EP4454236A1 - Verfahren zur bestimmung einer qualität einer drahtlosen übertragung von datenpaketen eines feldgerätes - Google Patents

Verfahren zur bestimmung einer qualität einer drahtlosen übertragung von datenpaketen eines feldgerätes

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EP4454236A1
EP4454236A1 EP22818825.6A EP22818825A EP4454236A1 EP 4454236 A1 EP4454236 A1 EP 4454236A1 EP 22818825 A EP22818825 A EP 22818825A EP 4454236 A1 EP4454236 A1 EP 4454236A1
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EP
European Patent Office
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data packets
field device
level unit
algorithm
trained
Prior art date
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Pending
Application number
EP22818825.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Blessing
Lukas Ostgen
Rebecca Page
Nikolai Fink
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Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Publication of EP4454236A1 publication Critical patent/EP4454236A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for determining a quality of a wireless transmission of data packets from a field device to a higher-level unit via a wireless communication interface.
  • field devices are often used, which are used to record and/or influence process variables.
  • Process variables are recorded by sensors that are integrated, for example, in level meters, flow meters, pressure and temperature meters, pH redox potential meters, conductivity meters, etc., which record the corresponding process variables level, flow rate, pressure, temperature, pH value or conductivity.
  • Actuators such as valves or pumps, which can be used to change the flow of a liquid in a pipeline section or the fill level in a container, are used to influence process variables.
  • all devices that are used close to the process and that supply or process process-relevant information are referred to as field devices.
  • field devices are also understood to mean remote I/Os, radio adapters or generally electronic measuring components that are arranged at the field level.
  • a field device is in particular selected from a group consisting of flow meters, level meters, pressure meters, temperature meters, limit level meters and/or analysis meters.
  • Flow measuring devices are in particular Coriolis, ultrasonic, vortex, thermal and/or magneto-inductive flow measuring devices.
  • Level measuring devices are in particular radar-based level measuring devices, microwave level measuring devices, ultrasonic level measuring devices, time-domain reflectometric level measuring devices, radiometric level measuring devices, capacitive level measuring devices, inductive level measuring devices and/or temperature-sensitive level measuring devices.
  • Pressure measuring devices are in particular absolute, relative or differential pressure devices.
  • Temperature measuring devices are, in particular, measuring devices with thermocouples and/or temperature-dependent resistors.
  • Point level measuring devices are in particular vibronic point level measuring devices, ultrasonic point level measuring devices and/or capacitive point level measuring devices.
  • Analysis measuring devices are in particular pH sensors, conductivity sensors, oxygen and active oxygen sensors, (spectro)photometric sensors and/or ion-selective electrodes.
  • field devices are usually connected to higher-level units via communication networks such as fieldbuses (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) and industrial Ethernet (PROFINET®, EtherNetlP®).
  • the higher-level units are control units, such as a PLC (programmable logic controller) or a PLC (programmable logic controller).
  • the higher-level units are used, among other things, for process control and for commissioning the field devices.
  • the measured values recorded by the field devices, in particular by sensors are transmitted via the respective bus system to one (or possibly several) higher-level unit(s), which further process the measured values and forward them to the control center of the plant.
  • the control station is used for process visualization, process monitoring and process control via the higher-level units.
  • data transmission from the higher-level unit via the bus system to the field devices is also required, in particular for configuring and parameterizing field devices and for controlling actuators.
  • field devices nowadays usually have a communication unit that is set up to wirelessly transfer data and commands between the controller and a higher-level system, such as a cloud-based database, a production database and/or an asset management system.
  • a higher-level system such as a cloud-based database, a production database and/or an asset management system.
  • Such field devices are used more and more frequently in the field, where they send their measurement data wirelessly to a higher-level unit via a wireless communication interface.
  • details on the quality of the data transmission are often not available to the user of the field device, or only to a limited extent.
  • the object of the invention is to provide a solution for determining a transmission quality.
  • the object is achieved by the method for determining a quality of a wireless transmission according to claim 1.
  • the method according to the invention for determining a quality or quality of a wireless transmission of data packets from a field device via a wireless communication interface to a higher-level unit comprising the method steps:
  • a data package includes measurement data, control data, history data, parameterization data, semantics for the interpretation of the data, diagnostic and/or status data.
  • the higher-level unit comprises a computer or a handheld with a receiving unit or a cloud application.
  • the wireless communication interface controls a communication standard or wireless communication technologies such as WLAN and Bluetooth, WLAN and mobile radio or the like.
  • One embodiment provides that the data packets are checked for completeness of the information they contain.
  • One embodiment provides that the data packets are checked for, in particular complete, interpretability.
  • the size of the data packets can be checked and compared with previously received data packets.
  • the bytes in the data packets can be examined for the presence of null rows or typical empty data patterns, which would indicate that information has been lost.
  • An AI (artificial intelligence) algorithm could be trained to detect such patterns from zero rows.
  • One embodiment provides that a first check value stored in the data packet and determined by the field device using CRC is checked for agreement with a second check value determined by the superordinate unit using CRC.
  • the cyclic redundancy check is a method for determining a single check value for a data packet in order to be able to detect errors during transmission or storage. In order to determine a quality of the transmission or a communication status, a comparison of the test values can be taken into account.
  • One embodiment provides that the data packets each have measurement data, with the measurement data each being provided with a time stamp, with the check comprising comparing the time stamp with a time of receipt of the data packet in the higher-level unit.
  • One embodiment provides that the communication status is determined for a time-limited and recurring event.
  • One embodiment provides that the check is carried out using a trained AI algorithm.
  • the trained AI algorithm works with the methods of machine learning.
  • the trained K1 algorithm uses at least one neural network.
  • Alternative configurations of the method according to the invention use the nearest neighbor method, decision trees and/or a support vector machine.
  • Further variants that can be used in connection with the solution according to the invention are the methods of linear or nonlinear regression, ensembles, naive Bayes or logistic regression.
  • the calculations are preferably carried out in a cloud application.
  • the adaptive computing program can also be installed on an operating tool.
  • the central component of the system for carrying out the method according to the invention can be a self-learning expert system AIS.
  • This expert system AIS uses the methods of artificial intelligence to analyze the data and information that is available regarding the existing or installed field device base, to carry out diagnostics based on the collected data and information, and based on the analysis and diagnostics a communication status to a user to spend
  • One embodiment provides that the K1 algorithm is trained to recognize a change in a transmission frequency set on the field device, taking into account the time behavior of the received data packets.
  • the Kl algorithm can, for example, have been trained to identify patterns or changing patterns in the reception spectrum (temporal behavior of the received data packets) and adjust the criterion accordingly and/or issue a status change to the operator.
  • One embodiment provides that the Kl algorithm is trained to detect a loose electrical connection and/or moisture in the field device, taking into account the temporal behavior of the received data packets, the size of the respective data packets and/or the information stored in the respective data packets.
  • the KI algorithm can be trained from a large number of reception spectra, which have typical behavior for loose contacts and/or moisture in the field device.
  • the Kl algorithm is trained to take into account the temporal behavior of the received data packets recorded over a specific period of time, the size of the respective data packets and/or the information stored in the respective data packets, and in particular a geographical location of the Field device to detect environmental influences on the field device.
  • the criterion includes a variable variable, with the criterion being adapted by the trained K1 algorithm.
  • a field device 1 is set up to collect measurement data from a measurement point.
  • An evaluation circuit 5 is set up to store the measurement data provided with a time stamp in a memory and to send them intermittently in a data packet with further diagnosis and status information via a wireless communication interface 2 to a superordinate unit 3 .
  • the superordinate unit 3 shown is a handheld 4 with a display on which the measurement data, diagnosis and status information can be shown.
  • a communication status that makes a statement about the quality of the transmission of the data packets can also be displayed.
  • the handheld has a computer program or a computer program product that is set up to display the data in the data packet and the current transmission quality.
  • the computer program has a trained AI algorithm, which is set up to check the data packets and/or the time periods.
  • the K1 algorithm can be trained to recognize a change in a transmission frequency set on the field device, taking into account the temporal behavior of the received data packets.
  • this can also be implemented by an alternative algorithm that is not based on KI.
  • the AI algorithm can be trained to recognize a loose electrical contact and/or moisture in the field device, taking into account the temporal behavior of the received data packets, the size of the respective data packets and/or the information stored in the respective data packets.
  • the computer program uses artificial intelligence methods to analyze the data, information and additional information based on the error codes supplied by the field device, which define technical irregularities and/or identify, classify and/or analyze malfunctions for the quality of the transmission.
  • the cause/causes for technical irregularities and/or malfunctions that have occurred in the field device are thus identified via the higher-level unit using a multidimensional cluster method.
  • This recognized cause/these recognized causes is/are output to the operator on the higher-level unit.
  • a warning message is generated if the technical irregularity and/or malfunction occurs in several field devices of the same field device type, and/or the field devices determine or monitor the same physical or chemical process variable in at least approximately the same applications and/or under the same process or environmental conditions.
  • a first method step (I) data packets—which are received by a field device—are sent to a higher-level unit via a wireless communication interface.
  • the wireless communication interface is set up to send the data packets intermittently.
  • the data packets can be sent at fixed but changeable time intervals.
  • a second method step (II) the data packets are received by the higher-level unit.
  • a check is then carried out to determine whether the time period between two received data packets satisfies a stored criterion (III). This is done in the higher-level unit.
  • the stored criterion can include a target time--optionally also with a tolerance range specified for this--in which the data packet would have to be received.
  • the stored criterion can directly include a target time range. It is particularly advantageous if the criterion is a variable variable that adapts to the reception behavior over time.
  • the higher-level unit notices that the time between two received data packets has changed and the new time for a sequence of a fixed number of data packets is adhered to, the deviation is assigned to a change in the transmission frequency and the old criterion is replaced by the new self-determined criterion.
  • a loose contact in the field device or environmental influences in the form of insects that have penetrated the interior of the housing can be identified based on an increased transmission frequency.
  • the size of the respective data packets meets the stored criterion. If, due to a fault, the data packets cannot be sent at all or only in part, the size of the subsequent data packets deviates from a normal size.
  • the data packets are checked for interpretability, in particular for full interpretability.
  • a frozen state of the field device can be detected by checking the information in the data packets.
  • the Frozen State can refer to a specific value or a sequence of values within a data packet.
  • the K1 algorithm could, for example, be trained to recognize correlation breaks in a large number of measurement data items that correlate with one another.
  • a constant temperature, which is measured inside the housing, is a clear indication of a frozen state of the temperature sensor inside the housing, despite a sharp increase in the temperature of the medium in contact.
  • the check includes several of the comparisons mentioned with corresponding criteria.
  • a communication status is determined on the higher-level unit (IV). If the transmission frequency or the time between the data packets is observed and/or the data packets are sent in full. Alternatively, a number of checks—which can also be evaluated differently if necessary—can be included in the determination of the communication status.
  • the communication status is determined for a time-limited and recurring event.
  • the operator can output the communication status, which not only refers to the current transmission quality, but also takes into account a broad transmission period , help to draw necessary precautions.
  • the geographic location and/or weather information assigned to the measuring point is also taken into account for the creation of the communication status.
  • the communication status is output, for example, in a display of the higher-level unit.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Qualität einer drahtlosen Übertragung von Datenpaketen eines Feldgerätes (1) über eine Drahtlos-Kommunikationsschnittstelle (2) an eine übergeordnete Einheit (3), umfassend die Verfahrensschritte: - Senden der Datenpakete über die Drahtlos-Kommunikationsschnittstelle (2) an die übergeordnete Einheit (3), wobei die Datenpakete intermittierend ausgesendet werden; - Empfangen der Datenpakete durch die übergeordnete Einheit (3); - Überprüfen, ob eine Zeitdauer zwischen zwei mittels der übergeordneten Einheit empfangenen Datenpakete, eine Größe der jeweiligen Datenpakete und/oder in den jeweiligen Datenpaketen hinterlegte Informationen ein Kriterium erfüllt; und - Ermitteln eines Kommunikationszustandes in Abhängigkeit der Überprüfung und optional Ausgabe des Kommunikationszustandes.

Description

Verfahren zur Bestimmung einer Qualität einer drahtlosen Übertragung von Datenpaketen eines Feldgerätes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Qualität einer drahtlosen Übertragung von Datenpaketen eines Feldgerätes über eine Drahtlos-Kommunikationsschnittstelle an eine übergeordnete Einheit.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozess-Automatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH- Redoxpotentialmessgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein elektronische Messkomponenten verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Ein Feldgerät ist dabei insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Durchflussmessgeräten, Füllstandsmessgeräten, Druckmessgeräten, Temperaturmessgeräten, Grenzstandsmessgeräten und/oder Analysemessgeräten. Durchflussmessgeräte sind insbesondere Coriolis-, Ultraschall-, Vortex-, thermische und/oder magnetischinduktive Durchflussmessgeräte. Füllstandsmessgeräte sind insbesondere Radar-basierte Füllstandsmessgeräte, Mikrowellen-Füllstandsmessgeräte, Ultraschall-Füllstandsmessgeräte, zeitbereichsreflektometrische Füllstandsmessgeräte, radiometrische Füllstandsmessgeräte, kapazitive Füllstandsmessgeräte, induktive Füllstandsmessgeräte und/oder temperatursensitive Füllstandsmessgeräte. Druckmessgeräte sind insbesondere Absolut-, Relativoder Differenzdruckgeräte. Temperaturmessgeräte sind insbesondere Messgeräte mit Thermoelementen und/oder temperaturabhängigen Widerständen. Grenzstandsmessgeräte sind insbesondere vibronische Grenzstandsmessgeräte, Ultraschall-Grenzstandsmessgeräte und/oder kapazitive Grenzstandsmessgeräte. Analysemessgeräte sind insbesondere pH-Sensoren, Leitfähigkeitssensoren, Sauerstoff- und Aktivsauerstoffsensoren, (spektro)-photo- metrische Sensoren, und/oder ionenselektive Elektroden.
In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Kommunikationsnetzwerke wie beispielsweise Feldbusse (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) und industrial Ethernet (PROFINET®, EtherNetlP®) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Bei den übergeordneten Einheiten handelt es sich um Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder einen PLC (Programmable Logic Controller). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, insbesondere von Sensoren, erfassten Messwerte werden über das jeweilige Bussystem an eine (oder gegebenenfalls mehrere) übergeordnete Einheit(en) übermittelt, die die Messwerte gegebenenfalls weiterverarbeiten und an den Leitstand der Anlage weiterleiten. Der Leitstand dient zur Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung und Prozessteuerung über die übergeordneten Einheiten. Daneben ist auch eine Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an die Feldgeräte erforderlich, insbesondere zur Konfiguration und Parametrierung von Feldgeräten sowie zur Ansteuerung von Aktoren.
Neben kabelgebundene Verbindungen weisen Feldgeräte heutzutage meist eine Kommunikationseinheit auf, die dazu eingerichtet ist Daten und Befehle zwischen der Steuerung und einem übergeordneten System, wie ein cloudbasierte Datenbank, ein Produktionsdatenbank und/oder eine Asset Management System kabellos zu transferieren. Derartige Feldgeräte werden immer häufiger im Feld eingesetzt, wo sie ihre Messdaten über eine Drahtlos- Kommunikationsschnittstelle drahtlos an eine übergeordnete Einheit schicken. Details zur Qualität der Datenübertragung stehen dem Nutzer des Feldgerätes jedoch häufig nicht oder nur begrenzt zur Verfügung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung für die Bestimmung einer Übertragungsqualität bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Bestimmung einer Qualität einer drahtlosen Übertragung nach Anspruch 1 .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Qualität bzw. einer Güte einer drahtlosen Übertragung von Datenpaketen eines Feldgerätes über eine Drahtlos-Kommunikationsschnittstelle an eine übergeordnete Einheit, umfassend die Verfahrensschritte:
- Senden der Datenpakete über die Drahtlos-Kommunikationsschnittstelle an die übergeordnete Einheit, wobei die Datenpakete intermittierend ausgesendet werden;
- Empfangen der Datenpakete durch die übergeordnete Einheit;
- Überprüfen, ob eine Zeitdauer zwischen zwei mittels der übergeordneten Einheit empfangenen Datenpakete, eine Größe der jeweiligen Datenpakte und/oder in den jeweiligen Datenpakten hinterlegte Informationen ein Kriterium erfüllt; und
- Ermitteln eines Kommunikationszustandes in Abhängigkeit der Überprüfung und optional Ausgabe des Kommunikationszustandes.
Ein Datenpaket umfasst Messdaten, Steuerdaten, Historiendaten, Para- metrierdaten, Semantik für Auslegung der Daten, Diagnose- und/oder Statusdaten.
Die übergeordnete Einheit umfasst einen Computer oder ein Handheld mit Empfangseinheit oder eine Cloudanwendung.
Die Drahtlos-Kommunikationsschnittstelle beherrscht einen Kommunikationsstandard oder drahtlose Kommunikationstechnologien wie beispielsweise WLAN und Bluetooth, WLAN und Mobilfunk oder dergleichen.
Nicht das Feldgerät bzw. die Drahtlos-Kommunikationsschnittstelle selbst bestimmt die Qualität des Signales, sondern die übergeordnete Einheit unter Berücksichtigung der Zeitpunkte an denen die Datenpakete empfangen wrden und/oder der empfangenen Datenpakete und deren Inhalt. Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Datenpakete auf eine Vollständigkeit der enthaltenen Informationen überprüft werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Datenpakete auf eine, insbesondere vollständige, Interpretierbarkeit überprüft werden.
Für die Umsetzung der beiden vorhergehenden Ausgestaltungen kann zum Beispiel die Größe der Datenpakete überprüft und mit vorherig empfangenen Datenpaketen verglichen werden. Alternativ können die Bytes in den Datenpaketen darauf geprüft werden, ob Null-Reihen oder typische Muster für nicht ausgefüllte Daten vorhanden sind, was ein Hinweis darauf wäre, dass Informationen verloren gegangen sind. Ein Kl-Algorithmus (künstliche Intelligenz) könnte dazu antrainiert sein, derartige Muster aus Null-Reihen zu detektieren.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein im Datenpaket hinterlegter und durch das Feldgerät mittels CRC ermittelter erster Prüfwert mit einem durch die übergeordnete Einheit mittels CRC ermittelten zweiten Prüfwert auf Übereinstimmung geprüft wird.
Die zyklische Redundanzprüfung (englisch cyclic redundancy check, CRC) ist ein Verfahren zur Bestimmung eines einzelnen Prüfwerts für ein Datenpaket, um Fehler bei der Übertragung oder Speicherung erkennen zu können. Um eine Qualität der Übertragung bzw. einen Kommunikationszustand zu bestimmen, kann ein Vergleich der Prüfwerte berücksichtigt werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Datenpakete jeweils Messdaten aufweisen, wobei die Messdaten jeweils mit einem Zeitstempel versehen sind, wobei die Überprüfung den Vergleich des Zeitstempels mit einem Empfangszeitpunkt des Datenpackets in der übergeordneten Einheit umfasst.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Kommunikationszustand für ein zeitlich begrenztes und wiederkehrendes Ereignis ermittelt wird. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Überprüfung durch einen trainierten Kl-Algorithmus erfolgt.
Als vorteilhaft wird es im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erachtet, wenn der trainierten Kl-Algorithmus mit den Methoden des Machine Learning arbeitet. Insbesondere ist vorgesehen, dass der trainierten Kl-Algorithmus zumindest ein neuronales Netz verwendet. Alternative Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nutzen die Nearest Neighbor Methode, Entscheidungsbäume und/oder eine Support Vector Machine. Weitere Varianten, die in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung einsetzbar sind, sind die Methoden der Linear oder Nonlinear Regression, Ensembles, Naive Bayes oder Logistic Regression. Diese und weitere geeignete Methoden aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz, die für das lernfähige Rechenprogramm eingesetzt werden, sind beispielsweise aus dem Fachbuch „Grundkurs Künstliche Intelligenz“, 4 . Auflage von Herrn Prof. Ertl bekannt geworden.
Bevorzugt erfolgen die Berechnungen in einer Cloudanwendung. Alternativ kann das lernfähige Rechenprogramm auch auf einem Bedientool installiert sein.
Zentrale Komponente des Systems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein selbstlernendes Expertensystem AIS sein. Dieses Expertensystem AIS nutzt die Methoden der Künstliche Intelligenz, um die Daten und Informationen, die bezüglich der vorhandenen oder installierten Feldgerätebasis verfügbar sind, zu analysieren, anhand der gesammelten Daten und Informationen Diagnosen durchzuführen, und auf der Basis der Analyse und Diagnose einem Nutzer einen Kommunikationszustand auszugeben.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Kl-Algorithmus dazu antrainiert ist, eine Änderung einer am Feldgerät eingestellten Sendefrequenz unter Berücksichtigung des zeitlichen Verhaltens der empfangenen Datenpakete zu erkennen.
Der Kl-Algorithmus kann beispielsweise dazu antrainiert worden sein, Muster bzw. veränderliche Muster im Empfangsspektrum (zeitliche Verhalten der empfangenen Datenpakete) zu erkennen und entsprechend das Kriterium anzupassen und/oder eine Statusänderung an den Betreiber auszugeben.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Kl-Algorithmus dazu antrainiert ist, einen elektrischen Wackelkontakt und/oder Feuchtigkeit im Feldgerät unter Berücksichtigung des zeitlichen Verhaltens der empfangenen Datenpakete, der Größe der jeweiligen Datenpakte und/oder der in den jeweiligen Datenpakten hinterlegten Informationen zu erkennen.
Dafür kann der Kl-Algorithmus aus einer Vielzahl an Empfangsspektren antrainiert werden, die für Wackelkontakte und/oder Feuchtigkeit im Feldgerät typisches Verhalten aufweisen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Kl-Algorithmus dazu antrainiert ist, unter Berücksichtigung des über einen spezifischen Zeitraum aufgenommenen zeitlichen Verhaltens der empfangenen Datenpakete, der Größe der jeweiligen Datenpakte und/oder der in den jeweiligen Datenpakten hinterlegte Informationen, und insbesondere einer geographischen Lage des Feldgerätes, Umwelteinflüsse auf das Feldgerät zu erkennen.
Es gibt Einflüsse auf die Übertragungsqualität, die zeitlich begrenzt auftreten und danach aufhören bzw. pausieren. Derartige Ereignisse lassen sich durch das zeitliche Verhalten der empfangenen Datenpakete und/oder der zeitlichen Veränderung der Größe der jeweiligen Datenpakte und/oder der in den jeweiligen Datenpakten hinterlegte Informationen identifizieren. Der Kl- Algorithmus wird mit diesen Empfangsspektren antrainiert. Für eine genauere Identifizierung der Umwelteinflüsse kann eine geographische Lage des Feldgerätes mit in die Überprüfung bzw. Ermittlung eingehen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Kriterium eine veränderliche Größe umfasst, wobei eine Anpassung des Kriteriums durch den antrainierten Kl- Algorithmus erfolgt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 : eine Qualitätsbestimmung der Datenübertragung zwischen einem Feldgerät und einem Handheld; und
Fig. 2: eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagrammes.
Fig. 1 zeigt eine Qualitätsbestimmung der Datenübertragung zwischen einem Feldgerät 1 und einem Handheld 4. Ein Feldgerät 1 ist dazu eingerichtet Messdaten einer Messstelle zu sammeln. Eine Auswerteschaltung 5 ist dazu eingerichtet die mit einem Zeitstempel versehenen Messdaten in einem Speicher zu hinterlegen und diese in einem Datenpaket mit weiteren Diagnose- und Statusinformationen intermittierend über eine Drahtlos- Kommunikationsschnittstelle 2 an eine übergeordnete Einheit 3 zu schicken. Bei der abgebildeten übergeordneten Einheit 3 handelt es sich um ein Handheld 4 mit einem Display auf dem die Messdaten, Diagnose- und Statusinformationen abbildbar sind. Weiterhin anzeigbar ist ein Kommunikationszustand, der eine Aussage über die Qualität der Übertragung der Datenpakete macht. Das Handheld weist ein Computerprogramm bzw. ein Computerprogrammprodukt, welches dazu eingerichtet ist, die Daten des Datenpaketes anzuzeigen und die aktuelle Übertragungsqualität. Das Computerprogramm weist einen antrainierten Kl-Algorithmus auf, welcher dazu eingerichtet ist, die Überprüfung der Datenpakete und/oder der Zeitdauern zu übernehmen. Der Kl-Algorithmus kann beispielsweise dazu antrainiert sein, eine Änderung einer am Feldgerät eingestellten Sendefrequenz unter Berücksichtigung des zeitlichen Verhaltens der empfangenen Datenpakete zu erkennen. Alternativ kann dies auch durch einen alternativen Algorithmus umgesetzt werden, der nicht auf Kl beruht.
Weiterhin kann der Kl-Algorithmus dazu antrainiert sein, einen elektrischen Wackelkontakt und/oder Feuchtigkeit im Feldgerät unter Berücksichtigung des zeitlichen Verhaltens der empfangenen Datenpakete, der Größe der jeweiligen Datenpakte und/oder der in den jeweiligen Datenpakten hinterlegten Informationen zu erkennen.
Das Computerprogramm nutzt Methoden der Künstlicher Intelligenz, um die Daten, Informationen und Zusatzinformationen anhand der von dem Feldgerät gelieferten Fehlercodes, die definierte technische Unregelmäßigkeiten und/oder Fehlfunktionen kennzeichnen, zu klassifizieren und/oder zu analysieren für die Güte der Übertragung. Über ein multidimensionales Clusterverfahren werden so die Ursache/Ursachen für an dem Feldgerät aufgetretene technische Unregelmäßigkeiten und/oder Fehlfunktionen über die übergeordnete Einheit erkannt. Diese erkannte Ursache/diese erkannten Ursachen wird/werden auf der übergeordneten Einheit an den Betreiber ausgegeben. Es wird eine Warnmeldung generiert, wenn die technische Unregelmäßigkeit und/oder Fehlfunktion an mehreren Feldgeräten des desselben Feldgerätetyps auftreten, und/oder die Feldgeräte dieselbe physikalische oder chemische Prozessgröße in zumindest näherungsweise gleichen Applikationen und/oder unter gleichen Prozess- oder Umgebungsbedingungen bestimmen oder überwachen.
Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagrammes. In einem ersten Verfahrensschritt (I) werden Datenpakete - die von einem Feldgerät aufgenommen werden - über eine Drahtlos-Kommunikationsschnittstelle an eine übergeordnete Einheit versendet. Dabei ist die Drahtlos-Kommunikationsschnittstelle dazu eingerichtet, die Datenpakete intermittierend zu senden. Die Datenpakete können in festgelegten, jedoch veränderbaren Zeitintervallen gesendet werden.
In einem zweiten Verfahrensschritt (II) werden die Datenpakete durch die übergeordnete Einheit empfangen.
Darauf wird zur Bestimmung der Qualität der drahtlosen Übertragung der Datenpakete überprüft, ob die Zeitdauer zwischen zwei empfangenen Datenpakte ein hinterlegtes Kriterium erfüllt (III). Dies erfolgt in der übergeordneten Einheit. Das hinterlegte Kriterium kann einen Sollzeitpunkt - optional auch mit einem dafür festgelegten Toleranzbereich - umfassen, in dem das Datenpaket empfangen werden müsste. Alternativ kann das hinterlegte Kriterium direkt einen Sollzeitbereich umfassen. Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Kriterium eine veränderliche Größe ist, die sich an das zeitliche Empfangsverhalten anpasst. Merkt die übergeordnete Einheit, dass sich die Zeitdauer zwischen zwei empfangenen Datenpaketen geändert hat und die neue Zeitdauer für eine Folge von einer festgelegten Anzahl an Datenpaketen eingehalten wird, so wird die Abweichung einer Umstellung der Sendefrequenz zugeordnet und das alte Kriterium durch das neue selbst ermittelte Kriterium ersetzt. Im Falle, dass die Datenpakete immer dann gesendet werden, wenn die Messdatenmenge einen eingestellten Sollwert annimmt, lässt sich anhand einer erhöhten Sendefrequenz ein Wackelkontakt im Feldgerät oder Umwelteinflüsse (in Form von Insekten, die in das Gehäuseinnere eingedrungen sind) identifizieren.
Alternativ wird überprüft, ob die Größe der jeweiligen Datenpakte das hinterlegte Kriterium erfüllt. Kann es auf Grund einer Störung gar nicht oder nur zu Teilen zum Aussenden der Datenpakete kommen, so weicht die Größe der darauffolgenden Datenpaketen von einer üblichen Größe ab.
Alternativ wird überprüft, ob die in den Datenpakete hinterlegten Informationen das Kriterium erfüllt. Dafür kann überprüft werden, ob die im Datenpaket hinterlegten Informationen vollständig sind, oder ob beim Senden des Datenpaketes ein Teil der Informationen entweder nicht abgeschickt wurde oder unterwegs verloren gegangen ist bzw. durch Fehler uninterpretierbar wurde. In dem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Datenpakete auf eine, insbesondere vollständige, Interpretierbarkeit überprüft werden. Weiterhin kann durch die Überprüfung der Informationen in den Datenpaketen ein Frozen State des Feldgerätes erkannt werden. Dabei kann sich der Frozen State auf einen spezifischen Wert oder einer Wertefolge innerhalb eines Datenpaketes beziehen. Der Kl-Algorithmus könnte bspw. dazu antrainiert sein, Korrelationsbrüche bei einer Vielzahl an miteinander korrelierenden Messdaten zu erkennen. So ist eine gleichbleibende Temperatur, die im Gehäuseinneren gemessen wird, trotz stark steigender Temperatur des in Kontakt stehenden Mediums ein klarer Indiz für ein Frozen State des Temperatursensors im Gehäuseinneren.
Alternativ umfasst die Überprüfung mehrere der genannten Abgleiche mit entsprechenden Kriterium.
Abhängig von dem Resultat der Überprüfung wird auf der übergeordneten Einheit ein Kommunikationszustand ermittelt (IV). Wird die Sendefrequenz bzw. die Zeitdauer zwischen den Datenpaketen eingehalten und/oder die Datenpakete vollständig versendet. Alternativ können mehrere Überprüfungen - welche gegebenenfalls auch unterschiedlich gewertet werden können - in die Ermittlung des Kommunikationszustandes eingehen.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn der Kommunikationszustand für ein zeitlich begrenztes und wiederkehrendes Ereignis ermittelt wird. Insbesondere bei Ereignisse, die nur saisonal auftreten - wie z.B. Sandstürme, Pflanzenbewuchs oder Schneefall -, die jedoch sich auf die Übertragungsqualität negativ auswirken, kann dem Betreiber die Ausgabe des Kommunikationszustandes, der sich nicht nur auf die aktuelle Übertragungsqualität bezieht, sondern einen breiten Sendezeitraum berücksichtigt, helfen notwendige Vorkehrungen zu ziehen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird ebenfalls die geographische Lage und/oder ein der Messstelle zugeordnete Wetterinformationen für die Erstellung des Kommunikationszustandes berücksichtigt.
In einem letzten Verfahrensschritt (V) wird der Kommunikationszustand bspw. in einem Display der übergeordneten Einheit ausgegeben.

Claims

WO 2023/117259 PCT/EP2022/082780 Patentansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung einer Qualität einer drahtlosen Übertragung von Datenpaketen eines Feldgerätes (1 ) über eine Drahtlos-Kommunikations- schnittstelle (2) an eine übergeordnete Einheit (3), umfassend die Verfahrensschritte:
- Senden der Datenpakete über die Drahtlos-Kommunikationsschnittstelle (2) an die übergeordnete Einheit (3), wobei die Datenpakete intermittierend ausgesendet werden;
- Empfangen der Datenpakete durch die übergeordnete Einheit (3);
- Überprüfen, ob eine Zeitdauer zwischen zwei mittels der übergeordneten Einheit empfangenen Datenpakete, eine Größe der jeweiligen Datenpakte und/oder in den jeweiligen Datenpakten hinterlegte Informationen ein Kriterium erfüllt; und
- Ermitteln eines Kommunikationszustandes in Abhängigkeit der Überprüfung und optional Ausgabe des Kommunikationszustandes.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Datenpakete auf eine Vollständigkeit der enthaltenen Informationen überprüft werden.
3. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Datenpakete auf eine, insbesondere vollständige, Interpretierbarkeit überprüft werden.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein im Datenpaket hinterlegter und durch das Feldgerät (1 ) mittels CRC ermittelter erster Prüfwert mit einem durch die übergeordnete Einheit mittels CRC ermittelten zweiten Prüfwert auf Übereinstimmung geprüft wird.
5. Verfahren nach mindestens einem vorherigen Anspruch, wobei die Datenpakete jeweils Messdaten aufweisen, wobei die Messdaten jeweils mit einem Zeitstempel versehen sind, wobei die Überprüfung den Vergleich des Zeitstempels mit einem Empfangszeitpunkt des Datenpakets in der übergeordneten Einheit (3) umfasst.
6. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Kommunikationszustand für ein zeitlich begrenztes und wiederkehrendes Ereignis ermittelt wird.
7. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Überprüfung durch einen trainierten Kl-Algorithmus erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Kl-Algorithmus dazu antrainiert ist, eine Änderung einer am Feldgerät (1 ) eingestellten Sendefrequenz unter Berücksichtigung des zeitlichen Verhaltens der empfangenen Datenpakete zu erkennen.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Kl-Algorithmus dazu antrainiert ist, einen elektrischen Wackelkontakt und/oder Feuchtigkeit im Feldgerät (1 ) unter Berücksichtigung des zeitlichen Verhaltens der empfangenen Datenpakete, der Größe der jeweiligen Datenpakte und/oder der in den jeweiligen Datenpakten hinterlegten Informationen zu erkennen.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Kl-Algorithmus dazu antrainiert ist, unter Berücksichtigung des über einen spezifischen Zeitraum aufgenommenen zeitlichen Verhaltens der empfangenen Datenpakete, der Größe der jeweiligen Datenpakte und/ oder der in den jeweiligen Datenpakten hinterlegte Informationen, und insbesondere einer geographischen Lage des Feldgerätes (1 ), Umwelteinflüsse auf das Feldgerät (1 ) zu erkennen.
11 . Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Kriterium eine veränderliche Größe umfasst, wobei eine Anpassung des Kriteriums durch den antrainierten Kl- Algorithmus erfolgt.
EP22818825.6A 2021-12-22 2022-11-22 Verfahren zur bestimmung einer qualität einer drahtlosen übertragung von datenpaketen eines feldgerätes Pending EP4454236A1 (de)

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