WO2005114342A2 - Variables feldgerät für die automatisierungstechnik - Google Patents

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    • G05B2219/25428—Field device

Definitions

  • the invention relates to a variable field device for automation technology according to the preamble of claim 1.
  • field devices are used in many cases, which are used to record and / or influence process variables.
  • Examples of such field devices are fill level measuring devices, mass flow measuring devices, pressure and temperature measuring devices etc., which as sensors detect the corresponding process variables fill level, flow, pressure or temperature.
  • Actuators are used to influence process variables, which, for. B. as valves control the flow of a liquid in a pipe section or as pumps the level in a container.
  • field devices in modern manufacturing plants are connected to higher-level units (e.g. control systems or control units) via fieldbus systems (HART, Profibus, Foundation Fieldbus, etc.). These higher-level units serve, among other things, for process control, process visualization, process monitoring and for commissioning the field devices.
  • Units that are directly connected to a fieldbus and are used for communication with the higher-level units are also referred to as field devices.
  • fieldbus systems are integrated in company networks. This means that process or field device data can be accessed from different areas of a company.
  • the company networks can also use public networks, e.g. B. be connected to the Internet.
  • Modern field devices have a standardized field device interface for communication with an open fieldbus system and a proprietary interface for manufacturer-specific communication with a service / operating unit.
  • the service / operating units are often portable small computers (laptops, palms etc.), as are generally known from the consumer electronics sector (office and home computers).
  • the object of the invention is therefore to create a variable field device for automation technology that is suitable for standard interfaces (also future ones) simply and inexpensively.
  • the essential idea of the invention is to provide a further parallel communication interface in a field device which has a microprocessor for executing a control program and a serial interface for communicating with a fieldbus and which is designed as a standard slot for different interface modules.
  • the communication interface has a 64-PIN plug connection.
  • the parallel communication interface is advantageously connected to the microprocessor CPU via a 16-bit address bus AB and a 24-bit data bus DB.
  • the standard slot is designed for such modules.
  • the standard slot can e.g. B. be a PCMCIA card slot.
  • the interface module is advantageously a Bluetooth card which makes a field device radio-compatible.
  • an Ethemet card or ISDN card is provided as the interface module.
  • FIG. 2 block diagram of a field device.
  • FIG. 1 A network of automation technology is shown in more detail in FIG. 1.
  • Several computer units are connected to smaller workstations WS1, WS2 on a data bus D1. These computer units serve as superordinate units (control system or control unit), among other things for process visualization, process monitoring and engineering such as for operating and monitoring field devices.
  • the data bus Dl works e.g. B. according to the Profibus DP standard or the HSE (High Speed Ethernet) standard of the Foundation Fieldbus.
  • the data bus D1 is connected to a fieldbus segment SM1 via a gateway Gl, which is also referred to as a linking device or also as a segment coupler.
  • the fieldbus segment SM1 consists of several field devices FI, F2, F3, F4, which are connected to one another via a fieldbus FB.
  • the field devices FI, F2, F3, F4 can be sensors or actuators.
  • the fieldbus FB works according to one of the well-known Profibus, Foundation Fieldbus or HART fieldbus standards.
  • FIG. 2 is a block diagram of a field device according to the invention z. B. FI shown in more detail.
  • a processing unit CPU is connected to a sensor MA for measuring value processing via an analog-digital converter A / D and an amplifier V, which sensor detects a process variable (e.g. pressure, flow or level).
  • the CPU is connected to several memories.
  • a RAM memory serves as a temporary working memory, a non-volatile EPROM memory EPROM or flash memory FLASH as a memory for the control program to be executed in the CPU, and an EEPROM memory as a memory for calibration and start parameter values, in particular for the set-up Program of the CPU.
  • control program defines the application-related functionality of the field device (measured value calculation, envelope curve evaluation, linearization of the measured values, diagnostic tasks).
  • the computing unit CPU is connected to a display operating unit A / B (e.g. LCD display with 3-5 pushbuttons).
  • a display operating unit A / B e.g. LCD display with 3-5 pushbuttons.
  • the computing unit CPU is connected to a fieldbus interface FBS via a communication controller COM.
  • a power supply unit NT supplies the necessary energy for the individual electronic components of the field device FI.
  • the supply lines to the individual components are not shown for the sake of clarity.
  • the computing unit CPU is connected to a parallel communication interface KS via a 16-bit address bus AB and a 24-bit data bus DB and a plurality of control lines SL.
  • the parallel interface KS has 68 connection PINs for a plug connection.
  • the standard slot is advantageously designed for modules from the PC user area.
  • the field device FI can thus be easily adapted to new communication standards.
  • Cards that are common today are PCMICA cards. That is why the standard slot is designed as a PCMICA card slot.
  • PCMICA stands for Personal Computer Memory Card International Association of an association of well-known manufacturers such as B. Intel, Apple, IBM or Microsoft, who have created a corresponding standard (see www .pcmcia. Org).
  • PCMICA cards are characterized by a very low power consumption.
  • a Bluetooth card is provided as an interface module.
  • the field device can be connected to a fast network (5KB / s or> lMB / s) via an Ethernet or ISDN card as an interface module.
  • the field device FI is suitable for different interface standards simply and inexpensively. Since components from the consumer electronics sector such. B. PCMICA cards can be used, no expensive redesigns are necessary to adapt field devices to new communication standards. With the appropriate interface module, the field device FI can be equipped with the latest devices from the consumer electronics sector such as B. laptops, palms, etc., are connected. Complicated adjustments to the field device can be omitted.
  • the field device FI can also be supplied with voltage via the communication interface KS or via a separate voltage supply unit.
  • a PCMICA Profibus card can also be used to connect the FI field device to another fieldbus system.
  • Such a PCMICA fieldbus card can of course also be used to connect the field device FI to the existing fieldbus system FB.
  • the fieldbus interface FBS and the communication controller COM in the field device FI can be omitted.
  • the PCMICA controller required for a PCMICA card compartment can be integrated in hardware as a chip in the parallel communication interface KS or can be implemented in software as a program module.
  • a service technician no longer needs a plurality of small computers which are adapted to the interfaces of individual devices to operate field devices, but rather can operate all field devices with one device.

Abstract

Bei einem variablen Feldgerät für die Automatisierungstechnik, das einen Mikroprozessor, zur Ausführung eines Steuerprogramms und eine serielle Feldbusschnittstelle zur Kom­munikation mit einem Feldbus aufweist, ist als weitere Schnittstelle eine parallele Kommunikationsschnittstelle KS vorgesehen, die als Standard-Einschubfach für unterschiedliche Schnittstellenmodule ausgebildet ist.

Description

Beschreibung Variables Feldgerät für die Automatisierungstechnik
[001] Die Erfindung betrifft ein variables Feldgerät für die Automatisierungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[002] In der Automatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Massedurchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte etc., die als Sensoren die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck bzw. Temperatur erfassen.
[003] Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, die z. B. als Ventile den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt oder als Pumpen den Füllstand in einem Behälter steuern.
[004] Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Fa. Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
[005] In der Regel sind Feldgeräte in modernen Fabrikationsanlagen über Feldbussysteme (HART, Profibus, Foundation Fieldbus, etc.), mit übergeordneten Einheiten (z. B. Leitsysteme oder Steuereinheiten) verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Als Feldgeräte werden auch solche Einheiten bezeichnet, die direkt an einen Feldbus angeschlossen sind und zur Kommunikation mit den übergeordneten Einheiten dienen (z. B. Remote I/O, Gateways, Linking Devices).
[006] Meist sind Feldbussysteme in Unternehmensnetzwerke integriert. Damit kann aus unterschiedlichen Bereichen eines Unternehmens auf Prozess- bzw. Feldgerätedaten zugegriffen werden.
[007] Zur weltweiten Kommunikation können die Firmennetzwerke auch mit öffentlichen Netzwerken, z. B. dem Internet verbunden sein.
[008] Moderne Feldgeräte weisen eine standardisierte Feldgeräteschnittstelle zur Kommunikation mit einem offenen Feldbussystem und eine proprietäre Schnittstelle zur herstellerspezifischen Kommunikation mit einer Service/Bedieneinheit auf. Häufig handelt es sich bei den Service/Bedieneinheiten um tragbare Kleinrechner (Laptops, Palms etc.), wie sie aus dem Consumer-Electronic-Bereich (Büro- und Heim- Computer) allgemein bekannt sind.
[009] Die Entwicklung in diesem dieser Elektronik-Bereich, insbesondere auf dem Gebiet der Schnittstellen ist rasant. Fortlaufend entstehen neue Schnittstellen-Standards, zu erwähnen sind hier z. B. USB, Bluetooth, Ethernet, WLAN, Infrarot etc.. Um die Feldgeräte mit den neuesten auf dem Mark erhältlichen Kleinrechner (Laptops, Palms, etc.) verbinden zu können, müssen die Feldgeräte die entsprechenden Schnittstellen ebenfalls aufweisen. Dies würde bedeuten, dass Feldgeräte kontinuierlich umkonstruiert werden müssten, um sie den neuen Schnittstellen anzupassen.
[010]
[011] Derartige Neuentwicklungen wären relativ aufwendig und teuer. Noch aufwendiger wäre es, wenn bei den bereits im Einsatz befindlichen Feldgeräten die alten Schnittstellen gegen neue Schnittstellen ausgetauscht werden müssten.
[012] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein variables Feldgerät für die Automatisierungstechnik zu schaffen, das einfach und kostengünstig für Standard-Schnittstellen (auch zukünftige) geeignet ist.
[013] Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
[014] Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
[015] Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, bei einem Feldgerät, das einen Mikroprozessor zur Ausführung eines Steuerprogramms und eine serielle Schnittstelle zur Kommunikation mit einem Feldbus aufweist, eine weitere parallele Kommunikationsschnittstelle vorzusehen, die als Standard-Einschubfach für unterschiedliche Schnittstellenmodule ausgebildet ist.
[016] In einer Weiterentwicklung der Erfindung weist die Kommunikationsschnittstelle einen 64-PIN-Steckeranschluss auf.
[017] In vorteilhafter Weise ist die parallele Kommunikationsschnittstelle über einen 16-Bit- Adressbus AB und einem 24-Bit-Datenbus DB mit dem Mikroprozessor CPU verbunden. Um gängige Module aus dem PC- Anwenderbereich einsetzen zu können, ist das Standard-Einschubfach für derartige Module ausgebildet.
[018] Das Standard-Einschubfach kann z. B. ein PCMCIA-Kartenfach sein.
[019] ' In vorteilhafter Weise ist das Schnittstellenmodul eine Bluetooth-Karte, die ein Feldgerät funktauglich macht.
[020] Um das Feldgerät mit einem schnellen Netzwerk zu verbinden, ist als Schnittstellenmodul eine Ethemet-Karte oder ISDN-Karte vorgesehen.
[021] Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
[022] Es zeigen:
[023] Fig. 1 Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik mit
[024] mehreren Feldgeräten in schematischer Darstellung;
[025] Fig. 2 Blockschaltbild eines Feldgerätes.
[026] In Fig. 1 ist ein Netzwerk der Automatisierungstechnik näher dargestellt. An einem Datenbus Dl sind mehrere Rechnereinheiten in kleinere Workstations WSl, WS2, angeschlossen. Diese Rechnereinheiten dienen als übergeordnete Einheiten (Leitsystem bzw. Steuereinheit), unter anderem zur Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung und zum Engeenering wie zum Bedienen und Überwachen von Feldgeräten. Der Datenbus Dl arbeitet z. B. nach dem Profibus DP-Standard oder nach dem HSE (High Speed Ethernet)-Standard der Foundation Fieldbus. Über ein Gateway Gl, das auch als Linking Device oder auch als Segment- Koppler bezeichnet wird, ist der Datenbus Dl mit einem Feldbus-Segment SM1 verbunden. Das Feldbus-Segment SM1 besteht aus mehreren Feldgeräten FI, F2, F3, F4, die über einen Feldbus FB miteinander verbunden sind. Bei den Feldgeräten FI, F2, F3, F4 kann es sich sowohl um Sensoren oder um Aktoren handeln. Der Feldbus FB arbeitet entsprechend nach einem der bekannten Feldbusstandards Profibus, Foundation Fieldbus oder HART.
[027] In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Feldgerätes z. B. FI näher dargestellt. Eine Recheneinheit CPU ist zur Messwertverarbeitung über einen Analog-Digital-Wandler A/D und einen Verstärker V mit einem Messaufnehmer MA verbunden, der eine Prozessvariable (z. B. Druck, Durchfluss oder Füllstand) erfasst. Die Recheneinheit CPU ist mit mehreren Speichern verbunden. Ein RAM-Speicher dient als temporärer Arbeitspeicher, ein nichtflüchtiger EPROM-Speicher EPROM oder Flash-Speicher FLASH als Speicher für das in der Recheneinheit CPU auszuführende Steuerprogramm und ein EEPROM-Speicher als Speicher für Kalibrier- und Start-Parameterwerte insbesondere für das Set-Up Programm der Recheneinheit CPU.
[028] . Das Steuerprogramm definiert die anwendungsbezogene Funktionalität des Feldgerätes (Messwertberechnung, Hüllkurvenauswertung, Linearisierung der Messwerte, Diagnoseaufgaben).
[029] Weiterhin ist die Recheneinheit CPU mit einer Anzeigebedieneinheit A/B (z.B. LCD-Anzeige mit 3-5 Drucktasten) verbunden.
[030] Zur Kommunikation mit dem Feldbus-Segment SM1 ist die Recheneinheit CPU über einen Kommunikationscontroller COM mit einer Feldbusschnittstelle FBS verbunden. Ein Netzteil NT liefert die notwendige Energie für die einzelnen Elektronikkomponenten des Feldgerätes FI. Die Versorgungsleitungen zu den einzelnen Komponenten sind der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.
[031] Erfindungsgemäß ist die Recheneinheit CPU über einen 16-Bit- Adressbus AB und einem 24-Bit-Datenbus DB sowie mehreren Steuerleitung SL mit einer parallelen Kommunikationsschnittstelle KS verbunden. Die parallele Schnittstelle KS weist 68 Anschluss-PINs für einen Steckeranschluss auf.
[032] In vorteilhafter Weise ist das Standard-Einschubfach für Module aus dem PC- Anwender-Bereich ausgebildet. So kann das Feldgerät FI in einfacher Weise an neue Kommunikationsstandards angepasst werden. Heute gängige Karten sind PCMICA- Karten. Deshalb ist das Standard-Einschubfach als PCMICA-Kartenfach ausgebildet. Die Abkürzung PCMICA steht für Personal Computer Memory Card International As- sociation einer Vereinigung von namhaften Herstellern wie z. B. Intel, Apple, IBM oder Microsoft, die einen entsprechenden Standard geschaffen haben (siehe www .pcmcia. org) .
[033] PCMICA-Karten zeichnen sich durch einen sehr geringen Stromverbrauch aus. Um ein Feldgerät einfach funktauglich zu machen, ist als Schnittstellenmodul eine Bluetooth-Karte vorgesehen. Über eine Ethernet- oder ISDN-Karte als Schnittstellenmodul kann das Feldgerät mit einem schnellen Netzwerk (5KB/s oder >lMB/s) verbunden werden.
[034] Mit der erfindungsgemäßen Kommunikationsschnittstelle ist das Feldgerät FI einfach und kostengünstig für unterschiedliche Schnittstellenstandards geeignet. Da Komponenten aus dem Consumer-Electronics-Bereich z. B. PCMICA-Karten eingesetzt werden können, sind keine kostspieligen Umkonstruktionen notwendig, um Feldgeräte auf neue Kommunikationsstandards anzupassen. Mit dem entsprechenden Schnittstellenmodul kann das Feldgerät FI mit den neuesten Geräten aus dem Consumer-Electronics-Bereich wie z. B. Laptops, Palms etc., verbunden werden. Aufwendige Anpassungen am Feldgerät können entfallen.
[035] In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann die Spannungsversorgung des Feldgerätes FI auch über die Kommunikationsschnittstelle KS oder über eine separate Spannungs Versorgungseinheit erfolgen.
[036] Als Schnittstellenmodul kann z. B. auch eine PCMICA-Profibus-Karte dienen, um das Feldgerät FI mit einem weiteren Feldbussystem zu verbinden.
[037] Eine solche PCMICA-Feldbus-Karte kann natürlich auch dazu dienen, das Feldgerät FI auch mit dem vorhandenen Feldbussystem FB zu verbinden. In diesem Fall kann die Feldbusschnittstelle FBS und der Kommunikationscontroller COM im Feldgerät FI entfallen.
[038] Der für ein PCMICA-Kartenfach notwendige PCMICA-Controller kann hardwaremäßig als Chip in die parallele Kommunikationsschnittstelle KS integriert sein oder softwaremäßig als Programmmodul realisiert sein.
[039] Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich Feldgeräte der Automatisierungstechnik mit heutigen auf dem Mark erhältlichen und auch zukünftigen Kleinrechnern aus dem Consumer-Electronics-Bereich zu bedienen. Unter Bedienen ist die Nutzung der dem Anwender zur Verfügung stehenden Funktionalitäten eines Feldgerätes (z.B. Parameterwerte auslesen, Parameterwerte schreiben, Diagnoseinformationen auslesen) gemeint.
[040] Ein Service-Techniker braucht zum Bedienen von Feldgeräten nicht mehr mehrer Kleinrechner, die auf die Schnittstellen einzelner Geräte angepasst sind, sondern er kann mit einem Gerät alle Feldgeräte bedienen.

Claims

Ansprüche
[001] Variables Feldgerät für die Automatisierungstechnik, das einen Mikroprozessor, zur Ausführung eines Steuerprogramms und eine serielle Feldbusschnittstelle zur Kommunikation mit einem Feldbus aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Schnittstelle eine parallele Kommunikationsschnittstelle KS vorgesehen ist, die als Standard-Einschubfach für unterschiedliche Schnittstellenmodule ausgebildet ist.
[002] Feldgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die parallele Kommunikationsschnittstelle KS einen 64 Bit Steckeranschluss aufweist.
[003] Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die parallele Kommunikationsschnittstelle KS einen 16 Bit Adressbus und einen 24 Bit Datenbus DB aufweist.
[004] Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Standard-Einschubfach für Module aus dem PC- Anwender-Bereich ausgebildet ist.
[005] Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Standard-Einschubfach ein PCMCIA Kartenfach ist.
[006] Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schnittstellenmodul eine Bluetooth-Karte vorgesehen ist, die das Feldgerät FI funkfähig macht.
[007] Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Datenkommunikation mit einem schnellen Netzwerk als Schnittstellenmodul eine Ethernet-/1SDN-Karte vorgesehen ist.
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