EP4260015A1 - Verfahren zur detektion von fehlerhaften messsignalausgaben eines feldgeräts, detektionssystem und feldgerät - Google Patents

Verfahren zur detektion von fehlerhaften messsignalausgaben eines feldgeräts, detektionssystem und feldgerät

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Publication number
EP4260015A1
EP4260015A1 EP20824178.6A EP20824178A EP4260015A1 EP 4260015 A1 EP4260015 A1 EP 4260015A1 EP 20824178 A EP20824178 A EP 20824178A EP 4260015 A1 EP4260015 A1 EP 4260015A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measurement signal
field device
detection system
analog
error
Prior art date
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Pending
Application number
EP20824178.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Clemens Hengstler
Stefan Kaspar
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 EP4260015A1 publication Critical patent/EP4260015A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/08—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for safeguarding the apparatus, e.g. against abnormal operation, against breakdown

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting erroneous measurement signal outputs from a field device.
  • the invention also relates to a detection system for detecting erroneous measurement signal outputs from a field device.
  • the invention also relates to a field device.
  • Field device refers to the area outside of control rooms. Field devices can therefore be actuators, sensors and measuring transducers in particular.
  • 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.
  • Typical application scenarios for such field devices include areas such as flood forecasting, inventory management or other distributed measuring tasks.
  • Known field devices of the aforementioned type make it possible to transmit measured values, so that a higher-level unit triggers a predetermined action based on the measured value determined. 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.
  • a measured value can be transmitted as an analog current signal between 4 mA and 20 mA.
  • This type of signal transmission is standardized in DIN IEC 60381-1 (analog signals for regulation and control systems; analog direct current signals). Nevertheless, measured values can also be transmitted as voltage signals.
  • a remote station can receive the analog voltage signals and determine measured values from them.
  • the wired analogue transmission of measured values is very simple and has other advantages.
  • a two-wire system A field device can be supplied with energy, but the two-wire system can also be used to transmit measured values at the same time.
  • an error occurs during the transmission of the measured values, this can have serious consequences.
  • Many faults cannot be detected remotely due to the analogue connection of the field device. This applies in particular to deviations in measured values.
  • the publication EP 1 864 268 B1 describes an interface of a field device to a two-wire system.
  • the interface regulates an output current.
  • the interface is equipped with a checking circuit to detect output errors.
  • the checking circuit measures a current strength in the two-wire system and can thus determine whether the two-wire system is supplied with a desired current strength. If this is not the case, a calibration process can be triggered. In this way, errors can be detected and corrected directly in the field device.
  • the field device has a more complex structure due to the necessary checking circuit. It is not possible to check the field device remotely.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method that allows faulty measurement signal outputs from a field device to be detected remotely. It is a further object of the invention to provide a detection system that enables faulty measurement signal outputs from a field device to be detected remotely. A further object of the invention is to specify a field device whose measurement signal outputs can be checked remotely. The objects are achieved by a method for detecting erroneous measurement signal outputs from a field device according to claim 1, by a detection system according to claim 20 and by a field device according to claim 21.
  • a method for detecting erroneous measurement signal outputs from a field device comprising the steps: outputting a measured value by the field device as a first measurement signal, outputting the measured value by the field device as a second measurement signal, receiving the first measurement signal and the second measurement signal or values derived from it by a detection system, determination of a measurement signal deviation between the first measurement signal and the second measurement signal by the detection system and checking by the detection system whether an error is present, taking into account the measurement signal deviation and optionally taking into account at least one other error condition.
  • the first measurement signal and the second measurement signal preferably reflect a measured value determined by a sensor or sensors of the field device.
  • the detection system can receive the first and the second measurement signal directly. However, it is also possible for the detection system to only receive values that are derived from the first measurement signal and/or the second measurement signal. This is the case, for example, when an intermediary receives the first measurement signal, subjects the first measurement signal to analog-to-digital conversion and then forwards the measurement signal, which has thus been digitized, to the detection system in the form of a measurement data packet.
  • the first and the second measurement signal can be output by means of different communication interfaces of the field device.
  • the first measurement signal and the second measurement signal can be output via the same communication interface of the field device. It is essential that due to the double output of the measured value, it can be checked whether it was transmitted correctly.
  • the first measurement signal is output via a wired interface of the field device and the second measurement signal is output via a radio interface of the field device. Redundancy is thus established by means of radio transmission.
  • Bluetooth, LoRaWAN (Long Range Wide Area Network), NB-IoT (NarrowBand-IoT), LTE-M (Long Term Evolution) or any other radio transmission technology can be used as radio transmission technology.
  • the first measurement signal can be output via a wired interface of the field device and the second measurement signal can also be output via a wired interface of the field device. Redundancy is consequently ensured by means of transmission via two different data cables.
  • the first measurement signal is an analog measurement signal and the second measurement signal is a digital measurement signal.
  • the first measurement signal can be output in an analog, wired manner, and the second measurement signal can be transmitted digitally by radio.
  • both the first measurement signal and the second measurement signal are transmitted by cable, for example via two separate data cables.
  • the second measurement signal could be transmitted using a standard such as Ethernet, Profibus or IO-Link, for example.
  • the first measurement signal and the second measurement signal are transmitted via the same data cable, the first measurement signal being an analog measurement signal and the second measurement signal being a digital measurement signal. According to the invention, this could be implemented by modulating the second measurement signal in digital form onto the first measurement signal in analog form. This is possible, for example, using the fieldbus protocol HART (Highway Addressable Remote Transducer).
  • HART Highway Addressable Remote Transducer
  • the measurement signal deviation between the analog measurement signal and the digital measurement signal is determined by the detection system, it is preferably checked whether the analog measurement signal and the digital measurement signal correspond to one another. If they don't do this, then this is usually due to the fact that either the analog measurement signal or the digital measurement signal is corrupted. Due to the robustness of the digital signal transmission and the methods for error detection and correction that can be used, it can be assumed that in the event of a deviation between the analog measurement signal and the digital measurement signal in in the majority of cases there is a falsification of the analog measurement signals. The falsification can be based, for example, on a hardware error in the field device, but can also be caused by damage to or a fault in a wired communication link.
  • the field device does not necessarily have to process the analog measurement signal and the digital measurement signal directly, but can also work with values derived therefrom.
  • various criteria can be applied. In particular, not only does a result of the determination of the measurement signal deviation have to be evaluated, but other parameters and/or system states can also be evaluated.
  • the analog measurement signal and the digital measurement signal are normalized to a matching unit, so that normalized values result, and a difference is then formed between the normalized values.
  • Standardization is a step that makes the analog measurement signals comparable with the digital measurement signals.
  • the analog measurement signal and/or the digital measurement signal can be converted into a different unit.
  • the determination of the measurement signal deviation includes the following steps: provision of an analogue target measurement value by converting the digital measurement signal into an analogue unit, provision of an analogue actual measurement value based on the analogue measurement signal and calculation of a difference between the analogue target value and the analog actual value.
  • the analog target value is based on the digital measurement signal and indicates, for example, an expected current or an expected voltage.
  • the analog actual value must be provided.
  • the detection system can convert the analog measurement signal into a digital format by analog-to-digital conversion.
  • the detection system may already have the analog actual value in digital form because a detection unit arranged between the field device and the detection system recorded the analog measurement signal, converted it accordingly and forwarded it to the detection system in the form of a measurement data package. Now it can be checked whether the analog target value corresponds to the analog Actual value corresponds. To do this, the difference between the analog target value and the analog actual value is formed.
  • the analog measurement signal can be a current intensity. In this case, it is consequently checked whether a current strength of the analog measurement signal corresponds to a current strength expected on the basis of the digital measurement signal.
  • the analog measurement signal and the digital measurement signal are converted into a measurement value, for example into a pressure measured by the field device. This results in two pressure values. The pressure values can then be compared with one another.
  • the analog measurement signal can also be compared with the digital measurement signal by means of other calculation methods.
  • the method preferably includes the output of a configuration data set of the field device by the field device and the receipt of the configuration data set by the detection system.
  • the configuration data record preferably contains configuration data of the field device.
  • the configuration data record can contain configuration data that characterize the relationship between the measured value measured by the field device and the analog measurement signal.
  • the configuration data record can contain at least one conversion factor and/or one offset value.
  • the field device could be configured to output a current of 4 mA as the analog measurement signal when measuring a pressure of 1 bar and a current of 20 mA when the pressure is 2 bar.
  • the configuration data record contains information that allows a remote station to calculate, based on a measured current of e.g. 12 mA, that the field device has measured a pressure of 1.5 bar.
  • the detection system uses the configuration data set when determining the measurement signal deviation in order to normalize the analog measurement signal and the digital measurement signal to the matching unit. Only by standardizing the measurement signals can they be compared with one another. However, variants of the invention are also possible in which configuration data characterize the ratio of the measured by the field device Measured value related to the analogue measurement signal can be entered manually into the detection system.
  • a detection unit records the analog measurement signal, the detection unit performing analog-to-digital conversion of the analog measurement signal into a measurement data packet and the detection unit transmitting the measurement data packet to the detection system.
  • the detection unit is preferably a device for controlling the field device and/or for evaluating the measured values recorded by the field device.
  • the detection unit is often arranged spatially close to the field device and can also be used to supply it with energy.
  • the acquisition unit can acquire the analog measurement signal and forward it to the detection system, for example in the form of a measurement data packet that contains the analog measurement signal in digitized form.
  • the detection unit can have a radio interface, for example, in order to be able to communicate with the detection system.
  • communication with the detection system is also possible in a different way, for example via a communication network such as the Internet.
  • a communication network such as the Internet.
  • embodiments of the invention are possible in which the detection unit and the detection system are combined with one another.
  • the detection system can be integrated into the detection unit.
  • the acquisition unit to provide the measurement data packet with a time stamp.
  • the time stamp preferably identifies a point in time at which the detection unit received the analog measurement signal. This allows the detection system to check whether the analog measurement signal and the digital measurement signal have been output by the detection system in close proximity to one another.
  • the first measurement signal and the second measurement signal are output by the field device at a time interval from one another.
  • the measurement signals compared with one another were therefore output at different times, for example on different days, but shorter or longer time intervals are also possible. This is permissible in particular when the measured values recorded by the field device do not change very quickly. Change However, if the measured values detected by the field device change relatively quickly, then the first measurement signal and the second measurement signal must have been output by the field device in a sufficiently short period of time.
  • a size of a time window can be specified, from which the first and the second measurement signal may originate, so that they can be compared with one another according to the method according to the invention. If a comparatively large time window is set, then the second measurement signal only needs to be transmitted comparatively seldom via the radio interface. Less energy is therefore required to send the second measurement signals.
  • the field device preferably provides the second measurement signal with a time stamp. This can be implemented in particular when the second measurement signal is a digital measurement signal. According to the invention, it is also possible for the detection system to log times at which the first measurement signal, the second measurement signal or values derived from these arrive at the detection system. Corresponding time intervals can be determined from this.
  • the detection system determines whether a threshold value predefined for the measurement signal deviation is exceeded. If, based on the second measurement signal, it is to be expected, for example, that the field device will output a current of 6 mA as the first measurement signal, and a threshold value of 1 mA is provided, then first measurement signals of 5.1 mA or 6 .5 mA is permissible, but a measuring signal of 7.5 mA is not. Slight deviations in the first measurement signal that do not falsify the measured value too much can thus be ignored.
  • the detection system takes into account several pairs of first and second measurement signals when checking whether the error is present, the pairs of first and second measurement signals being output by the field device at different times. Consequently, several measurement signal comparisons are carried out, according to advantageous embodiments also over a longer period of time. Results of the measurement signal comparisons can be averaged, for example. Thus, a temporary Disturbance or a short-term deviation of the measurement signals are not necessarily classified as an error.
  • the detection system measures a period of time since receipt of a last second measurement signal or a value derived therefrom and establishes the error if the measured period of time exceeds a predefined maximum period of time. It is thus checked that second measurement signals or values derived therefrom are not received by the detection system at too great a time interval. If this is not the case, faulty measurement signal outputs from the field device can no longer be identified. According to this embodiment of the invention, this is classified as an error case.
  • the first measurement signal is preferably a current signal.
  • a current intensity is thus output which represents a measured value measured by the field device.
  • the first measurement signal can be a voltage signal or a signal of some other type.
  • the field device outputs the first measurement signal via a two-wire system.
  • the two-wire system preferably has a forward conductor and a return conductor.
  • the two-wire system is suitable for powering the field device.
  • Data is also transmitted in analog form via the two-wire system, in this case the first measurement signal.
  • the transmission of data via the radio interface of the field device is preferably encrypted.
  • Data transmitted via the radio interface are preferably checked for errors by the detection system by comparing a checksum such as a CRC code or the like.
  • the transmission via the radio interface preferably takes place at regular time intervals.
  • the configuration data set mentioned above it is also possible for the configuration data set mentioned above to be transmitted to the detection system by means of the radio interface.
  • the second measurement signal is either received directly by the detection system or it reaches it indirectly, possibly by forwarding it via various nodes.
  • the detection system can be a computer or a network of several computers, in which case the computer or the network of computers can be equipped with communication interfaces of various types.
  • the detection system can be implemented in particular by a cloud system in which software for monitoring field devices runs.
  • the detection system preferably emits an error signal when the error is detected.
  • the error signal is to be understood as a signal that is used to notify a remote station that the field device may no longer be functional, that communication with the field device may no longer be working, or that some other type of error has occurred.
  • the detection system it is possible for the detection system to inform a responsible person about the error by e-mail, by SMS, by means of a push message in an app or in some other way. The person responsible can then take suitable measures to avoid or minimize consequential damage caused by the suspected defective field device.
  • the detection system if there is an error, transmits a command to the field device to put the field device into a safe state.
  • a field device that outputs the measured values as analog current signals, only values smaller than 3.6 mA or larger than 21 mA are then output, for example, which are not valid measured signals.
  • the detection system if there is an error, to transmit a command to the field device to restart the field device.
  • the person responsible to send a command to the field device to set the field device to a safe state, to shut down the field device or to restart the field device.
  • a detection system for detecting erroneous measurement signal outputs from a field device which is set up to carry out the following steps: receiving a first measurement signal, receiving a second measurement signal, determining a measurement signal deviation between the first measurement signal and the second measurement signal and Checking whether there is an error, taking into account the measurement signal deviation and optionally taking into account at least one other error condition.
  • the detection system preferably has a radio interface and is set up to receive the second measurement signals via the radio interface. It is also advantageous if the detection system has a wired interface and is set up to receive the first measurement signals via the wired interface.
  • the radio interface preferably forms part of the detection system.
  • the detection system is preferably implemented by a system of distributed, networked computers. The detection system is preferably suitable for carrying out the method described above and has the necessary features for this.
  • a field device which has at least one sensor unit for acquiring a measured value, the field device being set up to output the measured value as a first measurement signal and as a second measurement signal. It is preferred if the field device has a wired interface and a radio interface, the field device being set up to output the first measurement signal via the wired interface and the second measurement signal via the radio interface. Regardless of the type of interface used, the first measurement signal is preferably an analog measurement signal and the second measurement signal is a digital measurement signal.
  • the field device is preferably a filling level measuring device, a limit level measuring device or a pressure measuring device.
  • the sensor unit can be a capacitive pressure measuring cell, but depending on the area of application it can also be a sensor unit of another type.
  • the field device is preferably suitable for carrying out the method described above and has the necessary features for this.
  • the field device cannot receive any data via the radio interface or cannot process data received via the radio interface as commands. This prevents the field device from being manipulated by external commands.
  • the radio interface allows data to be received.
  • a field device according to this embodiment is preferably set up in such a way that it can be switched to a safe operating state and/or switched off by means of an external command.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a computer topology with a field device, with a detection unit and with a detection system
  • FIG. 2 shows a flow chart of the method according to the invention for the detection of erroneous measurement signal outputs
  • FIG. 3 shows a flow chart that explains the partial steps of the method according to the invention in more detail.
  • the field device 1 shows a schematic representation of a computer topology with a field device 1, with a detection unit 2 and with a detection system 3.
  • the field device 1 has a sensor unit 4, which is a capacitive pressure measuring cell. By means of this, for example, a pressure of a surrounding fluid can be measured.
  • the field device 1 has a wired interface 5 for outputting a measured value.
  • the wired interface 5 allows current signals to be output via a two-wire system 6 .
  • the two-wire system 6 is also used to supply energy to the field device 1 .
  • the field device 1 is connected to the detection unit 2 via the two-wire system 6 .
  • the detection unit 2 supplies the field device 1 with power via the two-wire system 6 .
  • the detection unit 2 reads in first measurement signals, which the field device 1 outputs via the two-wire system 6 .
  • the first measurement signals are analog measurement signals.
  • the detection unit converts the analog measurement signals into a digital form and sends them as measurement data packets to the detection system 3 via a communication network 7.
  • the field device 1 also has a radio interface 8, which outputs second measurement signals.
  • the radio interface 8 sends the second measurement signals as radio signals 9, which reflect the measured value in digital form.
  • the second measurement signals are therefore digital measurement signals.
  • the radio signals 9 are received by a further radio interface 8 which is associated with the detection system 3 .
  • the detection system 3 is a cloud computer network that runs a computer program for monitoring field devices 1 .
  • a measurement step 10 the field device described above measures a pressure.
  • the pressure is output in an output step 11 via the wired interface of the field device and via the radio interface of the field device as the first or the second measurement signal.
  • the field device outputs the measured value as a current strength via the two-wire system and also sends the measured value in digital form via its radio transmitter.
  • the detection system receives a measurement data packet derived from the first measurement signal and the second measurement signal.
  • the receiving step 12 is preceded by the fact that the detection unit measures the current strength of the first measurement signal, converts it into a digital format, generates the measurement data packet from it and transmits the measurement data packet to the detection system.
  • a measurement signal deviation between the first measurement signal and the second measurement signal is determined. If the first measurement signal does not match the second measurement signal, then there may be an error. The error can be caused by a field device error or by a communication error.
  • the detection system checks whether an error is present. This is the case, for example, when the measurement signal deviation exceeds a predefined value. However, the detection system also checks whether it regularly receives second measurement signals. If this is no longer the case, then this indicates an error in the field device. In the event of an error, the test step is followed by an information step 15.
  • the person responsible is informed by the detection system by means of an e-mail or by means of a push message in an app that the field device is no longer working properly. If there is no error, then in a protocol step 16 the detection system only stores the determined measurement signal deviation.
  • FIG. 3 shows a flow chart that explains the partial steps of the method according to the invention in more detail.
  • the sub-steps are performed in the determination step described above.
  • the field device transmits a configuration data record of the field device to the detection system via its radio interface.
  • the configuration data set contains information that allows the first measurement signal to be calculated from the second measurement signal.
  • the detection system normalizes the first Measurement signal and the second measurement signal on a matching unit.
  • the matching unit is the unit of the first measurement signal, here a current strength in mA.
  • the measurement data packet derived from the first measurement signal and available to the detection system already specifies the current in mA. Thus, only the second measurement signal has to be converted into the unit mA. This is done with the help of the configuration data set.
  • the difference step 19 the difference between the normalized measurement signals is formed. A large difference indicates that the analog measurement signal does not correctly reflect the actual measurement value.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von fehlerhaften Messsignalausgaben eines Feldgeräts (1), umfassend die Schritte: Ausgabe eines Messwerts durch das Feldgerät (1) als ein erstes Messsignal, Ausgabe des Messwerts durch das Feldgerät (1) als ein zweites Messsignal, Empfang des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals oder daraus abgeleiteter Werte durch ein Detektionssystem (3), Ermittlung einer Messsignalabweichung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal durch das Detektionssystem (3) und Prüfung durch das Detektionssystem (3), ob ein Fehlerfall vorliegt, unter Berücksichtigung der Messsignalabweichung und optional unter Berücksichtigung mindestens einer weiteren Fehlerbedingung. Die Erfindung betrifft außerdem ein Detektionssystem (3), das zur Durchführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens verwendet werden kann. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Feldgerät (1) vorgeschlagen, das zur Durchführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens geeignet ist.

Description

Verfahren zur Detektion von fehlerhaften Messsignalausgaben eines Feldgeräts, Detektionssystem und Feldgerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von fehlerhaften Messsignalausgaben eines Feldgeräts. Die Erfindung betrifft ferner ein Detektionssystem zur Erkennung von fehlerhaften Messsignalausgaben eines Feldgeräts. Außerdem betrifft die Erfindung ein Feldgerät.
Unter dem Begriff Feldgerät werden verschiedene technische Einrichtungen sub- summiert, 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.
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. Typische Anwendungsszenarien für solche Feldgeräte umfassen Bereiche wie die Hochwasservorhersage, Lagerbestandsverwaltung oder auch andere dezentral verteilte Messaufgaben. Bekannte Feldgeräte der vorgenannten Art ermöglichen es, Messwerte zu übermitteln, sodass eine übergeordnete Einheit basierend auf dem ermittelten Messwert eine vorbestimmte Aktion auslöst. Beispielsweise kann basierend auf dem Messwert eines Füllstandmessgerätes bei Überschreiten eines Grenzwertes ein Zulauf geschlossen, oder ein Ablauf geöffnet werden.
Feldgeräte sind unmittelbar an der Messstelle zu platzieren. Ihre Energieversorgung erfolgt in der Regel kabelgebunden. Ein Messwert kann zum Beispiel als ein analoges Stromsignal zwischen 4 mA und 20 mA übertragen werden. Diese Art der Signalübertragung ist in DIN IEC 60381-1 (analoge Signale für Regel- und Steueranlagen; analoge Gleichstromsignale) normiert. Gleichwohl können Messwerte auch als Spannungssignale übertragen werden. Eine Gegenstelle kann die analogen Spannungssignale empfangen und daraus Messwerte ermitteln.
Die kabelgebundene analoge Übertragung von Messwerten ist sehr einfach und weist weitere Vorteile auf. So kann beispielsweise über ein Zweileiter-System eine Energieversorgung eines Feldgeräts erfolgen, das Zweileiter-System kann gleichzeitig aber auch zur Übertragung von Messwerten dienen. Kommt es bei der Übertragung der Messwerte jedoch zu einem Fehler, so kann dies schwerwiegende Folgen haben. Viele Fehlerfälle lassen sich aufgrund der analogen Anbindung des Feldgeräts nicht aus der Ferne feststellen. Dies gilt insbesondere für Messwertabweichungen.
Die Druckschrift EP 1 864 268 Bl beschreibt eine Schnittstelle eines Feldgeräts zu einem Zweileiter-System. Die Schnittstelle regelt eine ausgegebene Stromstärke. Zur Feststellung von Ausgabefehlern ist die Schnittstelle mit einer Überprüfungsschaltung ausgestattet. Die Überprüfungsschaltung misst eine Stromstärke in dem Zweileiter-System und kann so ermitteln, ob das Zweileiter-System mit einer gewünschten Stromstärke beaufschlagt wird. Falls dies nicht der Fall ist, kann ein Kalibriervorgang ausgelöst werden. Auf diese Weise können Fehler direkt im Feldgerät detektiert und behoben werden. Das Feldgerät weist aufgrund der notwendigen Überprüfungsschaltung jedoch einen aufwändigeren Aufbau auf. Eine Überprüfung des Feldgeräts aus der Ferne ist nicht möglich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, das eine Detektion von fehlerhaften Messsignalausgaben eines Feldgeräts aus der Ferne erlaubt. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Detektionssystem bereitzustellen, das eine Detektion von fehlerhaften Messsignalausgaben eines Feldgeräts aus der Ferne ermöglicht. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Feldgerät anzugeben, dessen Messsignalausgaben aus der Ferne überprüft werden können. Die Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur Detektion von fehlerhaften Messsignalausgaben eines Feldgeräts gemäß Anspruch 1, durch ein Detektionssystem gemäß Anspruch 20 und durch ein Feldgerät gemäß Anspruch 21.
Die Unteransprüche betreffen verschiedene voneinander unabhängige, vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung, deren Merkmale vom Fachmann im Rahmen des technisch Sinnvollen frei miteinander kombiniert werden können. Dies gilt insbesondere auch über die Grenzen der verschiedenen Anspruchskategorien hinaus. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Detektion von fehlerhaften Messsignalausgaben eines Feldgeräts vorgeschlagen, umfassend die Schritte: Ausgabe eines Messwerts durch das Feldgerät als ein erstes Messsignal, Ausgabe des Messwerts durch das Feldgerät als ein zweites Messsignal, Empfang des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals oder daraus abgeleiteter Werte durch ein Detektionssystem, Ermittlung einer Messsignalabweichung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal durch das Detektionssystem und Prüfung durch das Detektionssystem, ob ein Fehlerfall vorliegt, unter Berücksichtigung der Messsignalabweichung und optional unter Berücksichtigung mindestens einer weiteren Fehlerbedingung.
Dies hat den Vorteil, dass eine externe Fehlererkennung möglich ist. Im Feldgerät selbst müssen keine teuren Bauteile zum Rücklesen des ersten Messsignals verbaut werden. Mittels des Detektionssystems kann prinzipiell eine Vielzahl von Feldgeräten überwacht werden. Die funktionale Sicherheit des Feldgeräts wird erhöht: Fehlerhafte Betriebszustände, beispielsweise bedingt durch eine Beschädigung o- der eine Manipulation des Feldgeräts, können erkannt werden.
Das erste Messsignal und das zweite Messsignal geben bevorzugt einen von einem Sensor oder von Sensoren des Feldgeräts ermittelten Messwert wieder. Das Detektionssystem kann das erste und das zweite Messsignal unmittelbar empfangen. Es ist aber auch möglich, dass das Detektionssystem lediglich Werte empfängt, die von dem ersten Messsignal und/oder dem zweiten Messsignal abgeleitet sind. Das ist zum Beispiel dann der Fall, wenn eine Zwischenstelle das erste Messsignal empfängt, das erste Messsignal einer Analog-Digital-Wandlung unterzieht und das somit digitalisierte Messsignal anschließend in Form eines Messdatenpakets an das Detektionssystem weiterleitet.
Das erste und das zweite Messsignal können erfindungsgemäß mittels unterschiedlicher Kommunikationsschnittstellen des Feldgeräts ausgegeben werden. Es ist alternativ aber auch möglich, dass das erste Messsignal und das zweite Messsignal über dieselbe Kommunikationsschnittstelle des Feldgeräts ausgegeben werden. Es ist maßgeblich, dass aufgrund der zweifachen Ausgabe des Messwerts überprüft werden kann, ob dieser korrekt übermittelt wurde. Es ist vorteilhaft, wenn die Ausgabe des ersten Messsignals über eine kabelgebundene Schnittstelle des Feldgeräts erfolgt und die Ausgabe des zweiten Messsignals über eine Funkschnittstelle des Feldgeräts erfolgt. Somit wird eine Redundanz mittels einer Funkübertragung hergestellt. Als Funk-Übertragungstechnologie kann beispielsweise Bluetooth, LoRaWAN (Long Range Wide Area Network), NB-IoT (NarrowBand-IoT), LTE-M (Long-Term-Evolution) oder eine beliebige andere Funk- Übertragungstechnologie eingesetzt werden. Alternativ kann die Ausgabe des ersten Messsignals über eine kabelgebundene Schnittstelle des Feldgeräts erfolgen und die Ausgabe des zweiten Messsignals kann ebenfalls über eine kabelgebundene Schnittstelle des Feldgeräts erfolgen. Eine Redundanz wird folglich mittels einer Übertragung über zwei unterschiedliche Datenkabel sichergestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das erste Messsignal ein analoges Messsignal und das zweite Messsignal ist ein digitales Messsignal. So kann gemäß einer Variante der Erfindung eine analoge kabelgebundene Ausgabe des ersten Messsignals erfolgen und eine digitale Funkübertragung des zweiten Messsignals. Gemäß einer anderen Variante der Erfindung werden sowohl das erste Messsignal als auch das zweite Messsignal kabelgebunden übertragen, beispielsweise über zwei separate Datenkabel. In diesem Fall könnte das zweite Messsignal zum Beispiel mittels eines Standards wie Ethernet, Profibus oder IO-Link übertragen werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden das erste Messsignal und das zweite Messsignal über dasselbe Datenkabel übertragen, wobei das erste Messsignal ein analoges Messsignal ist und das zweite Messsignal ein digitales Messsignal ist. Dies könnte erfindungsgemäß durch eine Aufmodulation des zweiten Messsignals digitaler Form auf das erste Messsignal analoger Form verwirklicht werden. Dies ist zum Beispiel mittels des Feldbus-Protokolls HART (Highway Addressable Remote Transducer) möglich.
Bei der Ermittlung der Messsignalabweichung zwischen dem analogen Messsignal und dem digitalen Messsignal durch das Detektionssystem wird vorzugsweise überprüft, ob das analoge Messsignal und das digitale Messsignal einander entsprechen. Tun sie dies nicht, dann beruht dies in der Regel darauf, dass entweder das analoge Messsignal oder das digitale Messsignal verfälscht ist. Aufgrund der Robustheit der digitalen Signalübertragung sowie dabei anwendbarer Methoden zur Fehlererkennung und -korrektur ist davon auszugehen, dass im Falle einer Abweichung zwischen dem analogen Messsignal und dem digitalen Messsignal in einem überwiegenden Anteil der Fälle eine Verfälschung der analogen Messsignale vorliegt. Die Verfälschung kann beispielsweise auf einem Hardwarefehler des Feldgeräts beruhen, kann aber auch durch eine Beschädigung oder Störung einer kabelgebundenen Kommunikationsstrecke bedingt sein. Es versteht sich, dass zur Ermittlung der Messsignalabweichung das Feldgerät nicht unbedingt das analoge Messsignal und das digitale Messsignal unmittelbar verarbeiten muss, sondern dazu auch mit davon abgeleiteten Werten arbeiten kann. Bei der Prüfung durch das Detektionssystem, ob ein Fehlerfall vorliegt, können diverse Kriterien angelegt werden. Insbesondere muss nicht nur ein Ergebnis der Ermittlung der Messsignalabweichung ausgewertet werden, sondern es können auch sonstige Parameter und/oder Systemzustände ausgewertet werden.
Es ist bevorzugt, wenn zur Ermittlung der Messsignalabweichung das analoge Messsignal und das digitale Messsignal auf eine übereinstimmende Einheit normiert werden, sodass sich normierte Werte ergeben, und anschließend eine Differenz zwischen den normierten Werten gebildet wird. Unter der Normierung soll ein Schritt verstanden werden, der die analogen Messsignale mit den digitalen Messsignalen vergleichbar macht. Zum Zweck der Normierung können das analoge Messsignal und/oder das digitale Messsignal in eine andere Einheit konvertiert werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Ermittlung der Messsignalabweichung die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellung eines Analog-Soll-Messwerts durch Konvertierung des digitalen Messsignals in eine analoge Einheit, Bereitstellung eines Analog-Ist- Messwerts auf Grundlage des analogen Messsignals und Berechnung einer Differenz zwischen dem Analog-Soll-Messwert und dem Analog-Ist-Messwert. Der Ana- log-Soll-Wert beruht auf dem digitalen Messsignal und gibt beispielsweise einen erwarteten Strom oder eine erwartete Spannung an. Um den Analog-Soll-Wert mit dem analogen Messsignal vergleichen zu können, muss der Analog-Ist-Wert bereitgestellt werden. Dazu kann das Detektionssystem erfindungsgemäß das analoge Messsignal durch Analog-Digital-Wandlung in ein digitales Format umwandeln. Gegebenenfalls liegt dem Detektionssystem der Analog-Ist-Wert in digitaler Form bereits vor, da eine zwischen dem Feldgerät und dem Detektionssystem angeordnete Erfassungseinheit das analoge Messsignal aufgenommen, entsprechend umgewandelt und in Form eines Messdatenpakets an das Detektionssystem weitergeleitet hat. Nun kann geprüft werden, ob der Analog-Soll-Wert dem Analog- Ist-Wert entspricht. Dazu wird die Differenz des Analog-Soll-Werts und des Ana- log-Ist-Werts gebildet. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann es sich bei dem analogen Messsignal um eine Stromstärke handeln. In diesem Fall wird folglich geprüft, ob eine Stromstärke des analogen Messsignals einer auf Grundlage des digitalen Messsignals erwarteten Stromstärke entspricht.
Der vorhergehend beschriebene Vergleich des analogen Messsignals mit dem digitalen Messsignal kann alternativ jedoch auch auf andere Weise implementiert werden. So werden gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung das analoge Messsignal und das digitale Messsignal in einen Messwert konvertiert, zum Beispiel in einen von dem Feldgerät gemessenen Druck. Hierbei ergeben sich zwei Druckwerte. Die Druckwerte können anschließend miteinander verglichen werden. Der Vergleich des analogen Messsignals mit dem digitalen Messsignal ist jedoch erfindungsgemäß auch mittels anderweitiger Berechnungsverfahren möglich.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Ausgabe eines Konfigurationsdatensatzes des Feldgeräts durch das Feldgerät und den Empfang des Konfigurationsdatensatzes durch das Detektionssystem. Der Konfigurationsdatensatz enthält bevorzugt Konfigurationsdaten des Feldgeräts. Insbesondere kann der Konfigurationsdatensatz Konfigurationsdaten erhalten, die kennzeichnen, in welchem Verhältnis der von dem Feldgerät gemessene Messwert zu dem analogen Messsignal steht. Zu diesem Zweck kann der Konfigurationsdatensatz erfindungsgemäß mindestens einen Umrechnungsfaktor und/oder einen Offset-Wert enthalten. Beispielsweise könnte das Feldgerät so konfiguriert sein, dass es bei Messung eines Drucks von 1 Bar einen Strom von 4 mA als das analoge Messsignal ausgibt und bei einem Druck von 2 bar einen Strom von 20 mA. Der Konfigurationsdatensatz enthält Informationen, die es einer Gegenstelle erlauben, auf Grundlage eines gemessenen Stroms von z.B. 12 mA zu berechnen, dass das Feldgerät einen Druck von 1,5 Bar gemessen hat.
Es ist vorteilhaft, wenn das Detektionssystem bei der Ermittlung der Messsignalabweichung den Konfigurationsdatensatz nutzt, um das analoge Messsignal und das digitale Messsignal auf die übereinstimmende Einheit zu normieren. Erst durch die Normierung der Messsignale werden diese miteinander vergleichbar. Im Übrigen sind aber auch Varianten der Erfindung möglich, bei denen Konfigurationsdaten, die kennzeichnen, in welchem Verhältnis der von dem Feldgerät gemessene Messwert zu dem analogen Messsignal steht, händisch in das Detektionssystem eingegeben werden.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nimmt eine Erfassungseinheit das analoge Messsignal auf, wobei die Erfassungseinheit eine Analog-Digital-Wandlung des analogen Messsignals in ein Messdatenpaket durchführt und wobei die Erfassungseinheit das Messdatenpaket an das Detektionssystem übermittelt. Bei der Erfassungseinheit handelt sich bevorzugt um ein Gerät zur Steuerung des Feldgeräts und/oder zur Auswertung der von dem Feldgerät aufgenommenen Messwerte. Die Erfassungseinheit ist häufig räumlich nah zu dem Feldgerät angeordnet und kann auch zu dessen Energieversorgung dienen. Die Erfassungseinheit kann das analoge Messsignal erfassen und an das Detektionssystem weiterleiten, zum Beispiel in Form eines Messdatenpakets, das das analoge Messsignal in digitalisierter Form beinhaltet. Die Erfassungseinheit kann beispielsweise eine Funkschnittstelle aufweisen, um mit dem Detektionssystem kommunizieren zu können. Gemäß anderer Ausführungsformen ist aber auch eine Kommunikation mit dem Detektionssystem auf andere Weise möglich, beispielsweise über ein Kommunikationsnetzwerk wie das Internet. Es sind ferner Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei denen die Erfassungseinheit und das Detektionssystem miteinander kombiniert sind. So kann beispielsweise das Detektionssystem in die Erfassungseinheit integriert sein.
Es ist erfindungsgemäß möglich, dass die Erfassungseinheit das Messdatenpaket mit einem Zeitstempel versieht. Der Zeitstempel kennzeichnet vorzugsweise einen Zeitpunkt, zu dem die Erfassungseinheit das analoge Messsignal empfangen hat. Dies erlaubt eine Prüfung durch das Detektionssystem, ob das analoge Messsignal und das digitale Messsignal zeitnah zueinander von dem Detektionssystem ausgegeben worden sind.
Gemäß vorteilhafter Varianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass das erste Messsignal und das zweite Messsignal zeitlich voneinander beabstandet durch das Feldgerät ausgegeben werden. Die miteinander verglichenen Messsignale sind somit zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgegeben worden, beispielsweise an unterschiedlichen Tagen, aber auch kürzere oder längere Zeitabstände sind möglich. Dies ist insbesondere dann zulässig, wenn sich die von dem Feldgerät erfassten Messwerte nicht sehr schnell ändern. Ändern sich die von dem Feldgerät erfassten Messwerte hingegen relativ schnell, dann müssen das erste Messsignal und das zweite Messsignal hingegen in einem hinreichend kurzen Zeitraum von dem Feldgerät ausgegeben worden sein. Erfindungsgemäß kann eine Größe eines Zeitfensters vorgegeben sein, aus dem das erste und das zweite Messsignal stammen dürfen, damit sie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander verglichen werden können. Wird ein vergleichsweise großes Zeitfenster gesetzt, dann muss das zweite Messsignal über die Funkschnittstelle nur vergleichsweise selten übertragen werden. Es wird somit weniger Energie zum Versenden der zweiten Messsignale benötigt.
Um überprüfen zu können, dass die Messsignale zeitlich voneinander nicht zu weit beabstandet sind, versieht das Feldgerät das zweite Messsignal vorzugsweise mit einem Zeitstempel. Dies lässt sich insbesondere dann umsetzen, wenn es sich bei dem zweiten Messsignal um ein digitales Messsignal handelt. Es ist erfindungsgemäß ferner möglich, dass das Detektionssystem Zeitpunkte, zu denen das erste Messsignal, das zweite Messsignal oder aus diesen abgeleiteten Werte bei dem Detektionssystem eingehen, protokolliert. Daraus lassen sich entsprechend zeitliche Abstände ermitteln.
Es ist bevorzugt, wenn bei der Prüfung, ob ein Fehlerfall vorliegt, das Detektionssystem ermittelt, ob ein für die Messsignalabweichung vordefinierter Schwellenwert überschritten wird. Ist auf Grundlage des zweiten Messsignals beispielsweise zu erwarten, dass das Feldgerät als das erste Messsignal einen Strom von 6 mA ausgibt, und es ist ein Schwellenwert von 1 mA vorgesehen, dann sind auch von dem Feldgerät ausgegebene erste Messsignale von 5,1 mA oder 6,5 mA zulässig, ein Messsignal von 7,5 mA hingegen nicht. Geringfügige Abweichungen des ersten Messsignals, die den Messwert nicht zu stark verfälschen, können somit ignoriert werden.
Es ist besonders bevorzugt, wenn bei der Prüfung, ob der Fehlerfall vorliegt, das Detektionssystem mehrere Paare aus ersten und zweiten Messsignalen berücksichtigt, wobei die Paare aus den ersten und den zweiten Messsignalen zeitlich voneinander beabstandet durch das Feldgerät ausgegeben worden sind. Es werden folglich mehrere Messsignalvergleiche durchgeführt, gemäß vorteilhaften Ausführungsformen auch über einen längeren Zeitraum hinweg. Ergebnisse der Messsignalvergleiche können beispielsweise gemittelt werden. Somit wird eine temporäre Störung oder eine kurzfristige Abweichung der Messsignale nicht notwendigerweise als ein Fehlerfall eingestuft.
Es ist vorteilhaft, wenn bei der Prüfung, ob der Fehlerfall vorliegt, das Detektionssystem eine Zeitspanne seit dem Erhalt eines letzten zweiten Messsignals oder eines daraus abgeleiteten Werts misst und den Fehlerfall feststellt, wenn die gemessene Zeitspanne eine vordefinierte maximale Zeitspanne überschreitet. Es wird somit geprüft, dass zweite Messsignale beziehungsweise daraus abgeleitete Werte nicht in zu großer zeitlicher Beabstandung von dem Detektionssystem empfangen werden. Trifft dies nicht zu, dann können fehlerhafte Messsignalausgaben des Feldgeräts nicht mehr identifiziert werden. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird dies als ein Fehlerfall eingestuft.
Es handelt sich bei dem ersten Messsignal vorzugsweise um ein Stromsignal. Somit wird eine Stromstärke ausgegeben, die einen von dem Feldgerät gemessenen Messwert repräsentiert. Alternativ kann es sich beim dem ersten Messsignal um ein Spannungssignal handeln, oder um ein Signal sonstiger Art.
Es ist bevorzugt, wenn das Feldgerät das erste Messsignal über ein Zweileiter- System ausgibt. Das Zweileiter-System weist vorzugsweise einen Hinleiter und einen Rückleiter auf. Das Zweileiter-System ist zur Stromversorgung des Feldgeräts geeignet. Über das Zweileiter-System werden ferner Daten in analoger Form übertragen, vorliegend das erste Messsignal. Somit ist eine einfache und kompakte Umsetzung sowohl der Energieversorgung und als auch der Gerätekommunikation gegeben. Dies ist bei der Messwerterfassung insbesondere an schwer zugänglichen Stellen sehr vorteilhaft.
Die Übertragung von Daten über die Funkschnittstelle des Feldgeräts erfolgt bevorzugt verschlüsselt. Über die Funkschnittstelle übertragene Daten werden von dem Detektionssystem bevorzugt auf Fehler durch Abgleich einer Checksumme wie eines CRC-Codes oder dergleichen geprüft. Bevorzugt erfolgt die Übertragung über die Funkschnittstelle in regelmäßigen zeitlichen Abständen. Es ist erfindungsgemäß ferner möglich, dass der vorangehend erwähnte Konfigurationsdatensatz mittels der Funkschnittstelle an das Detektionssystem übertragen wird. Das zweite Messsignal wird durch das Detektionssystem entweder unmittelbar empfangen o- der erreicht dieses auf indirektem Weg gegebenenfalls durch Weiterleitung über diverse Knotenpunkte. Es kann sich bei dem Detektionssystem prinzipiell um einen Rechner oder auch um einen Verbund aus mehreren Rechnern handeln, wobei der Rechner beziehungsweise der Verbund von Rechnern mit Kommunikationsschnittstellen verschiedener Art ausgestattet sein kann. Das Detektionssystem kann insbesondere durch ein Cloud-System implementiert sein, in dem eine Software zur Überwachung von Feldgeräten läuft.
Das Detektionssystem gibt vorzugsweise bei der Feststellung des Fehlerfalls ein Fehlersignal aus. Unter dem Fehlersignal ist ein Signal zu verstehen, das dazu dient, eine Gegenstelle darüber zu benachrichtigen, dass das Feldgerät möglicherweise nicht mehr funktionstüchtig ist, dass gegebenenfalls die Kommunikation mit dem Feldgerät nicht mehr funktioniert oder dass ein sonstiger Fehlerfall aufgetreten ist. So ist es beispielsweise möglich, dass das Detektionssystem einen Verantwortlichen per E-Mail, per SMS, mittels einer Push-Nachricht in einer App oder auf sonstige Weise über den Fehlerfall informiert. Daraufhin kann der Verantwortliche geeignete Maßnahmen ergreifen, um Folgeschäden durch das vermutlich defekte Feldgerät zu vermeiden oder zu minimieren.
Es ist vorteilhaft, wenn das Detektionssystem, falls der Fehlerfall vorliegt, einen Befehl zum Versetzen des Feldgeräts in einen sicheren Zustand an das Feldgerät übermittelt. Bei einem Feldgerät, das die Messwerte als analoge Stromsignale ausgibt, werden anschließend beispielsweise nur noch Werte kleiner 3,6 mA oder größer 21 mA ausgegeben, bei denen es sich nicht um gültige Messsignale handelt. Es ist ferner denkbar, das Feldgerät durch einen externen Befehl herunterzufahren. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, dass das Detektionssystem, falls der Fehlerfall vorliegt, einen Befehl zum Neustart des Feldgeräts an das Feldgerät übermittelt. Es ist erfindungsgemäß ferner möglich, dass der Verantwortliche an das Feldgerät einen Befehl zum Versetzen des Feldgeräts in einen sicheren Zustand, zum Herunterfahren des Feldgeräts oder zum Neustarten des Feldgeräts übermittelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Detektionssystem zur Erkennung von fehlerhaften Messsignalausgaben eines Feldgeräts vorgeschlagen, das dazu eingerichtet ist, die folgenden Schritte auszuführen: Empfang eines ersten Messsignals, Empfang eines zweiten Messsignals, Ermittlung einer Messsignalabweichung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal und Prüfung, ob ein Fehlerfall vorliegt, unter Berücksichtigung der Messsignalabweichung und optional unter Berücksichtigung mindestens einer weiteren Fehlerbedingung. Das Detektionssystem weist bevorzugt eine Funkschnittstelle auf und ist dazu eingerichtet, die zweiten Messsignale über die Funkschnittstelle zu empfangen. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn das Detektionssystem eine kabelgebundene Schnittstelle aufweist und dazu eingerichtet ist, die ersten Messsignale über die kabelgebundene Schnittstelle zu empfangen. Die Funkschnittstelle bildet bevorzugt einen Teil des Detektionssystems. Das Detektionssystem wird bevorzugt durch ein System aus verteilten, miteinander vernetzten Rechnern implementiert. Das Detektionssystem ist vorzugsweise zur Ausführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens geeignet und weist dazu notwendige Merkmale auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Feldgerät vorgeschlagen, das mindestens eine Sensoreinheit zur Erfassung eines Messwerts aufweist, wobei das Feldgerät dazu eingerichtet ist, den Messwert als ein erstes Messsignal und als ein zweites Messsignal auszugeben. Es ist bevorzugt, wenn das Feldgerät eine kabelgebundene Schnittstelle und eine Funkschnittstelle aufweist, wobei das Feldgerät dazu eingerichtet ist, das erste Messsignal über die kabelgebundene Schnittstelle und das zweite Messsignal über die Funkschnittstelle auszugeben. Unabhängig von der Art der verwendeten Schnittstellen ist das erste Messsignal bevorzugt ein analoges Messsignal und das zweite Messsignal ein digitales Messsignal. Bei dem Feldgerät handelt es sich bevorzugt um ein Füllstandmessgerät, ein Grenzstandmessgerät oder ein Druckmessgerät. So kann es sich beispielsweise bei der Sensoreinheit um eine kapazitive Druckmesszelle handeln, aber je nach Anwendungsgebiet auch um eine Sensoreinheit sonstiger Art. Das Feldgerät ist vorzugsweise zur Ausführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens geeignet und weist dazu notwendige Merkmale auf.
Es ist vorteilhaft, wenn das Feldgerät über die Funkschnittstelle keine Daten empfangen kann oder über die Funkschnittstelle empfangene Daten nicht als Befehle verarbeiten kann. Somit wird verhindert, dass das Feldgerät durch externe Befehle manipuliert werden kann. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung erlaubt die Funkschnittstelle einen Empfang von Daten. Ein Feldgerät nach dieser Ausführungsform ist vorzugsweise so eingerichtet, dass es mittels eines externen Befehls in einen sicheren Betriebszustand versetzt werden und/oder ausgeschaltet werden kann. Aspekte der Erfindung werden anhand der Figuren beispielhaft erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Rechnertopologie mit einem Feldgerät, mit einer Erfassungseinheit und mit einem Detektionssystem,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion von fehlerhaften Messsignalausgaben und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm, das Teilschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Rechnertopologie mit einem Feldgerät 1, mit einer Erfassungseinheit 2 und mit einem Detektionssystem 3. Das Feldgerät 1 weist eine Sensoreinheit 4 auf, bei der es sich um eine kapazitive Druckmesszelle handelt. Mittels dieser lässt sich beispielsweise ein Druck eines umgebenden Fluids messen. Das Feldgerät 1 weist eine kabelgebundene Schnittstelle 5 zur Ausgabe eines Messwerts auf. Die kabelgebundene Schnittstelle 5 erlaubt es, Stromsignale über ein Zweileiter-System 6 auszugeben. Das Zweileiter- System 6 dient ferner zur Energieversorgung des Feldgeräts 1. Das Feldgerät 1 ist über das Zweileiter-System 6 mit der Erfassungseinheit 2 verbunden. Die Erfassungseinheit 2 versorgt das Feldgerät 1 über das Zweileiter-System 6 mit Strom. Die Erfassungseinheit 2 liest erste Messsignale ein, die das Feldgerät 1 über das Zweileiter-System 6 ausgibt. Es handelt sich bei den ersten Messsignalen um analoge Messsignale. Die Erfassungseinheit wandelt die analogen Messsignale in eine digitale Form um und verschickt sie als Messdatenpakete über ein Kommunikationsnetzwerk 7 an das Detektionssystem 3. Das Feldgerät 1 weist ferner eine Funkschnittstelle 8 auf, die zweite Messsignale ausgibt. Die Funkschnittstelle 8 versendet die zweiten Messsignale als Funksignale 9, die den Messwert in digitaler Form wiedergeben. Es handelt sich bei den zweiten Messsignalen also um digitale Messsignale. Die Funksignale 9 werden von einer weiteren Funkschnittstelle 8 empfangen, die dem Detektionssystem 3 zugehörig ist. Bei dem Detektionssystem 3 handelt es sich um ein Cloud-Rechnernetz, das ein Computerprogramm zur Überwachung von Feldgeräten 1 ausführt. Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion von fehlerhaften Messsignalausgaben. In einem Messschritt 10 misst das vorhergehend beschriebene Feldgerät einen Druck. Der Druck wird in einem Ausgabeschritt 11 über die kabelgebundene Schnittstelle des Feldgeräts und über die Funkschnittstelle des Feldgeräts als das erste beziehungsweise das zweite Messsignal ausgegeben. Das Feldgerät gibt dabei den Messwert als eine Stromstärke über das Zweileiter-System aus und versendet den Messwert außerdem in digitaler Form über seinen Funksender. In einem Empfangsschritt 12 empfängt das Detektionssystem ein von dem ersten Messsignal abgeleitetes Messdatenpaket und das zweite Messsignal. Dem Empfangsschritt 12 geht voraus, dass die Erfassungseinheit die Stromstärke des ersten Messsignals misst, diese in ein digitales Format umwandelt, daraus das Messdatenpaket erzeugt und das Messdatenpaket an das Detektionssystem überträgt.
In einem Ermittlungsschritt 13 wird eine Messsignalabweichung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal ermittelt. Wenn das erste Messsignal nicht mit dem zweiten Messsignal übereinstimmt, dann kann ein Fehler vorliegen. Der Fehler kann durch einen Fehler des Feldgeräts oder durch einen Kommunikationsfehler bedingt sein. In einem Prüfschritt 14 prüft das Detektionssystem, ob ein Fehlerfall vorliegt. Dies ist zum Beispiel dann gegeben, wenn die Messsignalabweichung einen vordefinierten Wert überschreitet. Das Detektionssystem prüft aber außerdem, ob es regelmäßig zweite Messsignale erhält. Ist dies nicht mehr der Fall, dann weist dies auf einen Fehler im Feldgerät hin. Auf den Prüfschritt folgt im Fehlerfall ein Informationsschritt 15. Bei dem Informationsschritt wird ein Verantwortlicher von dem Detektionssystem mittels einer E-Mail oder mittels einer Push-Nachricht in einer App darüber informiert, dass das Feldgerät nicht mehr einwandfrei arbeitet. Liegt kein Fehlerfall vor, dann speichert das Detektionssystem in einem Proto ko II sch ritt 16 lediglich die ermittelte Messsignalabweichung ab.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das Teilschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Die Teilschritte werden bei dem vorangehend beschriebenen Ermittlungsschritt durchgeführt. In einem Konfigurationsschritt 17 übermittelt das Feldgerät einen Konfigurationsdatensatz des Feldgeräts über seine Funkschnittstelle an das Detektionssystem. Der Konfigurationsdatensatz enthält Informationen, die eine Berechnung des ersten Messsignals aus dem zweiten Messsignal erlauben. In einem Normierungsschritt 18 normiert das Detektionssystem das erste Messsignal und das zweite Messsignal auf eine übereinstimmende Einheit. Bei der übereinstimmenden Einheit handelt es sich vorliegend um die Einheit des ersten Messsignals, hier eine Stromstärke in mA. Das von dem ersten Messsignal abgeleitete Messdatenpaket, das dem Detektionssystem vorliegt, gibt den Strom be- reits in mA an. Somit muss lediglich das zweite Messsignal in die Einheit mA umgewandelt werden. Die erfolgt unter Zuhilfenahme des Konfigurationsdatensatzes. In einem Differenzschritt 19 wird schließlich die Differenz der normierten Messsignale gebildet. Eine große Differenz weist daraufhin, dass das analoge Messsignal den tatsächlichen Messwert nicht korrekt wiedergibt.
Bezugszeichenliste
Feldgerät
Erfassungseinheit
Detektionssystem Sensoreinheit Kabelgebundene Schnittstelle Zweileiter-System
Kommunikationsnetzwerk Funkschnittstelle
Funksignal
Messschritt
Ausgabeschritt Empfangsschritt Ermittlungsschritt Prüfschritt
Informationsschritt
Protokollschritt
Konfigurationsschritt Normierungsschritt Differenzschritt

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Detektion von fehlerhaften Messsignalausgaben eines Feldgeräts (1), umfassend die Schritte:
- Ausgabe eines Messwerts durch das Feldgerät (1) als ein erstes Messsignal,
- Ausgabe des Messwerts durch das Feldgerät (1) als ein zweites Messsignal,
- Empfang des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals oder daraus abgeleiteter Werte durch ein Detektionssystem (3),
- Ermittlung einer Messsignalabweichung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal durch das Detektionssystem (3) und
- Prüfung durch das Detektionssystem (3), ob ein Fehlerfall vorliegt, unter Berücksichtigung der Messsignalabweichung und optional unter Berücksichtigung mindestens einer weiteren Fehlerbedingung. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabe des ersten Messsignals über eine kabelgebundene Schnittstelle (5) des Feldgeräts (1) erfolgt und die Ausgabe des zweiten Messsignals über eine Funkschnittstelle (8) des Feldgeräts (1) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messsignal ein analoges Messsignal ist und dass das zweite Messsignal ein digitales Messsignal ist. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Messsignalabweichung das analoge Messsignal und das digitale Messsignal auf eine übereinstimmende Einheit normiert werden, sodass sich normierte Werte ergeben, und anschließend eine Differenz zwischen den normierten Werten gebildet wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Messsignalabweichung die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellung eines Analog-Soll-Messwerts durch Konvertierung des digitalen Messsignals in eine analoge Einheit,
- Bereitstellung eines Analog-Ist-Messwerts auf Grundlage des analogen Messsignals und
- Berechnung einer Differenz zwischen dem Analog-Soll-Messwert und dem Analog-Ist-Messwert. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren außerdem die Schritte umfasst:
- Ausgabe eines Konfigurationsdatensatzes des Feldgeräts (1) durch das Feldgerät (1) und
- Empfang des Konfigurationsdatensatzes durch das Detektionssystem (3). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionssystem (3) bei der Ermittlung der Messsignalabweichung den Konfigurationsdatensatz nutzt, um das analoge Messsignal und das digitale Messsignal auf die übereinstimmende Einheit zu normieren. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erfassungseinheit (2) das analoge Messsignal aufnimmt, wobei die Erfassungseinheit (2) eine Analog-Digital-Wandlung des analogen Messsignals in ein Messdatenpaket durchführt und wobei die Erfassungseinheit (2) das Messdatenpaket an das Detektionssystem (3) übermittelt. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (2) das Messdatenpaket mit einem Zeitstempel versieht. 18 erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messsignal und das zweite Messsignal zeitlich voneinander beab- standet durch das Feldgerät (1) ausgegeben werden. erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät (1) das zweite Messsignal mit einem Zeitstempel versieht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Prüfung, ob der Fehlerfall vorliegt, das Detektionssystem (3) ermittelt, ob ein für die Messsignalabweichung vordefinierter Schwellenwert überschritten wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Prüfung, ob der Fehlerfall vorliegt, das Detektionssystem (3) mehrere Paare aus ersten und zweiten Messsignalen berücksichtigt, wobei die Paare aus den ersten und den zweiten Messsignalen zeitlich voneinander beab- standet durch das Feldgerät (3) ausgegeben worden sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Prüfung, ob der Fehlerfall vorliegt, das Detektionssystem (3) eine Zeitspanne seit dem Erhalt eines letzten zweiten Messsignals oder eines daraus abgeleiteten Werts misst und den Fehlerfall feststellt, wenn die gemessene Zeitspanne eine vordefinierte maximale Zeitspanne überschreitet. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messsignal ein Stromsignal ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 19 das Feldgerät (1) das erste Messsignal über ein Zweileiter-System (6) ausgibt. erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionssystem (3) bei der Feststellung des Fehlerfalls ein Fehlersignal ausgibt. erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionssystem (3), falls der Fehlerfall vorliegt, einen Befehl zum Versetzen des Feldgeräts (1) in einen sicheren Zustand an das Feldgerät (1) übermittelt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionssystem (3), falls der Fehlerfall vorliegt, einen Befehl zum Neustart des Feldgeräts (1) an das Feldgerät (1) übermittelt. Detektionssystem (3) zur Erkennung von fehlerhaften Messsignalausgaben eines Feldgeräts (1), wobei das Detektionssystem (3) dazu eingerichtet ist, mindestens die folgenden Schritte auszuführen:
- Empfang eines ersten Messsignals,
- Empfang eines zweiten Messsignals,
- Ermittlung einer Messsignalabweichung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal und
- Prüfung, ob ein Fehlerfall vorliegt, unter Berücksichtigung der Messsignalabweichung und optional unter Berücksichtigung mindestens einer weiteren Fehlerbedingung. Feldgerät (1) mit mindestens einer Sensoreinheit (4) zur Erfassung eines Messwerts, wobei das Feldgerät (1) dazu eingerichtet ist, den Messwert als ein erstes Messsignal und als ein zweites Messsignal auszugeben. Feldgerät (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass 20 das Feldgerät (1) eine kabelgebundene Schnittstelle (5) und eine Funkschnittstelle (8) aufweist, wobei das Feldgerät (1) dazu eingerichtet ist, das erste Messsignal über die kabelgebundene Schnittstelle (5) und das zweite Messsignal über die Funkschnittstelle (8) auszugeben. Feldgerät (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät (1) über die Funkschnittstelle (8) keine Daten empfangen kann oder über die Funkschnittstelle (8) empfangene Daten nicht als Befehle verarbeiten kann.
EP20824178.6A 2020-12-09 2020-12-09 Verfahren zur detektion von fehlerhaften messsignalausgaben eines feldgeräts, detektionssystem und feldgerät Pending EP4260015A1 (de)

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