last selected operating mode continues to be used. In this way, unnecessary position determinations and the associated energy consumption can be avoided.
Es kann damit ermittelt werden, ob das Feldgerät an einem Ort stationär verharrt, oder ob es sich in Bewegung befindet. Das Feldgerät kann dazu über einen oder mehrere Sensoren verfügen, welche unmittelbar eine Bewegung des Feldgeräts anzeigen, wie beispielsweise einen akustischen, optischen und/oder auf Radar basierenden Dopplersensor, einen Beschleunigungssensor, einen Vibrationssensor und/oder einen Erdmagnetfeldsensor. It can thus be determined whether the field device remains stationary at one location or whether it is in motion. For this purpose, the field device can have one or more sensors which directly indicate a movement of the field device, such as an acoustic, optical and/or radar-based Doppler sensor, an acceleration sensor, a vibration sensor and/or a geomagnetic field sensor.
Das Feldgerät ist bevorzugt als autarkes Feldgerät ausgebildet und damit besonders gut mobil einsetzbar. The field device is preferably designed as a self-sufficient field device and can therefore be used particularly well in a mobile manner.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen transportablen Behälter mit einem Feldgerät, das gemäß der obigen Beschreibung ausgebildet ist. Mobile Behälter können besonders gut mit mobilen und vorzugsweise autarken Feldgeräten versehen werden. In diesem Zusammenhang ist es ein Vorteil, dass die autarken Feldgeräte keine Anschlussleitungen benötigen und häufig mit öffentlich verfügbarer Infrastruktur betrieben werden können. So sind insbesondere die o.g. Schmalband-Funktechnologien häufig großflächig öffentlich verfügbar, sodass keine zusätzlichen Kosten für den Betrieb und eine Wartung einer privaten Infrastruktur anfallen. Entsprechend können mobile Behälter, bspw. sog. IBCs (Intermediate Bulk Container) bereits ab Werk mit einem mobilen Feldgerät, insbesondere einem autarken Füllstandmessgerät ausgestattet sein, das dann lediglich noch in das Warenwirtschaftssystem des jeweiligen Benutzers eigebunden werden muss um bspw. die Position und den Füllstand des Behälters zu überwachen. Erfindungsgemäß ist ferner ein Erweiterungsmodul für ein Feldgerät mit wenigstens zwei unterschiedliche Funk-Kommunikationseinrichtungen für unterschiedliche Funk-Netze und/oder Protokolle und/oder wenigstens einer Funk-Kommunikationseinrichtung mit unterschiedlichen Betriebsmodi und mit einer Steuereinrichtung, wobei das Feldgerät eine Positionsermittlungseinrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, abhängig von einer ermittelten Position eine der Funk-Kommunikationseinrichtungen und/oder einen Betriebsmodus der Funk- Kommunikationseinrichtung auszuwählen. A further aspect of the present invention relates to a transportable container with a field device which is designed in accordance with the above description. Mobile containers can be provided particularly well with mobile and preferably self-sufficient field devices. In this context, it is an advantage that the self-sufficient field devices do not require any connection cables and can often be operated with publicly available infrastructure. In particular, the narrowband radio technologies mentioned above are often publicly available over a large area, so that no additional costs are incurred for the operation and maintenance of a private infrastructure. Accordingly, mobile containers, e.g. so-called IBCs (intermediate bulk containers) can already be equipped ex works with a mobile field device, in particular a self-sufficient level measuring device, which then only has to be integrated into the merchandise management system of the respective user, for example to record the position and the monitor the fill level of the tank. According to the invention, there is also an expansion module for a field device with at least two different radio communication devices for different radio networks and/or protocols and/or at least one radio communication device with different operating modes and with a control device, the field device having a position determination device, the control device is designed to select one of the radio communication devices and/or an operating mode of the radio communication device depending on a determined position.
Ein erfindungsgemäßes Erweiterungsmodul kann vorteilhafterweise insbesondere bei modular aufgebauten Feldgeräten zum Einsatz kommen. An expansion module according to the invention can advantageously be used in particular in the case of field devices of modular design.
Modular aufgebaute Feldgeräte sind aus einem modularen Feldgerätekonzept zusammengestellt. Bei einem modularen Feldgerätekonzept können aus einer Mehrzahl von kombinierbaren Sensoren, Gehäusen, Elektronikeinheiten und Bedien- und/ oder Anzeigeeinheiten ausgewählt und ein entsprechendes Feldgerät aufgebaut werden. Ein solches modulares Feldgerätekonzept wird bspw. von der Firma Vega Grieshaber KG angeboten. Kombinierbar sind in der Regel ein Sensor, ein entsprechendes Elektronikmodul, das eine Messwertverarbeitung und eine Schnittstelle zu einer Steuerung und ggf. einem verwendeten Feldbus bereitstellt, sowie verschiedene Anzeige- und/oder Bedieneinheiten. Die Sensoren, Elektronikmodule und Anzeige und/oder Bedieneinheiten sind sowohl aneinander als auch an verschiedene verfügbare Gehäuse angepasst. Modular field devices are composed of a modular field device concept. With a modular field device concept, a number of combinable sensors, housings, electronic units and operating and/or display units can be selected and a corresponding field device can be set up. Such a modular field device concept is offered, for example, by the company Vega Grieshaber KG. A sensor, a corresponding electronics module that provides measured value processing and an interface to a controller and, if applicable, a fieldbus that is used, as well as various display and/or operating units can generally be combined. The sensors, electronic modules and display and/or operating units are adapted both to one another and to various available housings.
In ein solches modulares Feldgerätekonzept ist das vorgenannte Erweiterungsmodul eingebunden und eröffnet damit die Möglichkeit, die so gebildeten Feldgeräte, insbesondere auch Bestandsfeldgeräte, mit der oben beschriebenen Funktionalität auszustatten. The aforementioned expansion module is integrated into such a modular field device concept and thus opens up the possibility of equipping the field devices formed in this way, in particular also existing field devices, with the functionality described above.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Feldgeräts gemäß der obigen Beschreibung oder eines Feldgeräts mit einem Erweiterungsmodul weist folgende Schritte auf: A method according to the invention for operating a field device according to the above description or a field device with an expansion module has the following steps:
- Einschalten oder Aktivieren des Feldgeräts, - Turn on or activate the field device,
- Ermitteln einer Position und/oder eines eine Position des Feldgeräts indizierenden Positionssignals, - Ermitteln von an der Position verfügbaren Funk-Kommunikationsnetzen auf Basis der ermittelten Position und/oder des die Position des Feldgeräts indizierenden Positionssignals, - determining a position and/or a position signal indicating a position of the field device, - Determination of radio communication networks available at the position on the basis of the determined position and/or the position signal indicating the position of the field device,
- Aktivieren eine Funk-Kommunikationseinrichtungen und/oder eines Betriebsmodus der Funk-Kommunikationseinrichtung abhängig von der ermittelten Position,- Activate a radio communication device and / or an operating mode of the radio communication device depending on the determined position,
- Senden und/oder Empfangen von Daten über die Funk-Kommunikationseinrichtung und - Sending and / or receiving data via the radio communication device and
- Ausschalten oder Deaktivieren der Funk-Kommunikationseinrichtung und/oder des Feldgeräts. - Switching off or deactivating the radio communication device and/or the field device.
Aktivieren und Deaktivieren bedeutet dabei nicht, das Feldgerät vollständig spannungsfrei zu schalten, sondern kann auch bedeuten, dass das Feldgerät, Komponenten des Feldgeräts und/oder die Funk- Kommunikationseinrichtung in einen Energiesparmodus versetzt bzw. aus diesem aufgeweckt werden. Activating and deactivating does not mean switching the field device completely free of voltage, but can also mean that the field device, components of the field device and/or the radio communication device are put into an energy-saving mode or woken up from it.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden zur Positionsermittlung Positionssignale eines Satellitennetzwerks ermittelt. Auf diese Weise kann mit den oben beispielhaft genannten Satelliten-Netzwerken global eine geographische Position des Feldgeräts mit einfachen und auf dem Markt verfügbaren Mitteln ermittelt werden. In an advantageous embodiment of the method, position signals of a satellite network are determined for determining the position. In this way, a geographic position of the field device can be determined globally with simple means available on the market using the satellite networks mentioned above by way of example.
Zusätzlich oder alternativ können zur Positionsermittlung Informationen verfügbarer Funk-Kommunikationsnetzwerke ermittelt werden. Durch die in verschiedenen Datenbanken verfügbaren Informationen zu Funk-Kommunikationsnetzwerken kann eine Position zwar oft weniger präzise, aber dafür auch innerhalb von Gebäuden ermittelt werden. Für die Ermittlung der Informationen zu den verfügbaren Funk-Kommunikationsnetzwerken muss freilich die jeweilige Funk-Kommunikationseinheit aktiviert werden. Hierfür ist aber ein rein passiver Betrieb möglich. Additionally or alternatively, information about available radio communication networks can be determined for position determination. The information on radio communication networks available in various databases can often mean that a position can be determined less precisely, but it can also be determined inside buildings. In order to determine the information on the available radio communication networks, the respective radio communication unit must of course be activated. However, purely passive operation is possible for this purpose.
Für den Fall, dass weder zu der ermittelten Position noch zu dem Positionssignal Informationen zu verfügbaren Funk-Kommunikationsnetzen verfügbar sind, kann eine Verfügbarkeit von Funk-Kommunikationsnetzen durch Aktivieren wenigstens einer Funk-Kommunikationseinrichtung und Ermitteln einer Netzverfügbarkeit ermittelt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Feldgeräte gemäß der vorliegenden Anmeldung auch an Orten, für die bislang keine Informationen verfügbar sind, betrieben werden können. In einer Variante des Verfahrens werden die ermittelten Informationen zur Verfügbarkeit abgespeichert und/oder an eine übergeordnete Einheit übermittelt. Es ist damit möglich, eine in dem Feldgerät abgespeicherte Information zu ergänzen und/oder die für sämtliche Feldgeräte verfügbaren Informationen sukzessive zu vervollständigen. In the event that information on available radio communication networks is not available either for the determined position or for the position signal, the availability of radio communication networks can be determined by activating at least one radio communication device and determining network availability. This ensures that the field devices according to the present application can also be operated at locations for which no information is currently available. In a variant of the method, the determined information on availability is stored and/or transmitted to a higher-level unit. It is thus possible to supplement information stored in the field device and/or to successively complete the information available for all field devices.
Dies kann in vorgebbaren Zeitabschnitten oder auch anlassbezogen nach einem Abspeichern von neuen Informationen erfolgen. Bspw. kann das Feldgerät unter Verwendung einer Funk-Kommunikationseinrichtungen ein Upload der Informationen zu den verfügbaren Funk-Kommunikationsnetzwerken in Richtung einer Cloud, beispielsweise auf einen Betreiberserver, vornehmen. In der Cloud erfolgt eine Analyse der übermittelten Informationen zu den verfügbaren Funk-Kommunikationsnetzwerken. Insbesondere werden neu enthaltenen Datenpunkte, welche in der cloudseitig verwalteten Netzabdeckungskarte oder Cloud-Netzabdeckungskarte noch nicht vorhanden sind, verwendet, um die der in der Cloud zusammengeführten Informationen zu den verfügbaren Funk-Kommunikationsnetzwerken zu erweitern. This can be done in definable periods of time or as required after new information has been stored. For example, the field device can upload the information about the available radio communication networks in the direction of a cloud, for example to an operator server, using a radio communication device. The transmitted information on the available radio communication networks is analyzed in the cloud. In particular, newly included data points, which are not yet present in the network coverage map managed by the cloud or cloud network coverage map, are used in order to expand the information about the available radio communication networks that has been brought together in the cloud.
Zusätzlich zu der ermittelten Verfügbarkeit eines Funk-Kommunikationsnetzes kann ferner ein Zeitpunkt der Ermittlung abgespeichert werden. Auf diese Weise kann beispielsweise sichergestellt werden, dass der Sensor beim Auslesen eines zur aktuellen Position hinterlegten Eintrages bestimmen kann, ob dieser Eintrag möglicherweise veraltet ist. Ist dies der Fall, kann ein erneutes Suchen nach verfügbaren Funk-Kommunikationsnetzen gestartet werden. Es kann bspw. vorgesehen sein, Eintragungen der Informationen zu den verfügbaren Funk-Kommunikationsnetzwerken welche einen im Vergleich zur korrespondierenden Eintragung neueren Zeitstempel beinhalten, dazu zu verwenden, die Informationen zu den verfügbaren Funk-Kommunikationsnetzwerken in der übergeordneten Einheit, bspw. der Cloud zu aktualisieren. Ein Aktualisieren kann auch beinhalten, vormals vorhandene Eintragungen über das Vorhandensein eines bestimmten Funk-Kommunikationsnetzes zu löschen, falls an der entsprechenden Position des Feldgerätes keine Netzabdeckung vorhanden war. In addition to the ascertained availability of a radio communication network, a point in time of the ascertainment can also be stored. In this way it can be ensured, for example, that the sensor, when reading out an entry stored for the current position, can determine whether this entry is possibly out of date. If this is the case, a new search for available radio communication networks can be started. It can be provided, for example, to use entries of the information about the available radio communication networks, which contain a newer time stamp than the corresponding entry, to update the information about the available radio communication networks in the higher-level unit, for example the cloud . Updating can also include deleting previously existing entries about the presence of a specific radio communication network if there was no network coverage at the corresponding position of the field device.
Ferner kann zusätzlich zu der ermittelten Verfügbarkeit eine Empfangsstärke eines Signals des Funk-Kommunikationsnetzes abgespeichert werden. Speziell bei batteriebetriebenen Sensoren kann diese Information im Betrieb dazu genutzt werden, nach Anforderung einer Funk-Kommunikationseinrichtung durch den Prozessor genau diejenige auszuwählen, welche die zum jeweiligen Ort beste Empfangsstärke aufweist. Hierdurch kann die Nachrichtenübertragung besonders schnell erfolgen, was Energie einsparen und somit die Lebensdauer batteriebetriebener Systeme erhöhen kann. Furthermore, in addition to the determined availability, a reception strength of a signal of the radio communication network can be stored. Especially in the case of battery-operated sensors, this information can be used during operation to enable the processor to select exactly the radio communication device that has the best reception strength for the respective location after a request has been made by the processor. As a result, the message transmission can take place particularly quickly, which can save energy and thus increase the service life of battery-operated systems.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, die Auswahleinrichtung derart auszuführen, dass die Kosten einer Nachrichtenübermittlung bei der Auswahl einer Funk-Kommunikationseinrichtung berücksichtigt werden. So kann beispielsweise bei Vorhandensein einer Bluetooth Konnektivität und einer NB-IoT Konnektivität die Bluetooth-Datenübermittlung bevorzugt werden, da diese keine Übermittlungskosten verursacht. A further development can provide for the selection device to be designed in such a way that the costs of message transmission are taken into account when selecting a radio communication device. For example, if Bluetooth connectivity and NB-IoT connectivity are available, Bluetooth data transmission can be preferred because it does not incur any transmission costs.
In einer weiteren Ausgestaltung kann bei Vorhandensein mehrerer Kommunikationsmöglichkeiten vorgesehen sein, den Energiebedarf für eine Nachrichtenübermittlung und/oder die im Gerät verfügbare Energie (Ladezustand einer Batterie) bei der Selektion zu berücksichtigen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, bei Verfügbarkeit mehrerer Netze eine Nachricht vorzugsweise über LoRa anstatt über NB-IoT zu übermitteln, um Energie einzusparen. In a further embodiment, if there are several communication options, the energy requirement for message transmission and/or the energy available in the device (charge status of a battery) can be taken into account in the selection. For example, if several networks are available, a message can preferably be transmitted via LoRa instead of via NB-IoT in order to save energy.
Um einen Energieverbrauch des Feldgeräts zu optimieren, kann das Feldgerät eine Bewegung des Feldgeräts erkennen und eine Positionsermittlung und eine Aktivierung abhängig von der Position nur nach dem Einschalten oder dem Aktivieren nach einer erkannten Bewegung durchführen. Ansonsten, d.h. wenn das Feldgerät nicht eingeschaltet wird oder eine vorherige Bewegung erkannt wurde, wird davon ausgegangen, dass das Feldgerät am Ort der Aktivierung verharrt und es werden die zuvor verwendete Funk-Kommunikationseinrichtungen und/oder der zuvor verwendete Betriebsmodus der Funk-Kommunikationseinrichtung weiterverwendet. In order to optimize an energy consumption of the field device, the field device can detect a movement of the field device and carry out a position determination and an activation depending on the position only after switching on or activating after a detected movement. Otherwise, i.e. if the field device is not switched on or a previous movement was detected, it is assumed that the field device remains at the activation site and the previously used radio communication devices and/or the previously used operating mode of the radio communication device continue to be used.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem einen Computerprogrammcode zum Betreiben eines Feldgeräts oder eines Feldgeräts mit einem Erweiterungsmodul gemäß der obigen Beschreibung, der wenn er in einem Prozessor ausgeführt wird, diesen dazu veranlasst, das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen. Durch einen entsprechenden Computerprogrammcode wird es möglich, Feldgeräte, die die hardwaretechnischen Voraussetzungen erfüllen, durch eine Softwareupdate für die vorliegende Erfindung zu ertüchtigen. The present invention also relates to a computer program code for operating a field device or a field device with an expansion module according to the above description, which when executed in a processor causes this to perform the method described above. A corresponding computer program code makes it possible to upgrade field devices that meet the hardware requirements by means of a software update for the present invention.
Bevorzugte Ausführungsformen, Merkmale und Eigenschaften des vorschlagsgemäßen Feldgeräts entsprechen denjenigen des vorschlagsgemäßen Verfahrens und umgekehrt. Preferred embodiments, features and properties of the proposed field device correspond to those of the proposed method and vice versa.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Die in den Unteransprüchen einzeln aufgeführten Merkmale können in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander als auch mit den in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuterten Merkmale kombiniert werden und andere vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Advantageous configurations and variants of the invention result from the dependent claims and the following description. The features listed individually in the subclaims can be combined with one another in any technically meaningful way, as well as with the features explained in more detail in the following description, and represent other advantageous embodiment variants of the invention.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert. Es zeigen: The present invention is explained in detail below using exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Feldgeräts gemäß der vorliegenden Anmeldung, FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a field device according to the present application,
Figur 2 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels aus Figur 1, FIG. 2 shows a further development of the exemplary embodiment from FIG.
Figur 3 ein Verfahren zum Betreiben eines Feldgeräts gemäß den Figuren 1 und 2. 3 shows a method for operating a field device according to FIGS. 1 and 2.
In den Figuren bezeichnen - soweit nicht anders angegeben - gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Komponenten mit gleicher Funktion. In the figures, unless otherwise stated, the same reference symbols designate the same or corresponding components with the same function.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Feldgeräts 101 gemäß der vorliegenden Anmeldung. FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a field device 101 according to the present application.
Das Feldgerät 101 ist vorliegend als autark arbeitender Füllstandsensor ausgebildet. Der Füllstandsensor 101 weist eine Messwerterfassungseinrichtung 102, eine als Prozessor ausgebildete Steuereinrichtung 103, eine Positionsermittlungseinrichtung 104, eine Auswahleinheit 105 sowie eine erste Funk- Kommunikationseinrichtung 106 und eine zweite Funk-Kommunikationseinrichtung 107 auf. Die Komponenten des Feldgeräts 101 können ihre für den Betrieb erforderliche Energie vorzugsweise aus einer in dem Feldgerät 101 integrierten, hier nicht dargestellten Energiequelle, beispielsweise einer Batterie, beziehen. In the present case, the field device 101 is embodied as an autonomously operating filling level sensor. The filling level sensor 101 has a measured value acquisition device 102, a control device 103 designed as a processor, a position determination device 104, a selection unit 105 and a first radio Communication device 106 and a second radio communication device 107 on. The components of the field device 101 can obtain the energy required for operation from an energy source integrated in the field device 101 (not shown here), for example a battery.
Die erste Funk-Kommunikationseinrichtung 106 ist vorliegend als NB-IoT (Narrow- Band-IoT) Modem ausgebildet und ist eingerichtet zum Nachrichtenaustausch mit einem ersten externen Kommunikationsgerät 108, beispielsweise einer NB-IoT Basisstation oder einem NB-IoT Sendemast, welcher sich in der Umgebung des Feldgeräts 101 befinden kann. The first radio communication device 106 is in the present case designed as an NB-IoT (Narrow-Band-IoT) modem and is set up to exchange messages with a first external communication device 108, for example an NB-IoT base station or an NB-IoT transmission mast, which is located in the Environment of the field device 101 can be located.
Die zweite Funk-Kommunikationseinrichtung 107, beispielsweise ein CAT-M Modem, ist eingerichtet zum Nachrichtenaustausch mit einem zweiten externen Kommunikationsgerät 109, beispielsweise einer CAT-M Basisstation oder einem CAT-M Sendemast, welcher sich in der Umgebung des Sensors 101 befinden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Funk-Kommunikationseinrichtungen 106, 107 eine lokale Kommunikation über eine kurze Strecke unter Verwendung privater Netzwerktechnologien realisiert, beispielsweise über Bluetooth, Zigbee oder WLAN. Das zugehörige externe Kommunikationsgerät wird dann durch eine beim Betreiber vorhandene Basisstation (WLAN- Router) oder ein mobiles Bediengerät (Smartphone, Tablet) realisiert. The second radio communication device 107, for example a CAT-M modem, is set up to exchange messages with a second external communication device 109, for example a CAT-M base station or a CAT-M transmission mast, which can be located in the vicinity of the sensor 101. Provision can also be made for at least one of the radio communication devices 106, 107 to implement local communication over a short distance using private network technologies, for example via Bluetooth, Zigbee or WLAN. The associated external communication device is then implemented by the operator's existing base station (WLAN router) or a mobile operating device (smartphone, tablet).
Der Prozessor 103 kann unter Einbeziehung einer Messwerterfassungseinrichtung 102 ausgeführt sein, zumindest einen Wert einer physikalischen Größe in der Umgebung des Feldgeräts 102 zu ermitteln, und unter Nutzung der ersten Funk-Kommunikationseinrichtung 106 oder der zweiten Funk-Kommunikationseinrichtung 107 nach außen hin bereitzustellen, beispielsweise durch Übermittlung an einen externen Kommunikationspartner 110, beispielsweise einen Server 110 oder eine Cloud 110. Die Auswahleinheit 105 ist zur Bestimmung einer am jeweiligen Ort oder der jeweiligen Position verwendbaren Drahtloskommunikationstechnologie ausgeführt und kann in die Steuereinrichtung 103 respektive den Prozessor 103 integriert ausgebildet sein. Hierzu erhält die Auswahleinheit 105 die aktuelle Position von der Positionsbestimmungseinheit 104. Processor 103 can be designed, with the inclusion of a measured value acquisition device 102, to determine at least one value of a physical variable in the vicinity of field device 102 and to make it available to the outside using first radio communication device 106 or second radio communication device 107, for example Transmission to an external communication partner 110, for example a server 110 or a cloud 110. The selection unit 105 is designed to determine a wireless communication technology that can be used at the respective location or the respective position and can be integrated into the control device 103 or the processor 103. For this purpose, the selection unit 105 receives the current position from the position determination unit 104.
In einem ersten Ausführungsbeispiel aktiviert die Auswahleinheit 105 daraufhin nach einem vorgebbaren oder ab Werk vorgegebenen Regelwerk die erste oder die zweite Funk-Kommunikationseinheit 106, 107. So kann in einem Beispiel vorgesehen sein, eine LoRa Kommunikationseinheit bei einer bestimmten Position auf einem Werksgelände zu aktivieren, und eine NB-IoT Kommunikationseinheit bei einer bestimmten Position außerhalb eines Werksgeländes. In a first exemplary embodiment, the selection unit 105 then activates the first or the second radio communication unit 106, 107. In one example, a LoRa communication unit can be activated at a specific position on a factory site, and an NB-IoT communication unit at a specific position outside of a factory site.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Auswahleinheit 105 alternativ oder ergänzend derart ausgeführt, eine in einem internen Speicher ab Werk hinterlegte Abdeckungskarte (nachfolgend auch Netzverfügbarkeitskarte), welche Informationen zur Verfügbarkeit unterschiedlicher Funktechnologien (WLAN, Bluetooth, Zig- bee, NB-IoT, LoRa, Sigfox, CAT-M und/oder andere) an mehreren Orten beinhaltet, zu verwenden. Im Zusammenspiel mit der Positionsbestimmungseinheit 104 und dem Prozessor 105 kann der aktuelle Betriebsort des Feldgeräts 101 ermittelt werden, und unter Verwendung der intern abgelegten Abdeckungskarte überprüft werden, ob die erste Funk-Kommunikationseinrichtung 106 oder die zweite Funk- Kommunikationseinrichtung 107 mit dem Prozessor 103 zur Übertragung von Nachrichten verbunden werden soll. In a second exemplary embodiment, the selection unit 105 is alternatively or additionally designed in such a way that a coverage map (hereinafter also network availability map) stored in an internal memory at the factory contains information on the availability of different radio technologies (WLAN, Bluetooth, Zigbee, NB-IoT, LoRa, Sigfox, CAT-M and/or others) in multiple locations. In interaction with the position determination unit 104 and the processor 105, the current operating location of the field device 101 can be determined, and using the internally stored coverage map it can be checked whether the first radio communication device 106 or the second radio communication device 107 with the processor 103 for transmission to be linked by messages.
In einer Weiterbildung kann die Auswahleinrichtung 105 ausgeführt sein, die Abdeckungskarte selbständig zu erlernen und fortlaufend zu erweitern. Stellt die Auswahleinrichtung 105 nach einer Anforderung zum Aktivieren einer Funk-Kommunikationseinrichtung 106, 107 durch den Prozessor 103 fest, dass für den aktuell von der Positionsbestimmungseinrichtung 104 ermittelten Ort keine Informationen in der Abdeckungskarte enthalten sind, so kann diese ausgeführt sein, zunächst über die erste Funk-Kommunikationseinrichtung 106 eine Übermittlung der Nachrichten zu versuchen. Gelingt dies, so kann die Abdeckungskarte am ermittelten Ort um die Information der Verfügbarkeit der ersten Funk-Kommunikationstechnologie erweitert werden. Gelingt dies nicht, so kann die Auswerteeinrichtung 105 die zweite Funk-Kommunikationseinrichtung 107 aktivieren, um einen neuerlichen Übermittlungsversuch für die Nachricht des Prozessors 103 zu versuchen. Kann die Nachricht erfolgreich übertragen werden, so kann wiederum die Abdeckungskarte im Sensor 101 entsprechend aktualisiert werden. In a further development, the selection device 105 can be designed to independently learn and continuously expand the coverage map. If, after a request to activate a radio communication device 106, 107 by the processor 103, the selection device 105 determines that the coverage map does not contain any information for the location currently determined by the position determination device 104, this can be carried out, initially via the first Radio communication device 106 to attempt transmission of the messages. If this is successful, the coverage map at the determined location can be expanded to include information about the availability of the first radio communication technology. If this is unsuccessful, the evaluation device 105 can activate the second radio communication device 107 in order to attempt a new transmission attempt for the message from the processor 103 . If the message can be transmitted successfully, the coverage map in the sensor 101 can in turn be updated accordingly.
Die zuvor genannten Mechanismen können auch für eine dritte und weitere im Sensor integrierte Funk- Kommunikationseinrichtungen verwendet werden, und sind keinesfalls auf Mobilfunkanwendungen beschränkt. Es kann insbesondere vorgesehen sein, eine LoRa Kommunikationseinheit und eine NB-IoT und eine CAT-M Kommunikationseinheit in ein Feldgerät 101 zu integrieren, und die Netzverfügbarkeitskarte für alle oder einen Teil der integrierten Technologien ab Werk vollständig oder partiell vorzugeben und/oder vom Sensor selbständig erstellen und/oder erweitern zu lassen. The aforementioned mechanisms can also be used for a third and additional radio communication devices integrated in the sensor, and are in no way limited to mobile radio applications. In particular, a LoRa communication unit and an NB-IoT and a CAT-M Integrating the communication unit into a field device 101, and specifying the network availability map for all or part of the integrated technologies ex works in full or in part and/or having the sensor independently create and/or expand it.
Es kann ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass ein Benutzer die Netzverfügbarkeitskarte durch entsprechende manuelle Eingaben an einer Benutzerschnittstelle verändern oder ergänzen kann. Hierdurch können energieaufwändige Scans unter Verwendung der Funk-Kommunikationseinrichtungen 106, 107 vermieden oder reduziert werden. In addition or as an alternative, it can be provided that a user can change or add to the network availability map by corresponding manual entries at a user interface. In this way, energy-intensive scans using the radio communication devices 106, 107 can be avoided or reduced.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, zu einem Teil oder allen Datenpunkten der Netzverfügbarke its karte den Zeitpunkt der letztmaligen Aktualisierung zu hinterlegen. Auf diese Weise kann beispielsweise sichergestellt werden, dass der Sensor beim Auslesen eines zur aktuellen Position hinterlegten Eintrages aus der Netzverfügbarkeitskarte bestimmen kann, ob dieser Eintrag möglicherweise veraltet ist. Ist dies der Fall, kann ein erneutes Suchen nach verfügbaren Funk-Kommunikationsnetzen unter Verwendung der Einrichtungen 106, 107 gestartet werden. Provision can also be made to store the time of the last update for some or all of the data points of the network availability map. In this way it can be ensured, for example, that the sensor can determine, when reading out an entry stored for the current position from the network availability map, whether this entry is possibly out of date. If this is the case, a renewed search for available radio communication networks using the devices 106, 107 can be started.
Es kann vorgesehen sein, die Netzverfügbarkeitskarte in einem nichtflüchtigen Speicher abzulegen, um diese im Falle einer kompletten Deaktivierung oder eines vollständigen Ausschaltens der Elektronik und anschließendem Neustart wieder verfügbar zu machen. Provision can be made for the network availability map to be stored in a non-volatile memory in order to make it available again in the event of complete deactivation or complete switching off of the electronics and subsequent restart.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, die Empfangsstärke eines Signals zu einer verfügbaren Funk-Kommunikationstechnologie zu ermitteln, und in der Netzverfügbarkeitskarte zu hinterlegen. Speziell bei batteriebetriebenen Sensoren kann diese Information im Betrieb dazu genutzt werden, nach Anforderung einer Funk- Kommunikationseinrichtung 106, 107 durch den Prozessor 103 genau diejenige auszuwählen, welche die zum jeweiligen Ort beste Empfangsstärke aufweist. Hierdurch kann die Nachrichtenübertragung besonders schnell erfolgen, was Energie einsparen und somit die Lebensdauer batteriebetriebener Systeme erhöhen kann. Provision can also be made to determine the reception strength of a signal for an available radio communication technology and to store it in the network availability map. In the case of battery-operated sensors in particular, this information can be used during operation to select exactly that device which has the best reception strength at the respective location after a request from a radio communication device 106, 107 by the processor 103. As a result, the message transmission can take place particularly quickly, which can save energy and thus increase the service life of battery-operated systems.
Mit dem fortlaufenden Ausbau von Drahtloskommunikationsnetzen eröffnet sich unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Automatisierungsgerätes an einigen Orten die Möglichkeit, eine Nachrichtenübermittlung sowohl unter Verwendung der ersten Funk-Kommunikationseinrichtung 106 als auch der zweiten Funk-Kommunikationseinrichtung 107 zu realisieren. Entsprechende Informationen können in einer Netzverfügbarkeitskarte enthalten sein. With the ongoing expansion of wireless communication networks opens up using an automation device according to the invention in some places the possibility of message transmission both using the first radio communication device 106 and the second radio communication device 107 to realize. Corresponding information can be contained in a network availability map.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, die Auswahleinrichtung 105 derart auszuführen, dass diese die Kosten einer Nachrichtenübermittlung bei der Auswahl einer ersten oder zweiten Funk-Kommunikationseinrichtung 106, 107 berücksichtigt. So kann beispielsweise bei Vorhandensein einer Bluetooth Konnektivität und einer NB-IoT Konnektivität die Bluetooth-Datenübermittlung bevorzugt werden, da diese keine Übermittlungskosten verursacht. In einer weiteren Weiterbildung kann bei Vorhandensein mehrerer Kommunikationsmöglichkeiten vorgesehen sein, den Energiebedarf für eine Nachrichtenübermittlung und/oder die im Gerät verfügbare Energie (Ladezustand einer Batterie) bei der Selektion zu berücksichtigen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, bei Verfügbarkeit mehrerer Netze eine Nachricht vorzugsweise über LoRa anstatt über NB-IoT zu übermitteln, um Energie einzusparen. Weiterhin kann vorgesehen sein, die Auswahl zwischen zwei alternativ vorhandenen Funk-Kommunikationstechnologien in Abhängigkeit von der jeweiligen Empfangsstärke an der Position des Sensors vorzunehmen. Hierdurch kann die Zuverlässigkeit einer Nachrichtenübertragung erhöht werden. A further development can provide for the selection device 105 to be designed in such a way that it takes into account the costs of message transmission when selecting a first or second radio communication device 106, 107. For example, if Bluetooth connectivity and NB-IoT connectivity are available, Bluetooth data transmission can be preferred because it does not incur any transmission costs. In a further development, if there are several communication options, the energy requirement for message transmission and/or the energy available in the device (charge status of a battery) can be taken into account in the selection. For example, if several networks are available, a message can preferably be transmitted via LoRa instead of via NB-IoT in order to save energy. Furthermore, it can be provided that the selection between two alternatively available radio communication technologies is made depending on the respective reception strength at the position of the sensor. As a result, the reliability of message transmission can be increased.
In einer Weiterbildung eines Sensors kann vorgesehen sein, zumindest eine der verfügbaren Drahtloskommunikationstechnologien 106, 107, beispielsweise eine Bluetooth-Technologie, nur an einer bestimmten Position in der eigenen Firma zu aktivieren. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass eine Veränderung von Sensoreinstellungen oder ein Update der Software nur innerhalb der eigenen Firma und nicht nach einer Auslieferung an Drittfirmen erfolgen kann. Hierdurch lässt sich die IT-Sicherheit des Sensors verbessern. In a further development of a sensor, provision can be made for activating at least one of the available wireless communication technologies 106, 107, for example Bluetooth technology, only at a specific position in one's own company. This ensures that sensor settings can only be changed or the software updated within the company itself and not after delivery to third-party companies. This improves the IT security of the sensor.
Figur 2 zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels aus Figur 1. Das zuvor aufgezeigte Ausführungsbeispiel mit einer sensorintern vorgebbaren und/oder vom Sensor selbst erlernten Netzverfügbarke its karte für die Verfügbarkeit standortabhängig vorhandener, unterschiedlicher Funk-Kommunikationstechnologien lässt sich unter Einbeziehung einer Cloud 110 weiter verbessern. FIG. 2 shows a further development of the exemplary embodiment from FIG.
Ein erster Sensor 201 baut nach einem der oben vorgeschlagenen Verfahren eine Netzverfügbarkeitskarte 203 auf. In vorgebbaren Zeitabschnitten oder auch anlassbezogen nach einem Einträgen eines neuen Datenpunktes in die Netzverfügbarkeitskarte 203 kann der Sensor 201, initiiert durch ein Programmelement des Prozessors 103, unter Verwendung einer der Funk-Kommunikationseinrichtungen 106, 107 ein Upload der Netzverfügbarke its karte 203 in Richtung einer Cloud 110, beispielsweise einen Betreiberserver 110, vornehmen. In der Cloud 110 erfolgt eine Analyse der übermittelten Netzverfügbarkeitskarte 203. Insbesondere werden die in der Netzverfügbarkeitskarte 203 neu enthaltenen Datenpunkte, welche in der Cloud-Netzverfügbarkeitskarte 205 noch nicht vorhanden sind, verwendet, um die Netzverfügbarkeitskarte 205 in der Cloud 110 zu erweitern. A first sensor 201 constructs a network availability map 203 according to one of the methods proposed above. In definable periods of time or When a new data point is entered in the network availability map 203, the sensor 201, initiated by a program element of the processor 103, can upload the network availability map 203 to a cloud 110, for example an operator server, using one of the radio communication devices 106, 107 110, make. The transmitted network availability map 203 is analyzed in the cloud 110. In particular, the data points newly contained in the network availability map 203, which are not yet present in the cloud network availability map 205, are used to expand the network availability map 205 in the cloud 110.
Weiterhin kann vorgesehen sein, Eintragungen der Netzverfügbarke its karte 203, welche einen im Vergleich zur korrespondierenden Eintragung der Cloud-Netzverfügbarkeitskarte 205 neueren Zeitstempel beinhalten, dazu zu verwenden, die Cloud-Netzverfügbarkeitskarte 205 zu aktualisieren. Ein Aktualisieren kann auch beinhalten, vormals vorhandene Eintragungen über das Vorhandensein eines bestimmten Kommunikationsnetzes zu löschen, falls an der entsprechenden Position des Sensors keine Netzabdeckung vorhanden war. Furthermore, it can be provided that entries in the network availability map 203 which contain a newer time stamp than the corresponding entry in the cloud network availability map 205 can be used to update the cloud network availability map 205 . Updating can also include deleting previously existing entries about the presence of a particular communication network if there was no network coverage at the corresponding position of the sensor.
In einem weiteren Verfahrensschritt kann vorgesehen sein, einem zweiten Sensor 202 bei einer bestehenden Konnektivität die Netzverfügbarkeitskarte 205 zu übermitteln. Der zweite Sensor 202 kann die Informationen der übermittelten Cloud- Netzverfügbarkeitskarte 205 nach den bereits offenbarten Prinzipien dazu nutzen, die eigene Netzverfügbarkeitskarte 204 partiell oder vollständig zu aktualisieren. Auf diese Weise kann sichergestellt und erreicht werden, dass von einem beliebigen Sensor 201 selbständig erfasste Netzabdeckungsinformationen oder an einem beliebigen Sensor 201, 202 oder einem mit der Cloud 110 in Verbindung stehenden Bediengerät 206 eingegebene Netzabdeckungsinformationen zu allen an das System 200 angeschlossenen Einheiten übertragen werden, wodurch alle beteiligten Komponenten gleichermaßen in ihrem jeweiligen Betriebsablauf verbessert werden können. In a further method step, provision can be made for the network availability map 205 to be transmitted to a second sensor 202 when connectivity is established. The second sensor 202 can use the information from the transmitted cloud network availability map 205 according to the principles already disclosed to partially or completely update its own network availability map 204 . In this way it can be ensured and achieved that network coverage information independently recorded by any sensor 201 or network coverage information entered at any sensor 201, 202 or an operating device 206 connected to the cloud 110 is transmitted to all units connected to the system 200, whereby all components involved can be equally improved in their respective operational processes.
Figur 3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Feldgeräts 101, 201, 202 sowohl alleinstehend als auch in Verbindung mit der in Zusammenhang mit Figur 2 beschriebenen Cloud 110. Das Verfahren beginnt im Startzustand 301, beispielsweise bei Anforderung einer Datenübermittlung durch den Prozessor 103 oder nach einer Veränderung der Position des Feldgeräts 101, 201 oder nach Vorgabe durch einen Benutzer. Figure 3 shows an exemplary method for operating a field device 101, 201, 202 both on its own and in connection with the cloud 110 described in connection with Figure 2. The method begins in the starting state 301, for example when the processor 103 requests data transmission or after a change in the position of the field device 101, 201 or as specified by a user.
In Schritt 302 wird die aktuelle Position des Feldgeräts 101 bestimmt. Hierzu können beispielsweise GPS-Sensoren 104 verwendet werden. Zudem wird die Netzverfügbarkeitskarte 203 geladen. In step 302 the current position of the field device 101 is determined. GPS sensors 104 can be used for this, for example. In addition, the network availability map 203 is loaded.
In Schritt 303 wird von der Auswahleinrichtung 105 anhand der Netzverfügbar- keitskarte 203 überprüft, ob über die erste Funk-Kommunikationseinrichtung 106 oder die zweite Funk-Kommunikationseinrichtung 107 eine Nachrichtenübermittlung an der aktuellen Position möglich ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 311 die jeweilige Kommunikationseinrichtung 106, 107 gemäß der Eintragung der Netzverfügbarkeitskarte 203 aktiviert, und in Schritt 312 eine Nachricht in Richtung eines externen Kommunikationsgerätes 108, 109, 206 übermittelt. In step 303, the selection device 105 uses the network availability map 203 to check whether the first radio communication device 106 or the second radio communication device 107 can transmit a message at the current position. If this is the case, then in step 311 the respective communication device 106, 107 is activated according to the entry on the network availability map 203, and in step 312 a message is sent in the direction of an external communication device 108, 109, 206.
Andernfalls wird in Schritt 304 nach verfügbaren Funk-Kommunikationsnetzen gesucht, indem die erste Funk-Kommunikationseinrichtung 106 aktiviert wird. In Schritt 305 wird über die erste Funk-Kommunikationseinrichtung 106 eine Nachricht übermittelt, woraufhin in Schritt 306 überprüft wird, ob dies mit Erfolg durchgeführt werden konnte. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 313 die Netzverfügbar- keitskarte 204 mit der Information der Funktechnologie der ersten Kommunikationseinrichtung 106 und der aktuellen Position aktualisiert. Otherwise, in step 304 a search is made for available radio communication networks by activating the first radio communication device 106 . In step 305 a message is transmitted via the first radio communication device 106, whereupon it is checked in step 306 whether this could be carried out successfully. If this is the case, then in step 313 the network availability map 204 is updated with the information on the radio technology of the first communication device 106 and the current position.
Andernfalls wird in Schritt 307 die zweite Funk-Kommunikationseinrichtung aktiviert, woraufhin in Schritt 308 über die zweite Funk-Kommunikationseinrichtung 107 eine Nachricht übermittelt wird. In Schritt 309 wird überprüft, ob die Übermittlung erfolgreich durchgeführt werden konnte. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 314 die Netzverfügbarkeitskarte 204 mit der Information des Fehlens einer zur ersten Funk-Kommunikationseinrichtung 106 gehörenden Netzabdeckung am aktuellen Ort sowie des Vorhandenseins einer zur zweiten Funk-Kommunikationseinrichtung 107 gehörenden Netzabdeckung an der aktuellen Position aktualisiert. Otherwise, in step 307 the second radio communication device is activated, whereupon in step 308 a message is transmitted via the second radio communication device 107 . In step 309 it is checked whether the transmission could be carried out successfully. If this is the case, then in step 314 the network availability map 204 is updated with the information about the lack of network coverage belonging to the first radio communication device 106 at the current location and the presence of network coverage belonging to the second radio communication device 107 at the current position.
Andernfalls wird im Schritt 310 die Netzverfügbarke its karte 204 mit der Information aktualisiert, dass weder eine zur ersten noch eine zur zweiten Funk-Kommunikationseinrichtung 106, 107 gehörende Netzabdeckung am aktuellen Ort vorhanden ist. In diesem Fall endet das Verfahren im Endzustand 320, ohne dass eine Nachricht übermittelt werden konnte. Otherwise, in step 310, the network availability map 204 is updated with the information that neither the first nor the second radio communication device 106, 107 has network coverage at the current location is available. In this case, the method ends in the end state 320 without a message being able to be transmitted.
Konnte hingegen eine Nachricht übermittelt werden, so können die optionalen Schritte 315 bis 318 ereignisgesteuert, zeitgesteuert oder nach Benutzereingabe vorgebbar abgearbeitet werden. If, on the other hand, a message could be transmitted, the optional steps 315 to 318 can be processed in an event-controlled, time-controlled or specifiable manner according to user input.
In Schritt 315 wird die Netzverfügbarke its karte 204 des Feldgeräts 101, 201 in eine Cloud 205 übertragen. In step 315 the network availability map 204 of the field device 101, 201 is transmitted to a cloud 205.
In Schritt 316 aktualisiert die Cloud 210 oder ein Programmelement, welches auf einem mit der Cloud 210 in Verbindung stehenden Server abläuft, die Cloud-Netz- verfügbarke its karte 205 unter Verwendung der Informationen der von dem Feldgerät 201 übermittelten Netzverfügbarkeitskarte 203. In Schritt 317 wird die aktualisierte Cloud-Netzverfügbarkeitskarte 205 an ein weiteres Feldgerät 202 oder eine Mehrzahl von Feldgeräten zurückübermittelt, wobei in einer Ausführungsform auch nur lokal gültige Teile der kompletten Cloud-Netzverfügbarkeitskarte 205, welche Informationen aus der Umgebung des jeweiligen Feldgeräts 201, 202 beinhaltet, übermittelt werden können. Hierdurch kann Datenvolumen und Energie eingespart werden. In step 316, the cloud 210 or a program element running on a server connected to the cloud 210 updates the cloud network availability map 205 using the information transmitted from the field device 201 network availability map 203. In step 317 the updated cloud network availability map 205 is transmitted back to a further field device 202 or a plurality of field devices, whereby in one embodiment only locally valid parts of the complete cloud network availability map 205, which contains information from the environment of the respective field device 201, 202, can be transmitted . This saves data volume and energy.
In Schritt 318 wird die Netzverfügbarkeitskarte 204 des Sensors 202 unter Verwendung der übermittelten Informationen 205 aktualisiert. Im Schritt 319 werden alle Funk-Kommunikationseinrichtungen 106, 107 deaktiviert, bevor das Verfahren im Schritt 320 endet. In step 318 the network availability map 204 of the sensor 202 is updated using the transmitted information 205 . In step 319, all radio communication devices 106, 107 are deactivated before the method ends in step 320.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass ein Übermitteln der Netzverfügbarkeitskarte zur Verbesserung der Energieeffizienz auch komprimiert stattfinden kann. Auch können in zeitlich voneinander getrennten, aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten Teile der Netzverfügbarke its karte übertragen werden, was dem Umstand Rechnung trägt, dass oftmals nur eine begrenzte Anzahl an Bytes übertragen werden kann und sich die Verhältnisse in Bezug auf eine Netz Verfügbarkeit nur sehr langsam verändern. Es kann auch vorgesehen sein, nur Änderungen der Netzverfügbarkeitskarte gegenüber einem letzten bekannten Übermittlungsstand zu übertragen. Weiterhin kann die Cloud 205 oder ein Programmelement, welches auf einem mit der Cloud 205 in Verbindung stehenden Server die Cloud-Netzverfügbarkeitskarte 205 unter Verwendung von öffentlich verfügbaren, über das Internet von den Telekommunikationsprovidern bereitgestellten Netzabdeckungskarten erweitern und/oder aktualisieren. It should be noted at this point that the network availability map can also be transmitted in compressed form to improve energy efficiency. Parts of the network availability map can also be transmitted in separate, consecutive periods of time, which takes into account the fact that often only a limited number of bytes can be transmitted and the conditions with regard to network availability change only very slowly. Provision can also be made for only changes in the network availability map to be transmitted compared to a last known transmission status. Furthermore, the cloud 205 or a program element running on a server connected to the cloud 205 can expand and/or update the cloud network availability map 205 using publicly available network coverage maps provided over the Internet by the telecommunications providers.
Bezugszeichen Reference sign
101 Sensor, Feldgerät, Füllstandsensor101 sensor, field device, level sensor
102 Messwerterfassungseinrichtung 102 Measured value acquisition device
103 Steuereinrichtung 103 controller
104 Positionsermittlungseinrichtung 104 position determining device
105 Auswahleinheit 105 selection unit
106 Erste Funk- Komm unikationseinrichtung106 First radio communication device
107 Zweite Funk- Komm unikationseinrichtung107 Second radio communication device
108 Erstes externes Kommunikationsgerät108 First external communication device
109 Zweites externes Kommunikationsgerät109 Second external communication device
110, 210 Cloud 110, 210 clouds
201, 202 Sensor, Feldgerät 201, 202 sensor, field device
203, 204 Netzverfügbarke its karte 203, 204 Network availability of its card
205 Cloud- Netzverfügbarkeitskarte 205 cloud network availability map
206 Bediengerät 206 control panel
301 Startzu stand 301 Start state
302-320 Verfahrensschritte 302-320 procedural steps

Claims

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Patentansprüche Feldgerät (101, 201, 202) mit wenigstens zwei unterschiedlichen Funk- Kommunikationseinrichtungen (106, 107) für unterschiedliche Funk-Netze und/oder Protokolle und/oder wenigstens einer Funk-Kommunikationseinrichtung (106, 107) mit unterschiedlichen Betriebsmodi und mit einer Steuereinrichtung (103) dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät (101, 201, 202) eine Positionsermittlungseinrichtung (104) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (103) derart ausgebildet ist, abhängig von einer ermittelten Position eine der Funk-Kommunikationseinrichtungen (106, 107) und/oder einen Betriebsmodus der Funk-Kommunikationseinrichtung (106, 107) zu aktivieren. Feldgerät (101, 201, 202) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsermittlungseinrichtung (104) als satellitengestützte Positionsermittlungseinrichtung (104) ausgebildet ist. Feldgerät (101, 201, 202) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsermittlungseinrichtung (104) geeignet ausgebildet ist, Positionsdaten, welche von einem Drahtlosnetzwerk zur Verfügung gestellt werden, auszuwerten. Feldgerät (101, 201, 202) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funk-Kommunikationseinrichtungen (106, 107) ausgewählt sind aus der Gruppe von Funk-Kommunikationsmodulen, die gemäß einem der Standards WLAN, Bluetooth, Zigbee, NB-IoT, LoRa, Sigfox, CAT-M, Z- Wave und/oder andere. Feldgerät (101, 201, 202) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät (101, 201, 202) dazu eingerichtet ist, aus den Positionsdaten eine Verfügbarkeit eines mittels einer Funk-Kommunikationseinrichtung (106, 107) konnektierbaren Kommunikationsnetzes zu ermitteln und entsprechend der Verfügbarkeit eine der Funk-Kommunikationseinrichtungen (106, 107) auszuwählen. Feldgerät (101, 201, 202) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsmodus eine Kanalwahl und/oder eine Einstellung einer Sendeleistung und/oder eine Einstellung eines Funkprotokolls umfasst. Feldgerät (101, 201, 202) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät (101, 201, 202) dazu eingerichtet ist, eine Bewegung des Feldgeräts (101, 201, 202) zu detektieren. Feldgerät (101, 201, 202) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät (101, 201, 202) als autarkes Feldgerät (101, 201, 202) ausgebildet ist. Erweiterungsmodul für ein Feldgerät (101, 201, 202) mit wenigstens zwei unterschiedliche Funk-Kommunikationseinrichtungen (106, 107) für unterschiedliche Funk-Netze und/oder Protokolle und/oder wenigstens einer Funk-Kommunikationseinrichtung (106, 107) mit unterschiedlichen Betriebsmodi und mit einer Steuereinrichtung (103) dadurch gekennzeichnet, dass das Erweiterungsmodul für ein Feldgerät (101, 201, 202) eine Positionsermittlungseinrichtung (104) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (103) derart ausgebildet ist, abhängig von einer ermittelten Position eine der Funk-Kommunikationseinrichtungen (106, 107) und/oder einen Betriebsmodus der Funk-Kommunikationseinrichtung (106, 107) auszuwählen. Transportabler Behälter mit einem Feldgerät (101, 201, 202), dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät (101, 201, 202) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist. erfahren zum Betreiben eines Feldgeräts (101, 201, 202) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eines Feldgeräts (101, 201, 202) mit einem Erweiterungsmodul gemäß Anspruch 9, mit folgenden Schritten: Field device (101, 201, 202) with at least two different radio communication devices (106, 107) for different radio networks and/or protocols and/or at least one radio communication device (106, 107) with different operating modes and with a control device (103) characterized in that the field device (101, 201, 202) has a position determination device (104), the control device (103) being designed in such a way that one of the radio communication devices (106, 107) and/or or to activate an operating mode of the radio communication device (106, 107). Field device (101, 201, 202) according to Claim 1, characterized in that the position determination device (104) is designed as a satellite-supported position determination device (104). Field device (101, 201, 202) according to one of the preceding claims, characterized in that the position determination device (104) is suitably designed to evaluate position data which are made available by a wireless network. Field device (101, 201, 202) according to any one of the preceding claims, characterized in that the radio communication devices (106, 107) are selected from the group of radio communication modules which, according to one of the standards WLAN, Bluetooth, Zigbee, NB- IoT, LoRa, Sigfox, CAT-M, Z-Wave and/or others. Field device (101, 201, 202) according to any one of the preceding claims, characterized in that the field device (101, 201, 202) is adapted from the Position data to determine the availability of a communication network that can be connected by means of a radio communication device (106, 107) and to select one of the radio communication devices (106, 107) according to the availability. Field device (101, 201, 202) according to one of the preceding claims, characterized in that the operating mode comprises channel selection and/or setting of a transmission power and/or setting of a radio protocol. Field device (101, 201, 202) according to one of the preceding claims, characterized in that the field device (101, 201, 202) is set up to detect a movement of the field device (101, 201, 202). Field device (101, 201, 202) according to one of the preceding claims, characterized in that the field device (101, 201, 202) is designed as an autonomous field device (101, 201, 202). Extension module for a field device (101, 201, 202) with at least two different radio communication devices (106, 107) for different radio networks and/or protocols and/or at least one radio communication device (106, 107) with different operating modes and with a control device (103), characterized in that the expansion module for a field device (101, 201, 202) has a position determination device (104), the control device (103) being designed in such a way that one of the radio communication devices (106 , 107) and/or to select an operating mode of the radio communication device (106, 107). Transportable container with a field device (101, 201, 202), characterized in that the field device (101, 201, 202) according to one of Claims 1 to 8 is trained. learn to operate a field device (101, 201, 202) according to one of claims 1 to 8 or a field device (101, 201, 202) with an expansion module according to claim 9, with the following steps:
- Einschalten oder Aktivieren des Feldgeräts (101, 201, 202), - Turn on or activate the field device (101, 201, 202),
- Ermitteln einer Position und/oder eines eine Position des Feldgeräts (101, 201, 202) indizierenden Positionssignals, - determining a position and/or a position signal indicating a position of the field device (101, 201, 202),
- Ermitteln von an der Position verfügbaren Funk-Kommunikationsnetzen auf Basis der ermittelten Position und/oder des die Position des Feldgeräts (101, 201, 202) indizierenden Positionssignals, - Determination of radio communication networks available at the position on the basis of the determined position and/or the position signal indicating the position of the field device (101, 201, 202),
- Aktivieren einer der Funk-Kommunikationseinrichtungen und/oder eines Betriebsmodus der Funk-Kommunikationseinrichtung abhängig von der ermittelten Position, - activation of one of the radio communication devices and/or an operating mode of the radio communication device depending on the determined position,
- Senden und/oder Empfangen von Daten über die Funk-Kommunikationseinrichtung und - Sending and / or receiving data via the radio communication device and
- Ausschalten oder Deaktivieren der Funk-Kommunikationseinrichtung und/oder des Feldgeräts (101, 201, 202). erfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Positionsermittlung Positionssignale eines Satellitennetzwerks ermittelt werden. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Positionsermittlung Informationen verfügbarer Funk-Kommunikationsnetzwerke ermittelt werden. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass weder zur der ermittelten Position noch zu dem Positionssignal Informationen zu verfügbaren Funk-Kommunikationsnetzen verfügbar sind, eine Verfügbarkeit von Funk-Kommunikationsnetzen durch Aktivieren wenigstens einer Funk-Kommunikationseinrichtung und 29 ermitteln einer Netz Verfügbarkeit ermittelt wird. erfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Verfügbarkeit abgespeichert und/oder an eine übergeordnete Einheit übermittelt wird. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der ermittelten Verfügbarkeit ein Zeitpunkt der Ermittlung abgespeichert wird. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der ermittelten Verfügbarkeit eine Empfangsstärke eines Signals des Funk-Kommunikationsnetzes abgespeichert wird. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät (101, 201, 202) eine Bewegung des Feldgeräts (101, 201, 202) erkennt und eine Positionsermittlung und eine Aktivierung abhängig von der Position nur nach dem Einschalten oder dem Aktivieren nach einer erkannten Bewegung erfolgt und ansonsten die zuvor verwendete Funk- Kommunikationseinrichtungen (106, 107) und/oder der zuvor verwendete Betriebsmodus der Funk-Kommunikationseinrichtung (106, 107) weiterverwendet wird. Computerprogrammcode zum Betreiben eines Feldgeräts gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 8 oder eines Feldgeräts mit einem Erweiterungsmodul gemäß Anspruch 9, der wenn er in einem Prozessor ausgeführt wird, diesen dazu veranlasst, ein Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 11 bis 18 auszuführen. - Switching off or deactivating the radio communication device and/or the field device (101, 201, 202). experienced according to claim 11, characterized in that position signals of a satellite network are determined for position determination. Method according to one of Claims 10 or 11, characterized in that information on available radio communication networks is determined for determining the position. Method according to one of Claims 10 to 13, characterized in that in the event that neither the determined position nor the position signal information on available radio communication networks is available, an availability of radio communication networks by activating at least one radio communication device and 29 determine a network availability is determined. experienced according to claim 14, characterized in that the determined availability is stored and/or transmitted to a superordinate unit. Method according to Claim 15, characterized in that a point in time of the determination is stored in addition to the determined availability. Method according to one of Claims 15 or 16, characterized in that a reception strength of a signal of the radio communication network is stored in addition to the determined availability. Method according to one of Claims 10 to 17, characterized in that the field device (101, 201, 202) detects a movement of the field device (101, 201, 202) and a position determination and an activation depending on the position only after switching on or the Activation takes place after a movement is detected and otherwise the previously used radio communication devices (106, 107) and/or the previously used operating mode of the radio communication device (106, 107) continues to be used. Computer program code for operating a field device according to any one of claims 1 to 8 or a field device with an expansion module according to claim 9, which when executed in a processor causes this to perform a method according to any one of claims 11 to 18.
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