JP2014041613A - フィールド機器のパラメタ設定方法、フィールド機器およびパラメタ設定システム - Google Patents

Abstract

【課題】安全でない可能性のあるデータコネクションを介してパラメタ値を安全に伝送することのできる、フィールド機器のパラメタ設定方法を提供する。
【解決手段】フィールド機器１の少なくとも１つのパラメタ値が設定可能であり、かつ、フィールド機器は少なくとも１つのインタフェース２を有する、方法において、少なくとも１つのパラメタ値に少なくとも依存する少なくとも１つの管理値を求め、この管理値に少なくとも依存するフィールド機器の少なくとも１つの出力信号を形成し、フィールド機器のインタフェースを介し、少なくとも１つの出力信号を電流信号として出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィールド機器のパラメタ設定方法に関しており、ここではこのフィールド機器の少なくとも１つのパラメタ値が設定可能であり、またこのフィールド機器は少なくとも１つのインタフェースを有する。さらに本発明は、相応するフィールド機器と、パラメタ設定ユニットを備えた、フィールド機器のパラメタ設定システムとに関する。

今日のプロセスオートメーションの分野では、例えば、プロセス量を監視するための測定装置として、またこれらのプロセスに影響を及ぼすためのアクチュエータとしてフィールド機器が使用される。これらのフィールド機器間、および、例えばこれらのフィールド機器と上位のマスタディスプレイとの間の通信は、フィールドバスを介して、また標準化された通信プロトコルを使用して（例えばHARTないしは４〜２０ｍＡの電流信号を介して）行われることが多い。この他には上記のフィールド機器が、例えば測定値を現場で表示させることの可能な専用の表示ユニットを有することもある。

上記のプロセスまたは使用条件に可能な限りに良好に適合させてフィールド機器を使用するため、多くの個数のパラメタ値を調整ないしはあらかじめ設定できることが多い。フィールド機器を作製する際または最初の始動の際にはこのために標準値を使用することが多い。ここではパラメタの重要度に応じてまたは応用の種類に応じて、いくつかのパラメタは変更できないかまたは安全キーによるイネーブルの後はじめて変更可能である。

殊にフィールド機器を安全性にクリティカルな領域に適用する際には、パラメタ値の正しい設定を保証しなければならない。それぞれの安全要求事項において、殊にプロセス自動化において重要なＳＩＬ規格（ＳＩＬ＝Safety Integrity Level）を満たすための規定も場合によっては関連している。

この関連において、例えば、刊行物DE 10 2004 055 971には装置のパラメタ設定方法が記載されている。ここではパラメタ値は、少なくとも１回、上記の装置を制御するためにパラメタ設定ユニットに逆に読み込まれる。

しかしながら問題は、伝送するデータを劣化させてしまう可能性がある、場合によっては安全でない制御パスまたは制御チャネルが、フィールド機器とパラメタ設定ユニットとの間の通信に使用されることにある。

DE 10 2004 055 971

本発明の課題は、フィールド機器のパラメタ設定方法（および対応するフィールド機器ないしは対応するパラメタ設定システム）を提供して、安全でない可能性のあるデータコネクションを介してパラメタ値を安全に伝送できるようにすることである。

上記の課題は、本発明の請求項１により、フィールド機器のパラメタ設定方法であって、このフィールド機器の少なくとも１つのパラメタ値が設定可能であり、かつ、フィールド機器は少なくとも１つのインタフェースを有する、方法において、少なくとも１つのパラメタ値に少なくとも依存する少なくとも１つの管理値を求め、この管理値に少なくとも依存するフィールド機器の少なくとも１つの出力信号を形成し、フィールド機器の上記のインタフェースを介し、上記の少なくとも１つの出力信号を電流信号として出力する、ことを特徴とする方法によって解決される。

フィールド機器のパラメタ設定システムの実質的かつ機能的な作用関係を説明する概略図である。 電流信号として出力信号を形成することを説明する概略グラフである。 パラメタ設定方法を実行するための例示的なフローチャートである。

上で導出しかつ示した課題を解決する本発明の方法は、第１にまた実質的につぎのステップによって特徴付けられる。すなわち、フィールド機器の少なくとも１つのパラメタ値に依存する少なくとも１つの管理値を求める。この管理値は、チェック値、チェックサムまたは"checksum"と理解することもでき、場合によって相応に求めることができる。上記の管理値は、例えば、あらかじめ設定可能な式によって計算することによって求めることができ、すなわち、上記の１つのパラメタ値または場合によって複数のパラメタ値を、それらの数値と共にあらかじめ設定した式に代入することによって、または（択一的には）上記のパラメタ値を介し、あらかじめ設定可能かつ殊に適切に上記のフィールド機器に格納された値のテーブルから上記の管理値を取り出すことによって求めることができるのである。複数のパラメタ値を使用する場合、このテーブルは有利には多次元のテーブルである。付加的な実施形態では、式による上記の計算と、テーブルからの格納データの使用とが互いに組み合わされる。上記の管理値の算出は、例えば上記のフィールド機器においてかつこのフィールド機器によって行われる。

上記の方法のつぎのステップでは、上記のフィールド機器の少なくとも１つの出力信号を形成する。この少なくとも１つの出力信号は、少なくとも上記の求めた管理値に依存している。この少なくとも１つの形成した出力信号は、フィールド機器のインタフェースを介して電流信号として出力され、ここでこのインタフェースは、電流信号を出力するために相応に構成されている。上記のインタフェースは、例えば、電流ループへのアクセス部である。

本発明による方法では、上記のフィールド機器の少なくとも１つのパラメタ値または択一的に複数のパラメタ値は管理値に変換されるかないしは管理値にコード化される。この管理値は、（場合によっては別のデータまたは値などと関連して）フィールド機器の出力信号に変換されて電流信号として出力される。これにより、上記の電流信号、例えばその振幅またはその周波数などは上記の管理値を有しているため、この逆に上記の測定した電流信号からこの管理値を導出することができる。これにより、電流出力側を介して上記のパラメタ値を確実に外部に伝送する可能性が得られるのである。ここでは殊に有利であるのは、電流測定装置が、上記の信号を取り出すのに十分な機能を有することである。

上記のフィールド機器が測定装置である場合、１つの実施形態において、上記の少なくとも１つの管理値および／または少なくとも１つの出力信号が、測定値に依存して形成されるようにする。ここでこの出力信号は、１つの実施形態では実際に測定した値であり、択一的な１つの実施形態では、上記のパラメタ設定に先行して測定した値であり、さらに別の１つの実施形態では、シミュレーションした測定値である。ここでは殊に、この出力信号の受信側にも既知である測定値が使用されるか、ないしは、受信側に既知のルールにしたがって上記の測定値が選択される。

１つの実施形態では、少なくとも１つの管理値から出発して、有利には互いに異なる少なくとも２つの出力信号を形成する。これらの出力信号はそれぞれ、同じ管理値に依存するかまたは複数の管理値からなる同じグループに依存し得る。上記の出力信号を形成するため、受信側において上記の管理値を推定することができる、あらかじめ設定可能な変化パターンを使用する。上記の少なくとも２つの出力信号は、電流信号として出力される。この実施形態では、複数回の出力が行われることにより、上記の出力の信頼性および正しいデータを受信する信頼性が高められる。

上記の複数の出力信号を形成するための固有の変化パターンの特徴は、形成されるこれらの出力信号が、あらかじめ設定可能な最小値Ｉ_MINと、あらかじめ設定可能な最大値Ｉ_MAXとの間においてあらかじめ設定なステップ幅ΔＩで配置されることである。最小値Ｉ_MINおよび最大値Ｉ_MAXによって信号領域も構成され、ここでこの信号領域は、１つの変化形態において、上記のフィールド機器の通常動作中に出力される信号が配置される信号領域に対応する。考えられるのは、例えば、４ｍＡと２０ｍＡとの間の電流ループによる信号伝送である。個々の出力信号は、これらの境界値の間にあり、またあらかじめ設定されるステップ幅ΔＩを、例えば上記の全体信号領域のそれぞれ１０％ステップを互いに有する。

１つの実施形態では、付加的または択一的に少なくとも１つの出力信号を形成して、この出力信号が、あらかじめ設定可能な信号領域外にあるようにする。このようなあらかじめ設定可能な信号領域は、例えば、上の実施形態で説明した領域であり、この領域は、１つの変形実施形態において４ｍＡと２０ｍＡとの間にある。この実施形態では、上記のパラメタ設定に対し、殊にフィールド機器の通常動作に使用可能な領域である信号領域の外の出力信号を形成して出力する。

殊に複数のパラメタ値を設定するため、上記のフィールド機器は、１つの実施形態において少なくとも１つのサービスインタフェースを有しており、例えば上記のパラメタ設定に対し、対応するパラメタユニットをこのサービスインタフェースに接続することができる。フィールド機器は択一的にサービスインタフェースとして、データの入力を可能にする表示ユニットを有する。

１つの実施形態は、出力信号を受信する側における上記の出力信号または上記の複数の出力信号の扱い方に関連している。ここでは上記の少なくとも１つの出力信号が受信され、少なくとも、この少なくとも１つの出力信号から１つの比較値が求められる。理想的なケースではこの比較値は、上記の管理値と等しいかまたはこれと既知の関係を有する。引き続いて上記の求めた比較値は少なくとも目標値と比較される。ここでこの目標値は、例えば、フィールド機器においてパラメタ値が有するべきである（目標）値から、また場合によっては別の値から、例えば測定装置として構成されたフィールド機器における測定値から得られる。さらにこの目標値は、上で述べた変形パターンに対する依存性も有することが可能である。この目標値は、例えば、上記の管理値に使用されるのと同じアルゴリズム、同じ式、または同じテーブルデータにしたがって求められる。目標値と比較値との比較から示されるのは、上記の１つまたは複数のパラメタ値が正しく設定されているか否かである。（場合によって許容範囲内で）一致した場合、例えばフィールド機器において確認することによって上記のパラメタ設定を終了するかまたはパラメタ値を確定することができる。偏差している際には、場合によって上記のパラメタ設定を繰り返すか、または別のデータコネクションを形成するか、または上記のパラメタ設定を中断し、上記のフィールド機器を安全な（デフォルト）状態に移行させる。

択一的または補足的には上記の比較値から直接、上記の１つまたは複数のパラメタ値を逆算するかないしは逆に推定する。

上で導出しかつ示した課題は、本発明の別の教示にしたがい、上記の複数の実施形態のうちの１つに記載された方法を実行するフィールド機器によって解決される。このフィールド機器は、例えば、アクチュエータまたは測定装置である。

フィールド機器およびパラメタ設定ユニットを有する冒頭に述べたシステムにおける上で導出しかつ示した課題は、本発明の付加的な教示によれば、このフィールド機器のパラメタ設定時に、上記の方法の上述した複数の実施形態のうちの少なくとも１つに記載された方法を実行することによって解決される。上記のパラメタ設定システムは、パラメタ設定の時間の間にパラメタ設定ユニットとフィールド機器とを接続することにより、場合によっては一時的にだけ形成される。このパラメタ設定ユニットは、例えば、マスタディスプレイ、（有利には携帯型の）コンピュータまたはフィールド機器用の移動式操作ユニットとしてのハンドヘルド装置である。上記の１つまたは複数の出力信号を取り出すため、例えば、上記のパラメタ設定ユニットそのものまたは電流測定装置が簡単な変形実施形態として使用される。

本発明による方法、本発明によるフィールド機器および本発明によるシステムを構成して発展させるため、個別には多くの選択肢がある。これについては、一方では請求項１に従属する請求項を、他方では図面に関連した実施例の以下の説明を参照されたい。

図１にはパラメタ設定システムの実施例が示されており、ここでは種々異なるエレメント間の作用関係を説明しようとするものである。図２のグラフは、この技術分野における出力信号の形成の仕方を説明しており、これは、４〜２０ｍＡ信号として測定値を伝送する際には一般的である。ここに書き込まれているのは、本発明によるパラメタ設定方法によって得られる固有の一連の出力信号である。最後の図３には本発明によるパラメタ設定方法の個別のステップの例示的なフローが示されている。

図１には、フィールド機器１が示されており、ここでのこのフィールド機器は、例として、レダー原理による充填レベル測定装置である。フィールド機器１は、例えば２線導体ないしは電流ループに接続するための電流出力部として使用されるインタフェース２を有している。図示の実施形態ではサービスインタフェース３も設けられており、このインタフェースを介してパラメタが設定されるかまたはプログラムルーチンが制御される。サービスインタフェース３は、ここでは電気導体との接続のために設けられている。択一的にはサービスインタフェース３は、フィールド機器の直接的な入力ユニット、例えばタッチ型ディスプレイである。

フィールド機器１は、上記のパラメタ設定のために２つの装置に接続されている。第１に、電流信号を出力するためのインタフェース２には電流測定装置４が接続されており、この電流測定装置は、電流信号の形態をしたフィールド機器１の出力信号を測定するのに使用される。第２に、（ここではハンドヘルド型コンピュータの形態の）パラメタ設定ユニット５が、サービスインタフェース３を介してフィールド機器１に接続されている。これにより、全体として、場合によっては一時的にだけ設けられかつオペレータ６によってフィールド機器１のパラメタが設定されシステムが得られるのである。

フィールド機器１のパラメタ値は、サービスインタフェース３を介して設定される。フィールド機器１において、多くのパラメタ値は、アクセスコードを入力した後ないしは専用のパラメタ（したがってこれらのパラメタは例えば、トグルスイッチの一種として機能する）を設定した後だけ変更可能になっている。殊に安全にクリティカルな応用に対してパラメタ値が正しく設定されていることを保証するため、図示の実施形態においてこれらのパラメタ値の逆の読み込みが行われる。

上記のパラメタ値の出力は、インタフェース２を介し、電流信号として出力信号を形成することによって行われる。１つの利点は殊に、フィールド機器１が例えば現場用の表示器を有する必要がないことである。本発明によるシステムでは単に、電流信号を取り出して測定すればよい。

上記のパラメタ値と、出力信号ないしは例えばその電流強度とを対応付けるため、少なくとも１つのパラメタ値から出発して、フィールド機器１において管理値を求める。これは、例えば、適切に格納した式を介して、ないしは格納したテーブルを介して、ないしは２つの変形形態の組み合わせを介して行われる。少なくとも１つのパラメタ値についての情報のキャリア、ないしは場合によって例えば上記の安全性についてのその重要性によって特徴付けられるすべてまたは少なくとも１つのパラメタ値のグループについての情報のキャリアである上記の管理値から、ここでもあらかじめ設定可能な対応付けを介して、１つの出力信号を形成して電流信号としてインタフェース２を介して出力する。

上記の受信した出力信号ないしはここで電流測定装置４によって測定した出力信号により、最適な伝送時には実質的に上記の管理値に相応する比較値を求めることができる。上記の管理値の形成は、既知の関係に基づいて行われるため、オペレータ６は、場合によってはパラメタ設定ユニット５と連係して、上記の管理値と同様に上記のパラメタ値を表す目標値を求めることができる。

上記の比較値と目標値とが（場合によってあらかじめ設定可能な許容範囲内で）互いに一致する場合、オペレータ６は、パラメタ設定ユニット５を介して上記のパラメタ値を確定し、または場合によってはフィールド機器１の完全な設定を確定する。このフィールド機器は、これに引き続いて上記のプロセスの測定に使用することができる。

図２には、プロセスオートメーションの４〜２０ｍＡ単位信号に基づいて上記の出力信号を形成する１つの仕方が示されている。

４〜２０ｍＡ信号または場合によっては０〜２０ｍＡ信号において、４ｍＡから２０ｍＡの電流強度（このグラフのＹ軸におけるＩ）の信号幅を測定値（このグラフのＸ軸におけるＭ）の伝送に使用する。ここでこれらの電流強度は、（４ｍＡに対応する）最小の測定値と、（２０ｍＡに対応する）最大の測定値との間にある。ここでは、例えば、この領域内で上記の電流強度と測定値との間の線形な関係を使用することができる。したがって１２ｍＡの電流は、最小であると考えられる測定値と、最大であると考えられる測定値との中央にある測定値が測定されたことを意味することになるのである。上記の帯域幅外にある電流信号が形成される場合、このことがシグナリングするのは多くの場合にエラーがあることであり、したがってエラー電流とも称される。

上記の管理値は、出力信号としての伝送用に相応にスケーリングされるため、管理値は、４〜２０ｍＡ信号として伝送することができる。この際には、例えば複数の出力信号が形成され、これらの出力信号により、最小電流Ｉ_MINとしての４ｍＡと、最大電流信号Ｉ_MAXとしての２０ｍＡとの間の帯域が走査される。ステップ幅は、例えば１０％ステップに設定される。したがって場合によっては上記の測定した複数の出力信号を補間することによって上記の管理値を推定することも可能である。さらに、例えばあらかじめ設定した変形パターンの偏差が生じた場合、場合によっては上記の伝送時のエラーを識別することができる。

１つの実施形態では、通常の領域外（すなわちここでは４ｍＡよりも小さいかまたは２０ｍＡよりも大きい）に形成される出力信号も形成される。

図３には、例えば図１に示したシステムまたは類似に構成されたパラメタ設定システムに実現されるパラメタ設定方法のステップのフローが示されている。しかしながら本発明の枠内では別のステップの順序または別の複数のステップも可能である。

ステップ１００では、パラメタ設定ユニットを介して上記のフィールド機器のパラメタ値を設定する。複数のパラメタ値を設定したい場合には場合によってはこのステップ１００を複数回繰り返す。ここでこのアクセスは、１つの入力に対してどのパラメタ値をイネーブルするかにも依存する。択一的な実施形態では、入力されるパラメタ値毎に、ステップ１００に続く複数のステップを処理する。

ステップ１０１では、実際に設定されたパラメタ値から出発して、または択一的にはフィールド機器に入力されたすべてのパラメタ値から出発して、上記のフィールド機器によって管理値を求める。ここでこれは、例えば、フィールド機器に格納されたテーブルから得られるデータと、対応付けられてかつ同様に適切に格納された式とを使用することによって行われる。

ステップ１０２では、オペレータの側においてまたは殊にパラメタ設定ユニットにおいて、上記の入力されたパラメタ値に対する目標値を求める。例えば上記の管理値および目標値を算出するために同じアルゴリズムを使用して、上記のパラメタ値が正常に通知されて到着した場合、この理想的なケースにおいて目標値と管理値とが一致する。これらの目標値は、例えばハンドブックに登録されている。

上記の管理値および目標値は、上記のフィールド機器（図１の実施形態の場合のように）が測定装置である場合には、例えば、付加的に測定値に依存する。

上記の管理値と、例えばスケーリング値に一意に表されるパラメタ値との間の基本的な関係は、例えば、以下の依存関係
管理値＝（測定値＊スケーリングファクタ）＊線形化−ゼロ点許容範囲
を介して得られる。

ここで、上記の線形化は、上記の信号に対する所属の領域を考慮し、上記のゼロ点許容範囲は、それぞれ使用されるスカラの変動である。

ステップ１０３においてフィールド機器は、上記の管理値に依存して出力信号を形成し、対応するインタフェースを介し、これを電流信号として出力する。ステップ１０４では、フィールド機器の使用されたインタフェースに適した電流測定を行う。伝送の安全性を高めるため、上記の出力信号を変化シーケンスに対応して複数回出力し（ステップ１０３）、それぞれ適切に電流値を測定する（１０４）。

つぎにステップ１０５において、上記の複数の出力信号の個別の電流値ないしは１つの出力信号の１つの電流値から比較値を求め、この比較値をステップ１０６において上記の目標値と比較する。２つの値が一致する場合、フィールド機器には正しいパラメタ値が設定されており、このプロセスをステップ１０７において終了させることができる。それぞれ上記のパラメタ値のサブセットしか読み出されない場合、一致した際にはステップ１０１にジャンプして戻り、これによって別のパラメタ値に対しても上記の管理値を求めて上記の後続のステップを実行することができる。これは、あらかじめ設定したすべてのパラメタ値がチェックされるまで相応に繰り返される。

上記の値が、あらかじめ設定可能な許容範囲を逸脱して異なる場合、ステップ１０８においてエラーの探索を行う。

１ フィールド機器、 ２ インタフェース、 ３ サービスインタフェース、 ４ 電流測定装置、 ５ パラメタ設定ユニット、 ６ オペレータ

Claims (10)

1. フィールド機器（１）のパラメタ設定方法であって、
   前記フィールド機器（１）の少なくとも１つのパラメタ値が設定可能であり、かつ、前記フィールド機器（１）は少なくとも１つのインタフェース（２）を有する、方法において、
   少なくとも１つのパラメタ値に少なくとも依存する少なくとも１つの管理値を求め、
   当該管理値に少なくとも依存する前記フィールド機器（１）の少なくとも１つの出力信号を形成し、
   前記フィールド機器（１）の前記インタフェース（２）を介し、前記少なくとも１つの出力信号を電流信号として出力する、
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   少なくとも前記管理値に依存し、かつ、あらかじめ設定可能な変化パターンに依存して少なくとも２つの出力信号を形成し、
   少なくとも、前記少なくとも２つの出力信号を電流信号として出力する、
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法において、
   前記出力信号が、あらかじめ設定可能な最小値（Ｉ_MIN）と、あらかじめ設定可能な最大値（Ｉ_MAX）との間に、あらかじめ設定可能なステップ幅（ΔＩ）で配置されるように複数の出力信号を形成する、
   ことを特徴とする方法。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法において、
   少なくとも１つの出力信号を、当該出力信号があらかじめ設定可能な信号領域外になるように形成する、
   ことを特徴とする方法。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法において、
   前記フィールド機器（１）の複数のパラメタ値が設定可能であり、
   サービスインタフェース（３）を介して前記フィールド機器（１）の少なくとも１つのパラメタ値を設定する、
   ことを特徴とする方法。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法において、
   前記フィールド機器（１）を測定装置として構成し、
   前記少なくとも１つの管理値および／または少なくとも１つの出力信号を測定値に依存して形成する、
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法において、
   前記管理値をあらかじめ設定可能な式によって計算することにより、または、前記管理値をあらかじめ設定可能な値テーブルから取り出すことにより、前記管理値を求める、
   ことを特徴とする方法。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法において、
   少なくとも１つの出力信号を受信し、
   少なくとも、当該少なくとも１つの出力信号から比較値を求め、少なくとも、当該求めた比較値を目標値と比較する、
   ことを特徴とする方法。
9. 請求項１から７までのいずれか１項に記載のパラメタ設定方法を実行するためのフィールド機器（１）。
10. パラメタ設定ユニット（５）を有する、フィールド機器（１）のパラメタ設定システムにおいて、
    前記フィールド機器（１）のパラメタ設定時に請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法を適用する、
    ことを特徴とするパラメタ設定システム。

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