WO2009080549A2 - Feldgerät und verfahren zur überprüfung der kalibrierung eines feldgeräts - Google Patents

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    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25472—Synchronise controllers, sensors, measurement with data bus

Definitions

  • the invention relates to a field device according to the preamble of claim 1 and a field bus system according to the preamble of Anspurchs 3. Furthermore, the invention relates to a method for starting a measurement in a field device according to the preamble of claim 20 and a method for checking the calibration of a field device according to the preamble of claim 21.
  • field devices are often used to detect and / or influence process variables.
  • Examples of such field devices are level gauges, mass flowmeters, pressure and temperature measuring devices, etc., which detect the corresponding process variables level, fürfiuss, pressure or temperature as sensors.
  • valves or pumps on the fürftussuss a liquid in a Rohrieitungsabêt or the level can be changed in a container.
  • field devices are all devices that are used close to the process and that supply or process process-reliable information.
  • the field devices are sometimes under aggressive
  • the object of the invention is to simplify a review of the calibration of a field device.
  • a desired start time is written from the fieldbus into the field device.
  • a timer is provided which generates a local time signal which may be synchronized with a higher system time.
  • the stored start time is compared with the local time signal, and if coincident, the measurement is automatically started by the field device.
  • Half of this measurement release mechanism allows a timely start of the measurement. This makes it possible to set up a desired measurement via the fieldbus, but to be independent of the latency times on the Feidbus during the timing of the measurement. If one were to start the measurement by transmitting a start command over the fieldbus, there would be delays caused by the cycle time of the fieldbus.
  • a triggering mechanism makes it possible, in particular, to carry out a comparison measurement between a test field device and a reference field device.
  • a common start time is transmitted to the DUT field device and the reference field device via the fieldbus and on the respective device stored. Both on the test field device a! S and on the reference field device, the measurement is started at the scheduled start time. In this way, it is possible to carry out the measurement and the reference measurement exactly synchronously. Since the DUT field device and the reference field device measure the same physical quantity and the measurement is time-synchronized, the measured value determined by the DUT should exactly match the reference value determined by the reference field device. By comparing the measured values supplied by the test object and the reference device, the measurement accuracy of the test device field device can therefore be assessed. This is especially important for quality management in process engineering.
  • the difference between the measurement result of the device under test and the reference value of the reference device exceeds a certain limit, then the measurement accuracy of the device under test is no longer sufficient. In this case recalibration of the device under test is required. By redetermining the calibration parameters of the test specimen, the measurement accuracy can be restored to its former level,
  • a recalibration of the device under test is automatically carried out.
  • the measurements required for recalibration are triggered by a superordinate control unit, for example by a master.
  • the newly determined calibration parameters are then transmitted via the fieldbus to the DUT field device, stored and used from then on.
  • both the comparison measurement and the recalibration can be carried out exclusively via the fieldbus. Additional service parts and complex calibration tools are no longer required.
  • FIG. 1 field device for the timely execution of a measurement
  • Fig. 2A Vergieichscream according to the prior art
  • Fig. 2B comparative measurement according to an embodiment of the invention
  • Fig. 3 block diagram of a measuring arrangement.
  • the field device 1 shows a field device 1 according to an embodiment of the present invention, which is connected to a higher-level control unit 4 via a fieldbus interface 2 and a fieldbus 3.
  • a fieldbus interface 2 In the higher-level control unit 4, it may be z.
  • it may be a class 2 master.
  • the field device 1 serves to detect a process variable relevant to the process, for example one or more of the following: volume flow, mass flow, pressure, temperature, differential pressure, fill level, pH, etc.
  • the field device 1 When transmitting commands and data via the Feidbus 3, there are latency times, which are primarily caused by the cycle time of the feeder bus. Further delays arise due to device cycle times and system cycle times. Despite these latencies, the field device 1 according to the invention makes it possible to start a measurement precisely to a start time which can be programmed by the superordinate control unit 4.
  • a local timer 5 is arranged on the field device 1, which is synchronized with a system-wide existing system time. This system time is generated by a system timer 6, which may be arranged on the side of the higher-level control unit 4, for example.
  • the manner in which the synchronization between the local timer 5 and the system timer 6 is established differs depending on the type of fieldbus used. If a Foundation Fieldbus is used as fieldbus 3, the synchronization can be accomplished by means of a broadcast command.
  • the system timer 6 sends a broadcast command at a certain time! to all the local timers 5 and thus allows synchronization of the local time with the system time.
  • For other fieldbus standards, such as the Profibus there is no broadcast command. In such standards, it is necessary for the synchronization of the timer, from the higher-level control unit 4 each of the local timer 5 to send a telegram one after the other with the respective current system time of the system timer 6. In this way, even if no broadcast command! is available, a synchronization between the local timer 5 and the system timer 6 can be achieved.
  • the field device 1 further comprises a plurality of memory cells 7, which can be addressed via the fieldbus 3.
  • the data can usually be addressed via the "physical block", whereas the data in a Foundation Fieldbus device can be addressed via the "Transducer Block”.
  • parameters of the measurement to be performed are stored.
  • parameters such as a start time 8, a measurement duration 9 and a measurement mode 10 can be stored in the memory cells 7.
  • These parameters of the measurement to be carried out are written from the higher-level unit 4 via the acyclic data traffic of the fieldbus 3 into corresponding memory lines 7.
  • the performance of the measurement is controlled by a control module 11.
  • the control module 11 is designed to control the performance of the measurement in dependence on the parameters stored in the memory lines 7.
  • the control module 1 1 compares the time provided by the local timer 5 with the start time 8, and if coincident, the measurement is started.
  • the field device 1 comprises a sensor 12 which supplies a measurement signal, for example a current signal.
  • Calibration parameters are stored on the field device 1 in order to convert the measurement signal into a physical measured variable 13. Measurements such.
  • As a pH measurement pressure measurement or temperature measurement are performed at a given time. In Voiumenhne- or mass flow measurements, however, the volume or mass of the liquid flowing past the sensor 12 is integrated over a predetermined measurement period 9 away.
  • the physical measured variable 13 determined in this way is stored in one of the memory cells 7 and can be read out from the higher-order control unit 4 via the fieldbus 3 in the acyclic data traffic.
  • the mechanism described with reference to FIG. 1 for the timely execution of a measurement is particularly suitable for checking the calibration of a field device with the aid of a reference field device and possibly recalibrating the field device.
  • FIG. 2A shows how the verification of the calibration of a field device is carried out in the solutions of the prior art.
  • the respective measured variable for example a volume flow 14 in a pipeline 15, is measured simultaneously by a test field device 16 and by a reference field device 17.
  • the reference field device 17 is known to be calibrated correctly and to provide correct measurements.
  • TheticianSings field device 16 may be connected to a fieldbus 18. However, the calibration measurement is not initiated by the fieldbus 18 from. Instead, both the DUT field device 16 and the reference field device 17 are each equipped with a service interface 19, 20. At these service interfaces 19 and 20, a service device 21, such as a laptop, connected. Under the control of the service device 21, the volume flow is measured synchronously by the test device field device 16 and the reference field device 17.
  • the measured value determined by the specimen testing device 16 is compared with the reference value determined by the reference field device 17. If the measured value determined by the test device field device 16 deviates only slightly from the reference value, no recalibration of the test device field device 16 is necessary. If the deviations are greater, it is necessary to redetermine the calibration parameters stored in the test device field device 16.
  • FIG. 2B shows a system according to the invention for carrying out a calibration measurement with a test field device 22 and a reference field device 23.
  • DUT field device 22 and reference fiducial device 23 are designed to perform the
  • Both the device under test field device 22 and the reference field device 23 correspond to the embodiment according to the invention shown in FIG. 1 and are therefore able to perform a measurement automatically at a freely programmable start time.
  • the device under test field device 22 and the reference field device 23 are connected to a master 27 via a field bus 26.
  • the master 27 writes a start time for the start of the measurement in the two field devices 22 and 23.
  • the DUT field device 22 and the Ref ⁇ renz field device 23 perform from the specified start time in absolute synchronous flow measurement, the measurement results obtained are respectively stored in the DUT field device 22 and the reference field device 23.
  • the measured values determined by the two field devices 22, 23 are interrogated by the master 27 and compared with one another. If the measured value determined by the test device field device 22 is sufficiently close to the measured value determined by the reference field device 23, then the test device field device 22 still operates with sufficient accuracy and need not be recalibrated.
  • the UUT field device 22 and the reference field device 23 perform a number of different measurements. For example, measurements are made at various flow rates, pressures, temperatures, etc. Based on the obtained measured values and reference measured values, the calibration parameters of the test device field device 22 can be redefined.
  • the comparison measurement can be controlled via the fieldbus 26 through the use of the inventive feeder devices 22, 23.
  • the measurement triggering mechanism according to the invention, if the respective local timers are synchronized, the required measurements can be carried out absolutely synchronously. It is therefore no longer necessary to equip the DUT 22 and the reference field device 23 each with separate service interfaces.
  • the measuring system comprises a device under test device 28 which is connected to a master 31 via a fieldbus interface 29 and a fieldbus 30, and a reference field device 32 which is connected to the master 31 via a fieldbus interface 33 and the fieldbus 30 is.
  • a first timer 34 is arranged on the test field device 28, and a second timer 35 is located on the reference field device 32. Both the first timer 34 and the second timer 35 are synchronized with a system timer 36 arranged on the master 31 side , Of the System timer 36 provides the system time for the entire measurement setup shown in FIG.
  • the test field device 28 also includes a first sensor 37, a first control module 38 that controls the performance of the measurement, and memory cells 39 in which parameters of the measurement to be performed, measurement results and calibration parameters can be stored.
  • the reference field device 32 comprises a second sensor 40, a second control module 41 for controlling the reference measurement, and memory cells 42 in which parameters of the reference measurement, measurement results and calibration parameters can be stored.
  • a start time 43 and a measurement duration 44 are written from the master 31 into corresponding addresses of the memory cells 39, 42. This writing operation takes place in the acyclic data traffic of the fieldbus 30.
  • the start time 43 is compared with the time generated by the first timer 34. If there is a match, the test field device 28 performs a measurement, the measurement duration 44 being predetermined. The measurement result 45 thus obtained is stored under a memory address of the memory cells 39 provided for this purpose.
  • the second control module 41 in the test field device 32 also performs a comparison between the time generated by the second sequencer 35 and the start time 43. When the start time is reached, the reference measurement is started, the duration of which is specified by the measurement duration 44. The thus determined reference measurement result 46 is stored under an address of the memory cells 42 provided for this purpose.
  • the two measurements are performed synchronously.
  • the measurement result 45 and the reference measurement result 46 can be retrieved from the test field device 28 and from the reference field device 32 via the fieldbus 30, wherein the data transmission takes place again in the acyclic data traffic. It can now be judged on the master 31 side whether the device under test field device 28 measures with sufficient accuracy or not. For this purpose, the measurement result 45 is compared with the reference measurement result 46. If the deviation between the two measurement results lies below a predefined threshold value, then the test field device 28 operates with sufficient accuracy. In this case, no recalibration of the DUT field device 28 is necessary. On the other hand, if the measurement result 45 is outside a tolerance range defined by the reference measurement result 46, recalibration of the test gauge 28 is required.
  • this recalibration is also performed under the control of the master 31.
  • a number of measurements can be performed both by the test device field device 28 and by the reference field device 32, wherein the physical variable to be measured is varied. For example, readings can be taken at different pressures, temperatures and at different flow rates. In the case of a flow measurement different liquids with different density can be measured. From the measured values determined in this way, new calibration parameters for the test object feeder 28 can be determined. These calibration parameters determine how the measurement signal delivered by the measurement sensor 37 can be converted into a physical measurement variable.
  • the calibration parameters are determined by a calculation unit 47 on the master 31 side and subsequently transferred to the device under test field device 28 via the fieldbus 30 in acyclic operation. There, the calibration parameters are stored and henceforth used for the conversion of the measurement signal into the measured variable.
  • the calibration method according to the invention offers the advantage that the calibration measurement can be controlled and programmed via the fieldbus 30.
  • the latency of the field bus does not adversely affect the temporal accuracy of the measurements.
  • the calibration measurement may be performed by the master 31 in accordance with a schedule at regular time intervals, such as at weekly or monthly intervals, to thereby monitor the measurement accuracy of the test-length feeder 28 over extended periods of time.
  • the respective results of the calibration measurements can be documented and archived. This is particularly important in the context of quality management.

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Abstract

Ein Feldgerät der Prozessautomatisierungstechnik, mit einer Schnittstelle zum Anschluss eines Feldbusses, umfasst einen Zeitgeber zur Erzeugung eines Zeitsignals sowie ein Steuermodul, das dazu ausgelegt ist, eine vom Feldbus aus programmierbare Startzeit einer Messung mit dem Zeitsignal zu vergieichen, bei Übereinstimmung die Messung zu starten, und ein Messergebnis der Messung unter einer vom Feldbus aus auslesbaren Adresse abzulegen.

Description

Feldgerät und Verfahren zur Überprüfung der Kalibrierung eines Feidgeräts
Die Erfindung betrifft ein Feldgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Feldbussystem gemäß dem Oberbegriff des Anspurchs 3. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Starten einer Messung in einem Feldgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 20 sowie ein Verfahren zur Überprüfung der Kalibrierung eines Feldgeräts gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 21.
in der Prozessautomatisierungstechnik 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, Durchfiuss, Druck bzw. Temperatur erfassen.
Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, z. B, Ventile oder Pumpen über die der Durchftuss einer Flüssigkeit in einem Rohrieitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann.
Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessreievante Informationen liefern oder verarbeiten.
Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress+Hauser hergestellt und vertrieben.
Während des Betriebs werden die Feldgeräte teilweise unter agressiven
Umweltbedingungen betrieben. Insofern kommt es zu Verschmutzungen, Ablagerungen, Korrosion, und dies beeinflusst auch die Genauigkeit der vom Feldgerät gelieferten Messwerte. Aus diesen Gründen ist es notwendig, die Messgenauigkeit eines Feldgeräts in gewissen Abständen mit Hilfe eines Referenzgeräts des gleichen Typs zu überprüfen. Von dem Referenzgerät ist bekannt, dass es richtig kalibriert ist und korrekte Messwerte liefert.
Zur Durchführung einer Vergleichsmessung zwischen einem Prüflings-Feldgerät und einem Referenz-Feldgerät war es bisher erforderlich, jeweils über eine Serviceschnittstelle auf die beiden Geräte zuzugreifen. Über die Serviceschnittsteile wurde eine zeitsynchrone Messung durch Prüfling und Referenzgerät veraniasst, und anschließend wurden die so gemessenen Ergebnisse verglichen. Nachteil dieser Vorgehensweise ist, dass die Überprüfung der Kalibrierung wegen der Latenzzeit des Feldbusses nicht über den Feldbus selbst erfolgen kann, sondern eine eigene Serviceschnittstelle erforderlich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Überprüfung der Kalibrierung eines Feldgeräts zu vereinfachen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 , 3, 20 und 21 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Weiterentwickiungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben,
Um einen zeitgenauen Start einer Messung zu ermöglichen, wird bei der erfindungsgemäßen Lösung eine gewünschte Startzeit vom Feldbus aus in das Feldgerät geschrieben. Auf dem Feldgerät ist ein Zeitgeber vorgesehen, der ein lokales Zeitsignal erzeugt, das mit einer übergeordneten Systemzeit synchronisiert sein kann. Die abgespeicherte Startzeit wird mit dem lokalen Zeitsignal verglichen, und bei Übereinstimmung wird die Messung durch das Feldgerät selbsttätig gestartet.
Mit Hälfe dieses AusSösemechanismus für die Messung wird ein zeitgenauer Start der Messung ermöglicht. Dadurch wird es möglich, eine gewünschte Messung über den Feldbus aufzusetzen, beim Timing der Messung aber von den Latenzzeiten auf dem Feidbus unabhängig zu sein. Würde man die Messung starten, indem ein Startbefehl über den Feldbus übertragen wird, käme es zu Verzögerungen, die durch die Zykluszeit des Feldbus bedingt sind.
Die Verwendung eines derartigen Auslösemechanismus ermöglicht es insbesondere, eine Vergleichsmessung zwischen einem Prüflings-Feldgerät und einem Referenz- Feldgerät durchzuführen. Hierzu wird über den Feldbus eine gemeinsame Startzeit zu dem Prüflings-Feldgerät und zu dem Referenz-Feldgerät übertragen und auf dem jeweiligen Gerät abgespeichert. Sowohl auf dem Prüflings-Feldgerät a!s auch auf dem Referenz-Feldgerät wird die Messung zum vorgesehenen Startzeitpunkt gestartet. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass die Messung und die Referenzmessung genau zeitsynchron durchgeführt werden. Da das Prüflings-Feldgerät und das Referenz- Feldgerät die selbe physikalische Größe messen und die Messung zeitsynchron erfolgt, sollte der vom Prüfling ermittelte Messwert genau mit dem vom Referenz-Feldgerät ermittelten Referenzwert übereinstimmen. Durch Vergleichen der vom Prüfling und vom Referenzgerät gelieferten Messwerte kann daher die Messgenauigkeit des Prüflings- Feldgeräts beurteilt werden. Dies ist insbesondere für das Qualitätsmanagement in der Prozesstechnik von wesentlicher Bedeutung.
Je näher der vom Prüfling ermittelte Messwert beim Referenzwert liegt, desto besser ist die Messgenauigkeit des Prüflings. Wenn die Abweichung zwischen dem Messergebnis des Prüflings und dem Referenzwert des Referenzgeräts dagegen eine gewisse Grenze überschreitet, dann ist die Messgenauigkeit des Prüflings nicht mehr ausreichend. In diesem Fall ist eine Neukalibrierung des Prüflings erforderlich. Durch die Neubestimmung der Kalibrierparameter des Prüflings kann die Messgenauigkeit wieder auf den früheren Stand gebracht werden,
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird im Falle einer schlechten Übereinstimmung zwischen den vom Prüfling und vom Referenzgerät gemessenen Werten automatisch eine Neukaiibrierung des Prüflings durchgeführt. Hierzu werden von einer übergeordneten Steuereinheit aus, beispielsweise von einem Master aus, die zur Neukaiibrierung erforderlichen Messungen angestoßen. Die neu bestimmten Kalibrierparameter werden anschließend über den Feldbus zum Prüflings-Feldgerät übertragen, abgespeichert und fortan verwendet.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung können sowohl die Vergleichsmessung ais auch die Neukaiibrierung ausschließlich über den Feldbus durchgeführt werden. Zusätzliche Serviceschnittsteilen und aufwändige Kalibriertools sind nicht mehr erforderlich.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen;
Flg. 1 Feldgerät zur zeitgenauen Durchführung einer Messung; Fig. 2A Vergieichsmessung entsprechend dem Stand der Technik; Fig. 2B Vergleichsmessung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 Blockschaltbild einer Messanordnung.
Fig. 1 zeigt ein Feldgerät 1 gemäß einer Ausführungsform der voriiegenden Erfindung, weiches über eine Feldbus-Schnittstelle 2 und einen Feldbus 3 mit einer übergeordneten Steuereinheit 4 in Verbindung steht. Bei der übergeordneten Steuereinheit 4 kann es sich z. B. um einem Master der Klasse 2 handeln. Das Feldgerät 1 dient zur Erfassung einer für die Prozesstechnik relevanten Messgröße, beispielsweise von einer oder mehreren der folgenden: Volumenfluss, Massefluss, Druck, Temperatur, Differenzdruck, Füllhöhe, pH-Wert, etc.
Bei der Übertragung von Befehlen und Daten über den Feidbus 3 kommt es zu Latenzzeiten, die in erster Linie durch die Zykluszeit des Feidbusses verursacht werden. Weitere Verzögerungen entstehen infolge von Gerätezykluszeiten und Systemzykluszeiten. Trotz dieser Latenzzeiten ermöglicht das erfindungsgemäße Feldgerät 1 , eine Messung punktgenau zu einem von der übergeordneten Steuereinheit 4 aus programmierbaren Startzeitpunkt zu starten. Hierzu ist auf dem Feldgerät 1 ein lokaler Zeitgeber 5 angeordnet, der mit einer systemweit vorhandenen Systemzeit synchronisiert wird. Diese Systemzeit wird durch einen Systemzeitgeber 6 erzeugt, der beispielsweise auf Seiten der übergeordneten Steuereinheit 4 angeordnet sein kann.
Die Art und Weise, wie die Synchronisation zwischen dem lokalen Zeitgeber 5 und dem Systemzeitgeber 6 hergestellt wird, unterscheidet sich je nach Typ des eingesetzten Feldbusses. Wenn als Feldbus 3 ein Foundation Fieldbus eingesetzt wird, kann die Synchronisation mittels eines Broadcast-Befehls bewerkstelligt werden. Der Systemzeitgeber 6 sendet zu einem bestimmten Zeitpunkt einen Broadcast-Befeh! an sämtliche lokalen Zeitgeber 5 und ermöglicht auf diese Weise eine Synchronisation der lokalen Zeit mit der Systemzeit. Bei anderen Feldbus-Standards, beispielsweise dem Profibus, gibt es dagegen keinen Broadcast-Befehl. Bei derartigen Standards ist es zur Synchronisation der Zeitgeber erforderlich, von der übergeordneten Steuereinheit 4 aus jedem der lokalen Zeitgeber 5 nacheinander ein Telegramm mit der jeweils aktuellen Systemzeit des Systemzeitgebers 6 zu senden. Auf diese Weise kann auch dann, wenn kein Broadcast-Befeh! zur Verfügung steht, eine Synchronisation zwischen dem lokalen Zeitgeber 5 und dem Systemzeitgeber 6 erzielt werden.
Das Feldgerät 1 umfasst weiterhin eine Mehrzahl von Speicherzellen 7, die über den Feldbus 3 adressiert werden können. Bei einem Profibus-Gerät sind die Daten üblicherweise über den „Physical Block" adressierbar. Dagegen sind die Daten bei einem Foundation Fieldbus Gerät über den „Transducer Block" adressierbar.
in den Speicherzellen 7 werden Parameter der durchzuführenden Messung gespeichert. Insbesondere können in den Speicherzellen 7 Parameter wie beispielsweise eine Startzeit 8, eine Messdauer 9 sowie ein Messmodus 10 abgelegt werden. Diese Parameter der durchzuführenden Messung werden von der übergeordneten Einheit 4 aus über den azyklischen Datenverkehr des Feldbusses 3 in entsprechende Speicherzeilen 7 geschrieben.
Die Durchführung der Messung wird durch ein Steuermodul 11 gesteuert. Das Steuermodul 11 ist dazu ausgelegt, die Durchführung der Messung in Abhängigkeit von den in den Speicherzeilen 7 abgelegten Parametern zu steuern. Das Steuermodul 1 1 vergleicht die vom lokalen Zeitgeber 5 zur Verfügung gestellte Zeit mit der Startzeit 8, und bei Übereinstimmung wird die Messung gestartet. Zur Durchführung der Messung umfasst das Feldgerät 1 einen Sensor 12, der ein Messsignai liefert, beispielsweise ein Stromsignai. Auf dem Feldgerät 1 sind Kalibrierparameter gespeichert, um das Messsignal in eine physikalische Messgröße 13 umzuwandeln. Messungen wie z. B. eine pH-Messung, eine Druckmessung oder eine Temperaturmessung werden zu einem bestimmten Zeitpunkt durchgeführt. Bei Voiumenfluss- oder Masseflussmessungen wird dagegen über eine vorgegebene Messdauer 9 hinweg das Volumen bzw. die Masse der am Sensor 12 vorbeifließenden Flüssigkeit aufintegriert. Die so ermittelte physikalische Messgröße 13 wird in einer der Speicherzellen 7 abgespeichert und kann von der übergeordneten Steuereinheit 4 aus über den Feldbus 3 im azyklischen Datenverkehr ausgelesen werden. Der anhand von Fig, 1 beschriebene Mechanismus zur zeitgenauen Durchführung einer Messung eignet sich insbesondere dazu, die Kalibrierung eines Feldgeräts mit Hiife eines Referenz-Feldgerätes zu überprüfen und das Feldgerät gegebenenfalls neu zu kalibrieren.
In Fig. 2A ist dargestellt, wie die Überprüfung der Kalibrierung eines Feldgeräts bei den Lösungen des Stands der Technik vorgenommen wird. Die jeweilige Messgröße, beispielsweise ein Volumenfluss 14 in einer Rohrleitung 15, wird gleichzeitig durch ein Prüflings-Feldgerät 16 und durch ein Referenz-Feldgerät 17 gemessen. Von dem Referenz-Feldgerät 17 ist bekannt, dass es richtig kalibriert ist und korrekte Messwerte liefert. Das PrüfSings-Feldgerät 16 kann an einen Feldbus 18 angeschlossen sein. Die Kalibriermessung wird allerdings nicht vom Feldbus 18 aus initiiert. Stattdessen sind sowohl das Prüflings-Feldgerät 16 als auch das Referenz-Feldgerät 17 jeweils mit einer Service-Schnittstelle 19, 20 ausgestattet. An diese Service-Schnittstellen 19 und 20 wird ein Servicegerät 21 , beispielsweise ein Laptop, angeschlossen. Unter der Kontrolle des Servicegeräts 21 wird der Volumenfluss vom Prüflings-Feldgerät 16 und vom Referenz- Feldgerät 17 zeitsynchron gemessen. Nach der Messung wird der vom Prüflings- Feidgerät 16 ermittelte Messwert mit dem vom Referenz-Feldgerät 17 ermittelten Referenzwert verglichen. Wenn der vom Prüflings-Feldgerät 16 ermittelte Messwert nur geringfügig vom Referenzwert abweicht, ist keine Neukalibrierung des Prüflings- Feldgeräts 16 erforderlich. Sind die Abweichungen dagegen größer, so ist es nötig, die im Prüflings-Feldgerät 16 abgespeicherten Kalibrierparameter neu zu bestimmen.
In Fig. 2B ist ein erfindungsgemäßes System zur Durchführung einer Kalibriermessung mit einem Prüflings-Feldgerät 22 und einem Referenz-Feldgerät 23 gezeigt. Das
Prüflings-Feldgerät 22 und das Referenz-Feidgerät 23 sind dazu ausgelegt, den
Durchfluss 24 in einer Rohrleitung 25 zu messen. Sowohl das Prüflings-Feldgerät 22 als auch das Referenz-Feldgerät 23 entsprechen der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform und sind daher in der Lage, selbsttätig zu einer frei programmierbaren Startzeit eine Messung durchzuführen.
Das Prüflings-Feldgerät 22 und das Referenz-Feldgerät 23 sind über einen Feldbus 26 mit einem Master 27 verbunden. Zur Durchführung der Vergleichsmessung schreibt der Master 27 einen Startzeitpunkt für den Start der Messung in die beiden Feldgeräte 22 und 23. Das Prüflings-Feldgerät 22 und das Refθrenz-Feldgerät 23 führen ab dem festgelegten Startzeitpunkt absolut synchron eine Durchflussmessung durch, wobei die erhaltenen Messergebnisse jeweils im Prüflings-Feldgerät 22 und im Referenz-Feldgerät 23 abgespeichert werden. Nach Beendigung der Messung werden die von den beiden Feldgeräten 22, 23 ermittelten Messwerte vom Master 27 aus abgefragt und miteinander verglichen. Wenn der vom Prüflings-Feldgerät 22 ermittelte Messwert hinreichend nah an dem vom Referenz-Feldgerät 23 ermittelten Messwert liegt, dann arbeitet das Prüflings-Feldgerät 22 noch hinreichend genau und muss nicht neu kalibriert werden. Wenn der vom Prüflängs-Feldgerät 22 ermittelte Messwert dagegen außerhalb eines Toleranzfensters um den Referenzwert liegt, dann ist eine Neukalibrierung des Prüflings-Feldgeräts 22 erforderlich. Zur Neukalibrierung werden vom Prüflings- Feldgerät 22 und vom Referenz-Feldgerät 23 eine Reihe von verschiedenen Messungen durchgeführt. Beispielsweise werden Messungen zu verschiedenen Durchflussgeschwindigkeiten, Drücken, Temperaturen etc. durchgeführt. Anhand der erhaltenen Messwerte und Referenzmesswerte können die Kalibrierparameter des Prüflings-Feldgeräts 22 neu festgelegt werden.
Anhand von Fig. 2B ist erkennbar, dass durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Feidgeräte 22, 23 die Vergleichsmessung über den Feldbus 26 gesteuert werden kann. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Messauslösemechanismus können, sofern die jeweiligen lokalen Zeitgeber synchronisiert sind, die erforderlichen Messungen absolut synchron ausgeführt werden. Es ist daher nicht mehr erforderlich, das Prüflings- Feidgerät 22 und das Referenz-Feldgerät 23 jeweils mit separaten Service-Schnittstellen auszustatten.
In Fig. 3 Ist das erfindungsgemäße Messsystem in einem detaillierteren Blockschaltbild gezeigt. Die Messanordnung umfasst ein Prüflings-Feidgerät 28, das über eine Feldbus- Schnittstelle 29 und einen Feldbus 30 mit einem Master 31 verbunden ist, sowie ein Referenz-Feldgerät 32, das über eine Feldbus-Schnittstelle 33 und den Feldbus 30 mit dem Master 31 verbunden ist. Auf dem Prüflings-Feldgerät 28 ist ein erster Zeitgeber 34 angeordnet, und auf dem Referenz-Feldgerät 32 befindet sich ein zweiter Zeitgeber 35. Sowohl der erste Zeitgeber 34 als auch der zweite Zeitgeber 35 sind mit einem auf Seiten des Masters 31 angeordneten Systemzeitgeber 36 synchronisiert. Der Systemzeitgeber 36 stellt die Systemzeit für die gesamte in Fig. 3 gezeigte Messanordnung zur Verfügung.
Das Prüflings-Feldgerät 28 umfasst außerdem einen ersten Sensor 37, ein erstes Steuermodul 38, das die Durchführung der Messung steuert, sowie Speicherzellen 39, in denen Parameter der durchzuführenden Messung, Messergebnisse und Kalibrierparameter abgelegt werden können. Entsprechend umfasst das Referenz- Feldgerät 32 einen zweiten Sensor 40, ein zweites Steuermodul 41 zur Steuerung der Referenzmessung, sowie Speicherzellen 42, in denen Parameter der Referenzmessung, Messergebnisse sowie Kalibrierparameter abgelegt werden können.
Zur Durchführung einer Vergleichsmessung zwischen Prüflings-Feldgerät 28 und Referenz-Feldgerät 32 werden eine Startzeit 43 und eine Messdauer 44 vom Master 31 aus in entsprechende Adressen der Speicherzellen 39, 42 eingeschrieben. Dieser Schreibvorgang erfolgt im azyklischen Datenverkehr des Feldbusses 30, Im ersten Steuermodul 38 wird die Startzeit 43 mit der vom ersten Zeitgeber 34 erzeugten Zeit verglichen. Bei Übereinstimmung führt das Prüflings-Feldgerät 28 eine Messung durch, wobei die Messdauer 44 vorgegeben ist. Das so erhaltene Messergebnis 45 wird unter einer hierfür vorgesehene Speicheradresse der Speicherzellen 39 abgelegt. Auch das zweite Steuermodul 41 im Prüflings-Feldgerät 32 führt einen Vergleich zwischen der vom zweiten Zettgeber 35 erzeugten Zeit und der Startzeit 43 durch. Bei Erreichen der Startzeit wird die Referenzmessung gestartet, deren Dauer durch die Messdauer 44 vorgegeben ist. Das so ermittelte Referenz-Messergebnis 46 wird unter einer hierfür vorgesehenen Adresse der Speicherzellen 42 abgelegt.
Da der erste Zeitgeber 34 und der zweite Zeitgeber 35 beide mit dem Systemzeitgeber 36 synchronisiert sind und die jeweilige Startzeit und Messdauer der vom Prüflings- Feldgerät 28 und vom Referenz-Feldgerät 32 durchgeführten Messungen übereinstimmt, werden die beiden Messungen zeitsynchron durchgeführt.
Vom Master 31 aus können das Messergebnis 45 sowie das Referenz-Messergebπis 46 vom Prüflings-Feldgerät 28 und vom Referenz-Feldgerät 32 über den Feldbus 30 abgerufen werden, wobei die Datenübertragung wieder im azyklischen Datenverkehr erfolgt. Auf Seiten des Masters 31 kann nun beurteilt werden, ob das Prüflings-Feldgerät 28 hinreichend genau misst oder nicht. Hierzu wird das Messergebnis 45 mit dem Referenz-Messergebnis 46 verglichen. Wenn die Abweichung zwischen den beiden Messergebnissen unterhalb eines vordefinierten Schwellenwerts liegt, dann arbeitet das Prüflings-Feldgerät 28 hinreichend genau. In diesem Fall ist keine Neukalibrierung des Prüflings-Feldgeräts 28 notwendig. Wenn das Messergebnis 45 dagegen außerhalb eines um das Referenz-Messergebnis 46 herum definierten Toleranzbereichs liegt, dann ist eine Neukalibrierung des Prüfüngs-Messgeräts 28 erforderlich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird diese Neukalibrierung ebenfalls unter der Kontrolle des Masters 31 durchgeführt. Beispielsweise können sowohl vom Prüflings-Feldgerät 28 als auch vom Referenz-Feldgerät 32 eine Anzahl von Messungen ausgeführt werden, wobei die zu messende physikalische Größe variiert wird. Beispielsweise können Messwerte zu verschiedenen Drücken, Temperaturen und zu verschiedenen Durchflussgeschwindigkeiten aufgenommen werden. Im Fall einer Durchflussmessung können verschiedene Flüssigkeiten mit verschiedener Dichte vermessen werden. Aus den so bestimmten Messwerten lassen sich neue Kalibrierparameter für das Prüflings-Feidgerät 28 bestimmen. Diese Kalibrierparameter legen fest, wie das vom Messsensor 37 gelieferte Messsignal in eine physikalische Messgröße umgewandelt werden kann. Die Kalibrierparameter werden durch eine Kalkulationseinheit 47 auf Seiten des Masters 31 bestimmt und anschließend über den Feldbus 30 im azyklischen Betrieb zum Prüflings-Feldgerät 28 übertragen. Dort werden die Kalibrierparameter abgespeichert und fortan für die Umwandlung des Messsignals in die Messgröße herangezogen.
Das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren bietet den Vorteil, dass die Kalibriermessung über den Feldbus 30 gesteuert und programmiert werden kann. Infolge des erfindungsgemäßen Auslösemechanismus wirkt sich die Latenzzeit des Feldbusses dabei nicht nachteilig auf die zeitliche Genauigkeit der Messungen aus. Die Kalibriermessung kann vom Master 31 entsprechend einem Zeitplan in regelmäßigen Zeitintervallen, beispielsweise im wöchentlichen oder monatlichen Abstand, durchgeführt werden, um auf diese Weise die Messgenauigkeit des Prüflängs-Feidgeräts 28 über längere Zeiträume hinweg zu überwachen. Die jeweiligen Ergebnisse der Kalibriermessungen können dabei dokumentiert und archiviert werden. Dies ist insbesondere im Rahmen des Qualitätsmanagements von Bedeutung. Durch die regelmäßige Überprüfung der eingesetzten Feldgeräte können Verschlechterungen der Messgenauigkeit infolge von Verschmutzungen oder Verschleiß frühzeitig erkannt und korrigiert werden, um so eine definierte Messgenauigkeit der eingesetzten Feldgeräte gewährleisten zu können.

Claims

Patentansprüche
1. Ein Feldgerät (1 ) der Prozessautomatisäerungstechnik, mit einer Schnittstelle (2) zum Anschluss eines Feldbusses (3), gekennzeichnet durch
- einen Zeitgeber (5) zur Erzeugung eines Zeitsignals,
- ein Steuermodui (1 1 ), das dazu ausgelegt ist, eine vom Feldbus (3) aus programmierbare Startzeit (8) einer Messung mit dem Zeitsignal zu vergleichen, bei Übereinstimmung die Messung zu starten, und ein Messergebnis (13) der Messung unter einer vom Feldbus (3) aus auslesbaren Adresse abzulegen.
2. Feldgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitsignal mit einer externen Systemzeit synchronisiert ist.
3. Ein Feldbussystem mit einem ersten Feldgerät (28), weiches über einen Feldbus (30) mit einer übergeordneten Einheit (31 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Feldgerät (28) aufweist:
- einen ersten Zeitgeber (34) zur Erzeugung eines ersten Zeitsignais,
- ein erstes Steuermodul (38), das dazu ausgelegt ist, eine vom Feldbus (30) aus programmierbare erste Startzeit einer ersten Messung mit dem ersten Zeitsignal zu vergieichen, bei Übereinstimmung die erste Messung zu starten, und ein erstes Messergebnis (45) der ersten Messung unter einer vom Feldbus (30) aus auslesbaren Adresse abzulegen, wobei die übergeordnete Einheit (31 ) dazu ausgelegt ist, die erste Startzeit (43) der ersten Messung über den Feldbus (30) zum ersten Feldgerät (28) zu übertragen und das vom ersten Feldgerät (28) ermittelte erste Messergebnis (45) vom ersten
Feldgerät (28) abzurufen.
4. Feldbussystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Referenz-Feldgerät (40), weiches an den Feldbus angeschlossen ist, mit
- einem zweiten Zeitgeber (35) zur Erzeugung eines zweiten Zeitsignals,
- einem zweiten Steuermodui (41 ), das dazu ausgelegt ist, eine vom Feldbus (30) aus programmierbare zweite Startzeit einer Referenzmessung mit dem zweiten Zeitsignal zu vergleichen, bei Übereinstimmung die Referenzmessung zu starten, und ein Referenz-Messergebnis (46) der Referenzmessung unter einer vom Feldbus (30) aus auslesbaren Adresse abzulegen.
5. Feldbussystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ersten Messung und der Referenzmessung handelt um eines von: Voiumenfiuss-
Messungen, Massefluss-Messungen, Druckmessungen, Temperaturmessungen, Differenzdruckmessungen, Füllstandmessungen, Messungen des pH-Werts, Messungen des aufintegrierten Volumenflusses, Messungen des aufintegrierten Masseflusses.
6. Feldbussystem nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zeitsigna! und das zweite Zeitsignal mit einer Systemzeit synchronisiert sind.
7. Feldbussystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Einheit einen Systemzeitgeber (36) zur Erzeugung einer Systemzeit umfasst, wobei der erste Zeitgeber und der zweite Zeitgeber mit der vom Systemzeitgeber erzeugten Systemzeit synchronisiert sind.
8. Feldbussystem nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Einheit dazu ausgelegt ist, zur Synchronisation des ersten Zeitgebers und des zweiten Zeitgebers mit der Systemzeit einen jeweils aktuellen Stand der Systemzeit nacheinander an den ersten Zeitgeber und an den zweiten Zeitgeber zu übermitteln.
9. Feldbussystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Einheit dazu ausgelegt ist, zur Durchführung einer Vergieichsmessung dieselbe Startzeit über den Feldbus zum ersten Feldgerät und zum Referenz-Feidgerät zu übertragen.
10, Feldbussystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messung zeitsynchron mit der Referenzmessung durchgeführt wird.
1 1. Feldbussystem nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Einheit dazu ausgelegt ist, zusätzliche Messparameter über den Feldbus zum ersten Feidgerät und zum Referenz-Feidgerät zu übertragen.
12. Feldbussystem nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Messparameter eine oder mehrere der folgenden umfassen: Messdauer, Messmodus, Messverfahren, Art einer gemessenen Flüssigkeit, Sollmengenvorgabe.
13. Feldbussystem nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Einheit dazu ausgelegt ist, das erste Messergebnis über den Feldbus vom ersten Feldgerät auszulesen und das Referenz-Messergebnis über den Feldbus vom Referenz-Feldgerät auszulesen.
14. Feldbussystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Einheit dazu ausgelegt ist zu ermitteln, ob sich das erste Messergebnis innerhalb eines Toleranzbereichs um das Referenz-Messergebnis befindet.
15. Feldbussystem nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Einheit dazu ausgelegt ist zu ermitteln, ob eine Neukalibrierung des ersten Feldgeräts erforderlich ist.
16. Feidbussystem nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Einheit dazu ausgelegt ist, automatisch eine Neukalibrierung des ersten Feldgeräts durchzuführen, falls eine Neukalibrierung des ersten Feldgeräts erforderlich ist.
17. Feldbussystem nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Einheit eine Kalibriereinheit (47) umfasst, welche dazu ausgelegt ist, ein oder mehrere Kalibrierparameter des ersten Feldgeräts neu zu bestimmen.
18. Feldbussystem nach einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Einheit dazu ausgelegt ist, neu bestimmte Kaiibrierparameter über den Feldbus zum ersten Feidgerät zu übertragen.
19. Feldbussystem nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Einheit dazu ausgelegt ist, Vergleichsmessungen des ersten Feldgeräts und des Referenz- Fe Id geräts entsprechend einem Zeitplan zu vorgegebenen Zeitpunkten automatisch durchzuführen.
20. Verfahren zum Starten einer Messung in einem Feidgerät (1 ) der Prozessautomatisierungstechnik, welches eine Schnittstelle (2) zum Anschluss eines Feidbusses (3) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Erzeugen eines Zeitsignals,
- Vergleichen einer vom Feldbus aus programmierbaren Startzeit (8) der Messung mit dem Zeitsigna!,
- Starten der Messung bei Übereinstimmung der Startzeit (8) mit dem Zeitsignal,
- Ermitteln eines Messergebnisses (13),
- Speichern des Messergebnisses (13) unter einer vom Feldbus (3) aus auslesbaren Adresse.
21 . Verfahren zur Überprüfung der Kalibrierung eines ersten Feldgeräts (28) mittels eines Referenz-Feldgeräts (32), wobei das erste FeJdgerät (28) und das Referenz- Feldgerät (32) über einen Feldbus (30) mit einer übergeordneten Einheit (31) verbunden sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Starten einer ersten Messung durch das erste Feldgerät (28) zu einer vom Feldbus
(30) aus programmierbaren ersten Startzeit,
- Ermitteln eines ersten Messergebnisses (45),
- Speichern des ersten Messergebnisses (45) unter einer vom Feldbus aus ausiesbaren Adresse des ersten Feldgeräts (28), - Starten einer Referenzmessung durch das Referenz-Feldgerät (32) zu einer vom
Feldbus aus programmierbaren zweiten Startzeit,
- Ermittein eines Referenz-Messergebnisses (46),
- Speichern des Referenz-Mesεergebnisses (46) unter einer vom Feldbus (30) aus auslesbaren Adresse des Referenz-Feldgeräts (32), - Auslesen des ersten Messergebnisses (45) vom ersten Feldgerät (28) und des Referenz-Messergebnisses (46) vom Referenz-Messgerät (32) durch die übergeordnete Einheit (31 ).
22. Verfahren nach Anspruch 21 , gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:
Vergleichen des ersten Messergebnisses mit dem Referenz-Messergebnis und Ermitteln, ob eine Neukalibrierung des ersten Feldgeräts erforderüch ist.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt: falls eine Neukalibrierung des ersten Feldgeräts erforderlich ist, automatisches Ermitteln von neuen Kaiibrierparametern für das erste Feldgerät, und Übermitteln der neuen Kalibrierparameter über den Feldbus zum ersten Feldgerät.
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