WO2007125019A1 - Verfahren zur anzeige der qualität einer digitalen kommunikationsverbindung für feldgeräte der automatisierungstechnik - Google Patents

Verfahren zur anzeige der qualität einer digitalen kommunikationsverbindung für feldgeräte der automatisierungstechnik Download PDF

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Frank Van Bekkum
Chris Abbot
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    • H04L43/00—Arrangements for monitoring or testing data switching networks
    • H04L43/08—Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters

Definitions

  • the invention relates to a method for displaying the quality of a digital
  • the quality is represented by means of a flashing signal (LED display) provided with different colors on the field device.
  • a green flashing sign only indicates to the user that the communication connection is working.
  • such a signaling offers the user no possibility to locate the cause of the fault more closely in the event of a faulty communication connection.
  • signaling with two flashes are each known for the transmission and reception of data.
  • signaling is only suitable for a technician. The normal user usually can not do much with such signaling.
  • bus monitors which are designed as a completely separate unit and must be operated by a technician.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for displaying the quality of a digital communication connection for field devices of automation technology, which does not have the disadvantages mentioned above, which offers in particular an easy-to-understand representation of the quality of the communication link and cost-effective and easy to carry out is.
  • the essential idea of the invention is to listen in a serving as a monitor unit field device to listen to the transmitted via the communication link telegrams and undergo a test for at least two criteria.
  • the graphical representation of the result of the test is based on a bar graph, which is displayed in an integrated display in the monitor unit.
  • the height of each bar of the chart is a measure of the Number of fulfilled criteria of the telegram assigned to the respective bar.
  • the criteria are checked sequentially, wherein the examination of a further criterion depends on the fulfillment of the preceding criterion. If a criterion is not met, it no longer requires further testing of the following criteria.
  • the bar chart is updated regularly. The individual bars are shifted step by step over the display. Bars that correspond to telegrams received a long time ago are pushed out of the display window. When working as a slave field device updating after a fixed time clock, z.Bsp. every second. If the monitor unit is a field device with a master function, then the update is carried out in accordance with the query / response telegram sequence.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a field device of automation technology which is described as
  • FIG. 2 is a schematic representation of a bar graph with bars of different beam height
  • FIG. 3 snapshot of a bar chart on a field device
  • FIG. 4a shows a bar chart of a communication connection with several connected field devices
  • Fig. 4b bar chart for a communication connection with only one connected field device
  • Fig. 4c bar chart for a communication connection with bad
  • Fig. 4d shows a bar chart for a good quality communication link with the monitor unit not participating in the communication
  • Fig. 5 is a diagram for a monitor unit with master functionality.
  • a field device of automation technology is shown as
  • the field device 10 has an interface S to a fieldbus F. Data is exchanged with the fieldbus F via an RS-485 connection unit 1 which is connected to a UART input 2 of a communication controller ⁇ C1.
  • the microcontroller ⁇ Cl is only responsible for the communication of the field device with the fieldbus F.
  • the microcontroller ⁇ C1 also has an encoding / decoding unit 3, which communicates with two processors, a request 4a and a response processor 4b.
  • Microcontroller ⁇ C defines the z. B. with a sensor (not shown) may be connected.
  • the microcontroller .mu.C additionally has a generator unit 5, which serves to generate a bar graph which can be displayed in a display unit 6.
  • a generator unit 5 which serves to generate a bar graph which can be displayed in a display unit 6.
  • the display unit 6 also more information such. B. Measured values are displayed.
  • the components 3 and 4a, 4b are hardware-integrated on a protocol chip P.
  • a software implementation of these functions is also possible.
  • the communication controller ⁇ Cl still a test unit PU, which is connected to the individual components 1, 2, 3, 4a, 4b.
  • connection unit 1 the incoming physical signals are converted into a bit field.
  • the check for correct bits takes place.
  • the UART input 2 converts the bit field coming from the terminal unit 1 into a byte field.
  • the check for correct bytes takes place.
  • This byte sequence is forwarded to the coding / decoding unit 3, where the correct reception of a telegram consisting of several bytes is checked.
  • the request processor 4a processes the incoming telegram and determines whether the telegram for the field device 10 was determined.
  • the response processor 4b reports when a response message has been sent.
  • test unit PU All of this test information is collected in the test unit PU, which forwards the result to the generator unit 5.
  • the result of the test is converted into a bar graph and transmitted to the display unit 6.
  • the bar 1 with height 1 is output when the bits of a Telegram were received correctly.
  • the bar 2 with the height 2 is output, if in addition the bytes of a
  • the bar 3 with the height 3 is output when a telegram has been received correctly, but this was addressed for another field device connected to the field device.
  • the telegram 4 with the height 4 is output when the telegram has been received correctly and also for the monitor unit in question, here the field device 10, was determined, but no answer telegram has been sent.
  • the bar 5 with the height 5 is displayed, if in addition already
  • Fig. 3a is shown as an example of a communication link with a good quality, with other field devices via the communication link
  • Fig. 4 a shows a "good" bar chart where several field devices are connected to the fieldbus
  • Fig. 4b shows a bar chart where only the monitor unit and a control system are connected to the communication link in the
  • Chart can have different causes.
  • Fig. 4c shows a poor quality communication link, as some
  • Fig. 4d shows a communication link with good quality, wherein the
  • Monitor unit 10 does not actively participate in the communication.
  • the example diagrams described so far are each after each
  • a bar graph is shown, which is displayed on a monitor unit, which exercises a master function with respect to the communication link.
  • the master sends a query telegram to a slave device and expects an answer telegram from it.
  • a query telegram results in two repetitions. These two repetitions are identified as retry bars 1 and 2.
  • the master interrupts the communication and sends after a pause a new query telegram. This query telegram is answered correctly by the relevant slave device with a response telegram. This response telegram receives the bar height 5.
  • the communication connection is monitored for data in the monitor unit 10.
  • the data in the monitor unit 10 are checked for at least two criteria.
  • the two criteria may, for. B., bits and bytes received correctly in a telegram.
  • the result is displayed in a bar graph on the field device, wherein the height of the bar graph is a measure of the number of satisfied criteria.
  • the inventive method is particularly suitable for
  • Tank applications such. B. the product called NIF 590 which the applicant manufactures and sells.
  • the invention also provides a field device which is suitable for carrying out the method according to the invention.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Anzeige der Qualität einer digitalen Kommunikationsverbindung für Feldgeräte der Automatisierungstechnik an einem als Monitoreinheit dienenden Feldgeräts werden die über die Kommunikationsverbindung übertragenen Telegramme in der Monitoreinheit abgehört und nach mindestens zwei Kriterien geprüft. Das Ergebnis der Prüfung wird anhand eines Balkendiagramms an der Monitoreinheit dargestellt, damit kann der Anwender die Qualität der Kommunikationsverbindung einfach und leicht erkennen.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Anzeige der Qualität einer digitalen
Kommunikationsverbindung für Feldgeräte der
Automatisierungstechnik
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anzeige der Qualität einer digitalen
Kommunikationsverbindung für Feldgeräte der Automatisierungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Zur Anzeige der Qualität von Kommunikationsverbindungen bei Feldgeräten sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Teilweise wird die Qualität mittels eines am Feldgerät vorgesehenen Blinkzeichens (LED-Anzeige) mit unterschiedlichen Farben dargestellt. Ein grün blinkendes Zeichen zeigt dem Anwender jedoch nur an, dass die Kommunikationsverbindung arbeitet. Eine solche Signalisierung bietet dem Anwender jedoch keine Möglichkeit, bei einer fehlerhaften Kommunikationsverbindung die Fehlerursache näher zu lokalisieren.
[0003] Weiterhin sind auch Signalisierungen mit zwei Blinkzeichen jeweils für das Senden und Empfangen von Daten bekannt. Solche Signalisierungen sind jedoch nur für einen Techniker geeignet. Der normale Anwender kann mit einer solchen Signalisierung in der Regel wenig anfangen.
[0004] Weiterhin sind relativ aufwendige Busmonitore bekannt, die als vollständig separate Einheit ausgebildet sind und die von einem Techniker bedient werden müssen.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Anzeige der Qualität einer digitalen Kommunikationsverbindung für Feldgeräte der Automatisierungstechnik anzugeben, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist, das insbesondere eine einfach verständliche Darstellung der Qualität der Kommunikationsverbindung bietet und das kostengünstig und einfach durchführbar ist.
[0006] Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensmerkmale.
[0007] Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, bei einem als Monitoreinheit dienenden Feldgerät, die über die Kommunikationsverbindung übertragenen Telegramme abzuhören und einer Prüfung nach mindestens zwei Kriterien zu unterziehen. Die grafische Darstellung des Ergebnisses der Prüfung erfo^t anhand eines Balkendiagramms, das in einer in der Monitoreinheit integrierten Anzeige dargestellt wird. Die Höhe der einzelnen Balken des Diagramms ist ein Maß für die Anzahl der erfüllten Kriterien des dem jeweiligen Balken zugeordneten Telegramms.
Allgemein gilt, je höher die Balken sind, desto besser ist die
Kommunikations Verbindung . [0008] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. [0009] Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung werden die Kriterien sequenziell geprüft, wobei die Prüfung eines weiteren Kriteriums von der Erfüllung des vorhergehenden Kriteriums abhängt. Falls ein Kriterium nicht erfüllt ist, bedarf es einer weiteren Prüfung der nachfolgenden Kriterien nicht mehr. [0010] Gemäß einer weiteren Weiterentwicklung wird das Balkendiagramm regelmäßig aktualisiert. Die einzelnen Balken werden dabei schrittweise über die Anzeige verschoben. Balken die Telegrammen entsprechen, die vor längerer Zeit empfangen wurden, werden aus dem Anzeigefenster heraus geschoben. [0011] Bei einem als Slave arbeitenden Feldgerät erfolgt die Aktualisierung nach einem festen Zeitakt, z.Bsp. jede Sekunde. [0012] Handelt es sich bei der Monitoreinheit um ein Feldgerät mit Masterfunktion, so erfo^t die Aktualisierung entsprechend der Abfrage/ Antworten-Telegrammsequenz.
Jeder masterseitigen Abfrage sollte dabei jeweils ein slaveseitiges Antworttelegramm fo^en. [0013] Nachfo^end ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. [0014] Es zeigen: [0015] Fig. 1 Blockschaltbild eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik, das als
Monitoreinheit dient; [0016] Fig. 2 schematische Darstellung eines Balkendiagramms mit Balken unterschiedlicher Balkenhöhe;
[0017] Fig. 3 Momentaufnahme eines Balkendiagramms an einem Feldgerät; [0018] Fig. 4a Balkendiagramm einer Kommunikations Verbindung mit mehreren angeschlossenen Feldgeräten; [0019] Fig. 4b Balkendiagramm für eine Kommunikationsverbindung mit nur einem angeschlossenen Feldgerät; [0020] Fig. 4c Balkendiagramm für eine Kommunikations Verbindung mit schlechter
Qualität; [0021] Fig. 4d Balkendiagramm für eine Kommunikations Verbindung mit guter Qualität wobei die Monitoreinheit an der Kommunikation nicht teilnimmt; [0022] Fig. 5 eine Diagramm für eine Monitoreinheit mit Masterfunktionalität.
[0023] In Fig. 1 ist ein Feldgerät der Automatisierungstechnik dargestellt, das als
Monitoreinheit dient. Das Feldgerät 10 weist eine Schnittstelle S zu einem Feldbus F auf. Daten werden mit dem Feldbus F über eine RS-485 Anschlusseinheit 1 ausgetauscht, die mit einem UART - Eingang 2 eines Kommunikations-Controllers μCl verbunden ist. Der Mikrocontroller μCl ist nur für die Kommunikation des Feldgerätes mit dem Feldbus F zuständig. Neben dem UART-Anschluss weist der Mikrocontroller μCl noch eine Kodier-/Dekodiereinheit 3 auf, die mit zwei Prozessoren einem Anfrage- 4a und einem Antwort-Prozessor 4b kommuniziert.
[0024] Die weitere Funktionalität des Feldgerätes 10 wird durch den Haupt-
Mikrocontroller μC definiert, der z. B. mit einem Sensor (nicht dargestellt) verbunden sein kann. Der Mikrocontroller μC weist zusätzlich eine Generator- Einheit5, die zur Erzeugung eines Balkendiagramms dient, das in einer Anzeigeeinheit 6 darstellbar ist. In der Anzeigeeinheit 6 können auch weitere Informationen wie z. B. Mess werte dargestellt werden.
[0025] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Bauteile 3 und 4a, 4b hardwaremäßig auf einem Protokoll-Chip P integriert. Neben der hardwaremäßigen Realisierung ist auch eine softwaretechnische Realisierung dieser Funktionen möglich.
[0026] Zur Auswertung von Prüfungsergebnissen weist der Kommunikations-Controller μCl noch eine Prüfeinheit PU auf, die mit den einzelnen Komponenten 1, 2, 3, 4a, 4b verbunden ist.
[0027] In der Anschlusseinheit 1 werden die ankommenden physikalischen Signale in eine Bit-Fo^e gewandelt. Hier findet die Prüfung auf korrekte Bits statt. Der UART- Eingang 2 wandelt die von der Anschlusseinheit 1 kommende Bit-Fo^e in eine Byte- Fo^e um. Hier findet die Prüfung auf korrekte Bytes statt. Diese Byte-Folge wird an die Kodier/Dekodiereinheit 3 weitergeleitet, wo der korrekte Empfang eines Telegramms, das aus mehreren Bytes besteht, geprüft wird.
[0028] Der Anfrage-Prozessor 4a bearbeitet das eingehende Telegramm und ermittelt, ob das Telegramm für das Feldgerät 10 bestimmt war. Der Antwort-Prozessor 4b meldet, wenn ein Antworttelegramm gesendet wurde.
[0029] Alle diese Prüf-Informationen werden in die Prüfeinheit PU gesammelt, die das Ergebnis an die Generatoreinheit5 weiterleitet. Das Ergebnis der Prüfung wird in ein Balkendiagramm umgewandelt und an die Anzeigeeinheit 6 übermittelt.
[0030] In Fig. 2 ist ein Balkendiagramm mit unterschiedlichen Balkenhöhen näher dargestellt. Der Balken 1 mit der Höhe 1 wird ausgegeben, wenn die Bits eines Telegramms korrekt empfangen wurden. [0031] Der Balken 2 mit der Höhe 2 wird ausgegeben, wenn zusätzlich die Bytes eines
Telegramms korrekt empfangen wurden. [0032] Der Balken 3 mit der Höhe 3 wird ausgegeben, wenn ein Telegramm korrekt empfangen wurde, dieses aber für ein anderes mit dem Feldbus verbundenen Feldgerät adressiert war. [0033] Das Telegramm 4 mit der Höhe 4 wird ausgegeben, wenn das Telegramm korrekt erhalten wurde und auch für die betreffende Monitoreinheit, hier das Feldgerät 10, bestimmt war, aber noch kein Antworttelegramm gesendet wurde. [0034] Der Balken 5 mit der Höhe 5 wird angezeigt, wenn zusätzlich bereits ein
Antworttelegramm gesendet wurde. [0035] Werden Balken der Höhe der Balken 1 und 2 an der Anzeigeeinheit 6 angezeigt, so ist dies ein Hinweis darauf, dass die Qualität der Kommunikationsverbindung nicht optimal ist. [0036] In Fig. 3a ist als Beispiel eine Kommunikationsverbindung mit einer guten Qualität dargestellt, wobei weitere Feldgeräte über die Kommunikationsverbindung
Telegramme austauschen. Diesem Telegramm entspricht die Balkenhöhe 3. Dadurch dass die Telegramme der Monitoreinheit die Höhe 5 erreichen, ist sichergestellt, dass die Monitoreinheit alle Anfragen rechtzeitig beantwortet hat. [0037] Fig. 4 a zeigt ein „gutes" Balkendiagramm, wo mehrere Feldgeräte an den Feldbus angeschlossen sind. [0038] Fig. 4b zeigt ein Balkendiagramm, wo nur die Monitoreinheit und ein Leitsystem an die Kommunikationsverbindung angeschlossen sind. Das Fehlen eines Balkens im
Diagramm kann unterschiedliche Ursachen haben. [0039] Fig. 4c zeigt eine Kommunikationsverbindung mit schlechter Qualität, da einige
Balken nur die Höhe 2 bzw. 1 erreichen. Dies deutet auf EMV- Probleme durch
Einkopplungen auf der Kommunikations Verbindung, dem Feldbus F, hin. [0040] Fig. 4d zeigt eine Kommunikations Verbindung mit guter Qualität, wobei die
Monitoreinheit 10 jedoch nicht an der Kommunikation aktiv teilnimmt. [0041] Die der bisher beschriebenen Beispielsdiagramme werden jeweils nach jedem
Zeitakt um einen Balkenabstand nach links verschoben. Dadurch hat der Anwender immer die Qualität der letzten empfangenen Telegramme im Auge. Der aktuelle
Balken erscheint an der rechten Bildschirmseite. Der älteste Balken verlässt den
Bildschirmausschnitt auf der linken Seite. [0042] In vorteilhafter Weise erfo^t die Aktualisierung des Balkendiagramms in einem festen Zeitakt, z.Bsp. nach jeder Sekunde.
[0043] In Fig. 5 ist ein Balkendiagramm dargestellt, dass an einer Monitoreinheit dargestellt wird, die eine Masterfunktion bezüglich der Kommunikationsverbindung ausübt. Der Master sendet ein Abfragetelegramm an ein Slave-Gerät und erwartet von diesem ein Antworttelegramm. Einem Abfragetelegramm (request-Balken) fo^en zwei Wiederholungen. Diese beiden Wiederholungen sind als retry-Balken 1 und 2 gekennzeichnet. Nach zwei Wiederholungen unterbricht der Master die Kommunikation und sendet nach einer Pause ein neues Abfragetelegramm. Dieses Abfragetelegramm wird von dem betreffenden Slave-Gerät mit einem Antworttelegramm richtig beantwortet. Dieses Antworttelegramm erhält die Balkenhöhe 5.
[0044] Nachfo^end ist das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
[0045] In einem ersten Verfahrenschritt wird in der Monitoreinheit 10 die Kommunikationsverbindung nach Daten abgehört.
[0046] In einem zweiten Verfahrens schritt werden die Daten in der Monitoreinheit 10 nach mindestens zwei Kriterien geprüft.
[0047] Die zwei Kriterien können z. B. sein, Bits und Bytes in einem Telegramm korrekt empfangen.
[0048] Andere Kriterien sind z. B. Bytes korrekt und Telegramm korrekt.
[0049] Nach der Prüfung wird das Ergebnis in einem Balkendiagram am Feldgerät dargestellt, wobei die Höhe des Balkendiagramms ein Maß für die Anzahl der erfüllten Kriterien ist.
[0050] Je höher das Telegramm desto mehr Kriterien sind erfüllt.
[0051] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein normaler Anwender direkt am Feldgerät die Qualität der Kommunikationsverbindung einfach und sicher erkennen.
[0052] Die für das Verfahren notwendigen Modifikationen an einem herkömmlichen Feldgerät sind nicht sehr umfangreich, so dass das Verfahren auch relativ kostengünstig ist.
[0053] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ganz besonders für
Tankanwendungen, wie z. B. dem Produkt mit der Bezeichnung NIF 590 das die Anmelderin herstellt und auch vertreibt.
[0054] Gegenstand der Erfindung ist auch ein Feldgerät, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
[0055] Bezugszeichenliste:
[0056] Tabelle 1
Figure imgf000007_0001

Claims

Ansprüche
[0001] 1. Verfahren zur Anzeige der Qualität einer digitalen
Kommunikationsverbindung für Feldgeräte der Automatisierungstechnik an einem als Monitoreinheit dienenden Feldgeräts mit fönenden Verfahrens schritten: Abhören der über die Kommunikations Verbindung übertragenen Telegramme in der Monitoreinheit -Prüfung der Telegramme in der Monitoreinheit nach mindestens zwei Kriterien - Graphische Darstellung des Ergebnisses der Prüfung anhand eines Balkendiagramms, das an einer Anzeige der Monitoreinheit dargestellt wird, wobei die Höhe der Balken des Diagramms ein Maß für die Anzahl der erfüllten Kriterien des jeweiligen Telegramms ist
[0002] 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kriterien sequentiell geprüft werden, wobei die Prüfung eines weiteren Kriteriums von der Erfüllung des vorhergehenden Kriteriums abhängt.
[0003] 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Balkendiagramm regelmäßig aktualisiert wird und die Balken dabei schrittweise über die Anzeige verschoben werden.
[0004] 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktualisierung in einem festen Zeittakt erfo^.
[0005] 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem als
Master fungierenden Feldgerät, die Aktualisierung mit jedem masterseitigen Abfrage-Telegramm bzw. mit jedem slaveseitigen Antwort- Telegramm erfo^.
[0006] 6. Feldgerät zur Durchführung des in den vorhergehenden Ansprüchen beschriebenen Verfahrens.
PCT/EP2007/053600 2006-04-27 2007-04-13 Verfahren zur anzeige der qualität einer digitalen kommunikationsverbindung für feldgeräte der automatisierungstechnik WO2007125019A1 (de)

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