Messumformer mit mehreren Feldbusadressen und Verfahren zum Abrufen von Messwerten von einem solchen Messumformer
Die Erfindung bezieht sich auf einen Messumformer mit einer Schnittstelle zur Übertragung von Messwerten über einen Feldbus, wobei die Kommunikation über den Feldbus gemäß einem Feldbus-Protokoll erfolgt, wobei die Anzahl der von dem Messumformer bereit gestellten Messwerte die Anzahl der mittels eines Basiskommandos des Feldbus-Protokolls abrufbaren Messwerte übersteigt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abrufen von Messwerten, wobei die Messwerte von einem Messumformer bereitgestellt werden, der an einen Feldbus angeschlossen ist und über mehrere Feldbusadressen verfügt, wobei die Kommunikation über den Feldbus gemäß einem Feldbus-Protokoll erfolgt, und wobei die Anzahl der von dem Messumformer bereit gestellten Messwerte die Anzahl der mittels eines Basiskommandos des Feldbus- Protokolls abrufbaren Messwerte übersteigt.
In Anlagen der Prozessautomatisierungstechnik werden heutzutage oftmals Feldgeräte eingesetzt, welche die in der Anlage ablaufenden Prozesse steuern und/oder regeln. Solche Feldgeräte bestehen bspw. aus einem
Messumformer an den wenigsten ein Messaufnehmer, welcher zur Aufnahme einer chemischen und/oder physikalischen Messgröße dient, angeschlossen ist. Zudem werden diese Feldgeräte, genauer die Messumformer, heutzutage oftmals über einen Feldbus miteinander verbunden. Dadurch können die
Messumformer miteinander und/oder mit einer Steuereinheit, die den Prozess steuert, Informationen wie bspw. Messwerte in Form von Daten austauschen. Zur Datenübertragung über den Feldbus sind aus dem Stand der Technik verschiedene sog. Feldbusprotokolle bekannt geworden.
Beim HART-Protokoll bspw. gibt es verschiedene Gruppen von Kommandos. Die universellen Kommandos (universal commands), auch Basiskommandos genannt, bspw. erlauben die Identifikation eines an den Feldbus
angeschlossenen HART-Gerätes. Es lassen sich damit z.B. Hersteller,
Messstellenkennzeichen, Seriennummer etc. auslesen. Außerdem lassen sich ebenfalls vermittels dieser Basiskommandos bis zu vier Messwerte mit physikalischer Einheit digital von einem Messumformer ausgelesen. Die Basiskommandos werden von allen HART-Slave-Geräten unterstützt.
Allgemeine Kommandos (common practice commands) wiederum dienen zur Grundeinstellung von HART-Geräten. Dadurch lassen sich bspw. sehr einfache Feldgeräte steuern und bedienen. Dagegen müssen zur
Inbetriebnahme komplexerer Feldgeräte gerätespezifische (device-specific commands) Kommandos verwendet werden. Diese werden vom Hersteller der Geräte spezifiziert und daher auch herstellerspezifische Kommandos genannt. Ein an einen Feldbus angeschlossener Master muss diese Kommandos kennen und also entsprechend programmiert sein. Es ist dabei darauf zu achten, dass dasselbe Kommando eindeutig definiert ist und nicht bspw. bei unterschiedlichen an den Feldbus angeschlossenen Geräten, insbesondere den Messumformern, unterschiedliche Funktionen auslöst.
Ähnliches gilt auch für Profibus-Protokoll, bei dem es ebenfalls
Basiskommandos gibt, die die Identifikation etc. des an den Feldbus
angeschlossenen Gerätes, insbesondere eines Messumformers, ermöglichen. Bei Profibus stehen je nach verwendetem Anwendungs-Profil unterschiedliche Funktionen wie bspw. Parameter- und/oder Messwertabfragen zur Verfügung. Dabei werden bspw. im PROFIdrive-Profil ca. 30 Parameterabfragen standardmäßig vorgegeben, während sich die restlichen Messwerte bzw.
Parameter (bei komplexen Geräten können es über 1000 sein) durch herstellerspezifische Kommandos abrufen lassen.
Aus dem Stand der Technik ist aus der Offenlegungsschrift DE 102007039529 A1 ein Verfahren zum Bedienen eines Feldgerätes mit mindestens zwei Messkanälen bekannt geworden. Das Feldgerät dort weist mehrere
Kommunikationskontroller auf, denen unterschiedliche Feldbusadressen zugeordnet sind. Dadurch erscheint das Feldgerät am Feldbus als mehrere logisch unabhängige Feldgeräte und jedes der logisch unabhängigen
Feldgeräte kann mittels einer separaten Gerätebeschreibung bedient werden. Stellt nun einer der Kommunikationskontroller fest, dass eine in einem
Feldbustelegramm enthaltene Adresse mit seiner eigenen Feldbusadresse übereinstimmt, so sendet dieser Kommunikationskontroller Nutzdaten in Form von Antworttelegrammen über den Feldbus. Auch bei dem in der DE 102007039529 A1 vorgeschlagenen Gerät besteht ferner das Problem, dass in dem Fall, dass ein Feldgerät bspw. mehr als vermittels eines (einzigen) Basiskommandos abrufbare Messwerte zur Verfügung stellt, diese Messwerte nur über ein allgemeines Kommando (common practice command) bzw. ein herstellerspezifisches Kommando (device specific command) abgerufen werden können. Diese Kommandos müssen dann zu diesem spezifischen Zweck eingeführt und definiert werden. Dadurch aber sind die an den Feldbus angeschlossenen Geräte unter
Umständen nicht mehr mit allen HART-Master Geräten kompatibel. Denn es kann bspw. der Fall eintreten, dass in verschiedenen Anlagen dieselben herstellerspezifischen Kommandos genutzt werden, um unterschiedliche Funktionen aufzurufen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Abrufen sämtlicher von einem Messumformer bereit gestellter Messwerte vermittels eines Kommandos, über das alle mit einem gegebenen Feldbus-Protokoll kompatiblen Feldgeräte verfügen, zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Messumformer und ein Verfahren gelöst.
Hinsichtlich des Messumformers wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Messumformer mehrere Feldbusadressen aufweist, und dass eine
Logikeinheit vorgesehen ist, die dazu dient, die Messwerte so auf die mehreren Feldbusadressen des Messumformers zu verteilen, dass die Messwerte über die mehreren Feldbusadressen des Messumformers vermittels des Basiskommandos abrufbar sind.
Bei der Schnittstelle des Messumformers kann es sich um eine
Kommunikationsschnittstelle, insbesondere mit nur einem
Kommunikationskontroller handeln. Der Kommunikationskontroller dient dazu, vom Feldbus stammende und über die (Kommunikations-)Schnittstelle empfangene Daten (vor-)zu verarbeiten bzw. aufzubereiten. Die Schnittstelle kann bspw. eine drahtgebundene Schnittstelle sein, die zur Kommunikation, d.h. zum Senden und/oder Empfangen von Daten bspw. in Form von
Telegrammen über den Feldbus dient. Bei dem Feldbus handelt es sich bevorzugt um einen drahtgebundenen Feldbus. Bei dem Protokoll kann es sich bspw. um das HART-Protokoll oder das Profibus-Protokoll handeln. Es ist aber auch die Verwendung im Rahmen anderer Protokolle, insbesondere Feldbusprotokolle möglich. Diese Protokolle weisen sog. Basiskommandos auf, über die alle mit dem Protokoll kompatiblen Geräte verfügen. Somit kann sichergestellt werden, dass sämtliche Messwerte, die ein Feldgerät bzw. der Messumformer zur Verfügung stellt, abgerufen werden können. Insbesondere wenn der Messumformer mehr Messwerte zur Verfügung stellt, als vermittels eines (einzigen) Basiskommandos abgefragt werden können, kann
vorgesehen sein, die Messwerte so auf die mehreren Feldbusadressen zu verteilen, dass von jeweils einer der Feldbusadressen des Messumformers vermittels des Basiskommandos zumindest eine Teil der Messwerte abrufbar sind. Dabei kann bspw. immer dasselbe Basiskommando verwendet werden. Die unterschiedlichen vom Messumformer bereit gestellten Messwerte sind somit über die unterschiedlichen Feldbusadressen des Messumformers abrufbar. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Anzahl der von einem Messumformer bereit gestellten Messwerte die Anzahl der vermittels eines einzigen Basiskommandos abrufbaren Messwerte übersteigt. Dies kann bspw. der Fall sein, wenn mehrere Messaufnehmer an einen Messumformer angeschlossen sind und/oder wenn der Messaufnehmer neben einer primären Messgröße auch andere Messgrößen, wie bspw. die Temperatur der
Betriebselektronik bzw. daraus abgeleitete Messwerte zur Verfügung stellt. So kann bspw. aus der gemessenen Durchflussgeschwindigkeit der
Volumendurchfluss, der Gesamtdurchfluss etc. und andere Messwerte bestimmt werden und vom Messumformer abrufbar sein. Es kann also einerseits der Fall auftreten, dass mehrere Messaufnehmer an den
Messumformer angeschlossen werden, und dass der Messaufnehmer dann die Messsignale dieser verschiedenen Messaufnehmer zu Messwerten
verarbeitet und wie beschrieben zur Verfügung stellt. Außerdem können aus einem (einzigen) Messsignal eines Messaufnehmers oder einer daraus abgeleiteten Größe auch mehrere Messwerte von dem Messumformer bestimmt und zur Verfügung gestellt werden.
Es ist kann dabei ausreichen, eine einzige (Kommunikations-)Schnittstelle und einen einzigen Kommunikationskontroller vorzusehen am Messumformer vorzusehen. In einer Ausgestaltung des Messumformers sind die Messwerte von dem Messumformer abrufbar, ohne dass herstellerspezifische (device-specific commands) oder allgemeine (common-practice commands) Kommandos verwendet werden. Es kann also vollständig auf den Einsatz von
herstellerspezifischen Kommandos oder allgemeinen Kommandos verzichtet werden, und die vom Messumformer bereit gestellten Messwerte lediglich durch Verwendung eines Basiskommandos, insbesondere eines einzigen Basiskommandos, abgerufen werden. Anstelle der unterschiedlichen
Kommandos zum Abrufen unterschiedlicher Messwerte von einem
Messumformer, können also unterschiedliche Feldbusadressen genutzt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Messumformers ist das Basiskommando also ein Kommando, über welches Kommando alle mit dem verwendeten Feldbus-Protokoll kompatiblen Geräte verfügen. Ein Vorteil dieser
Ausgestaltung ist, dass eine entsprechende Programmierung des Feldgerätes bezüglich der allgemeinen Kommandos und der herstellerspezifischen
Kommandos entfällt.
In einer weiteren Ausgestaltung des Messumformers erfolgt ein Abruf der von dem Messumformer bereitgestellten Messwerte über den Feldbus vermittels Telegrammen, welche Telegramme an die unterschiedliche Feldbusadressen des Messumformers adressiert sind und dasselbe Basiskommando
beinhalten. Es können also Telegramme über den Feldbus, insbesondere von einem sog. Master, gesendet werden, welche unterschiedliche
Feldbusadressen und aber dasselbe Kommando, d.h. Basiskommando, enthalten, um die von dem Messumformer bereit gestellten Messwerte abzurufen. Stellt der an den Feldbus angeschlossene vorgeschlagene Messumformer fest, dass eine dieser Feldbusadressen mit einer seiner Feldbusadressen übereinstimmt, so sendet er die entsprechenden, der Feldbusadresse zugeordneten Messwerte über den Feldbus als
Antworttelegramm. In diesem Antworttelegramm kann als Absendeadresse bspw. die Feldbusadresse verwenden werden, die in dem Abfragetelegramm enthalten war und von der die Messwerte des Messumformers abgerufen wurden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Messumformers sind vermittels des Basiskommandos Basismesswerte von der zugehörigen Feldbusadresse abrufbar. Durch das Basiskommando sind für gewöhnlich bspw. in dem HART-Protokoll die sog Basismesswerte, d.h. die primäre, sekundäre, tertiäre und die quartäre Variable abrufbar. Dadurch, dass mehrere Feldbusadressen für einen Messumformer vorgesehen sind, können die von dem
Messumformer zur Verfügung gestellten Messwerte vermittels des
Basiskommandos als die zu der Feldbusadresse zugehörigen
Basismesswerte abgerufen und über den Feldbus übertragen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Messumformers dient die Logikeinheit ferner dazu, die vom Messumformer bereitgestellten Messwerte, den über die verschiedenen Feldbusadressen des Messumformers mit dem
Basiskommando abrufbaren Basismesswerten zuzuordnen. Insbesondere die Logikeinheit des Messumformers kann dazu verwendet werden,
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Messwerte auf die mehreren Feldbusadressen des Messumformers verteilt werden, und dass die Messwerte über die verschiedenen Feldbusadressen des Messumformers vermittels des Basiskommandos abgerufen werden. Dadurch können wie bereits in Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Messumformer erläutert, vermittels des Basiskommandos mehr Messwerte von dem Messumformer abgerufen werden, als durch die aus dem Stand der
Technik bekannten Verfahren. Die von dem Messumformer zur Verfügung gestellten Messwerte können zu diesem Zweck vermittels unterschiedlicher Feldbusadressen von dem Messumformer abgerufen werden. Dabei kann es erforderlich sein, den Absender, welcher Messwerte von dem Messumformer abfragt, und auch den Messumformer selbst entsprechend zu programmieren.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden keine herstellerspezifischen oder allgemeine (sog. common-practice) Kommandos zum Abrufen der Messwerte des Messumformers verwendet.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die von dem
Messumformer bereitgestellten Messwerte über den Feldbus vermittels Telegrammen abgerufen, welche Telegramme an die unterschiedlichen Feldbusadressen des Messumformers adressiert sind und ein, insbesondere dasselbe, Basiskommando beinhalten.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die vom
Messumformer bereitgestellten Messwerte, den über die verschiedenen Feldbusadressen des Messumformers mit dem Basiskommando abrufbaren Basismesswerten zugeordnet.
Ferner kann die Aufgabe durch ein Computerprogrammprodukt mit
Programmcodemitteln gelöst werden, welche Programmcodemittel in einen Speicher einer Recheneinheit ladbar sind und wenn sie ausgeführt werden das Verfahren nach einer der vorherigen Ausgestaltungen ausführen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 : zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von Feldgeräten aus dem Stand der Technik,
Fig. 2: zeigt eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung der
vorliegenden Erfindung mit einem Messumformer, der an eine Zweileiter- Stromschleife angeschlossen ist Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung von Messumformern M1 ... Mn, die im HART-Multidrop-Modus betrieben werden. Jeder der Messumformer M1 ... Mn verfügt über eine eigene Feldbusadresse #1 ..#n, über die er exklusiv über den Feldbus adressierbar, d.h. ansprechbar ist. Der Feldbus besteht dabei im Wesentlichen aus einer Zweileiterstromschleife 2L. Die
Zweileiterstromschleife 2L, an die die Messumformer M1 ... Mn angeschlossen sind, wird von einem Messumformerspeisegerät MUS mit der erforderlichen elektrischen Energie versorgt. Gemäß der HART Spezifikation Version 7 können auf an eine solche Zweileiterstromschleife 2L bis zu 15 Sensoren parallel angeschlossen werden und ihre Messwerte digital via HART-Protokoll weitergeben. Somit ist es möglich die Signale mehrerer Sensoren
auszuwerten.
Da für den HART-Multidrop Modus mehrere Messumformer notwendig sind und jeder Messumformer gemäß dem Standard des HART-Protokolls maximal vier Messwerte senden kann, ist die Anzahl an übertragbaren Messwerten aber begrenzt. Sollen mehr als die vier Messwerte von einem der
Messumformer M1 ... Mn übertragbar sein, müssen spezielle Kommandos, d.h. die eingangs erwähnten herstellerspezifischen Kommandos eingeführt werden. Dadurch sind die Messumformer M1 ... Mn aber unter Umständen nicht mehr mit allen HART-Master-Geräten kompatibel. Zudem begrenzt die Messumformerspeisung MUS die Anzahl der maximal möglichen
Messaufnehmer, da jeder Messaufnehmer auch selbst Energie benötigt um eine Messung vornehmen und/oder verarbeiten zu können. In Figur 2 ist eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Messumformers M schematisch dargestellt. Der Messumformer M weist dabei mehrere
Feldbusadressen, d.h. in diesem Fall die Feldbusadressen #1 ...#n auf. Über diese Feldbusadressen #1 ...#n ist der Messumformer M auch von anderen Geräten in die an den Feldbus angeschlossen sind, nicht gezeigt,
ansprechbar. Der Feldbus besteht im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 auch einer Zweileiterestromschleife 2L, die neben der Datenübertragung auch zur Versorgung des Messumformers M mit Energie dient. Bei den anderen am Feldbus 2L angeschlossenen Geräten kann es sich bspw. ebenfalls um
Messumformer oder aber auch um eine Steuereinheit handeln. Bei dem
Messumformer M kann es sich um einen sog. Slave und bei der Steuereinheit, nicht gezeigt, um einen sog. Master handeln. Der Master kann bspw. Anfragen in Form von Telegrammen über den Feldbus an einen Slave senden. Der Slave antwortet dann auf dies Anfrage mit einem Antworttelegramm.
Zur Adressierung können die Feldbusteilnehmer, bspw. gemäß dem
Ausführungsbeispiel aus Figur 1 , entsprechende Feldbusadressen aufweisen, so dass Telegramme zwischen den Feldbusteilnehmern vermittels dieser Adressen ausgetauscht werden können.
Wird ein Telegramm, das an eine der Adressen #1 ...#n des Messumformers M adressiert ist über den Feldbus gesendet und von dem Messumformer M empfangen, welches Telegramm zusätzlich eine Messwertabfrage vermittels eines Basiskommandos beinhaltet, so sendet der Messumformer M die dieser Feldbusadresse zugeordneten Messwerte in Form eines Antworttelegramms zurück über den Feldbus. Durch das Verwenden mehrere Feldbusadressen #1 ...#n für einen einzigen Messumformer M kann auf die Definition bzw.
Verwendung von allgemeinen Kommandos oder gerätespezifischen
Kommandos verzichtet werden.
Der Messumformer M ist dabei über eine Schnittstelle, nicht gezeigt, an den Feldbus, der in Figur 2 aus der Zweileiterdstromschleife 2L besteht,
angeschlossen. Die Schnittstelle dient dabei zur Kommunikation über den Feldbus.
Anstelle der Vielzahl von Messumformern Ml .Mn aus Figur 1 , kann also entsprechend einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nun ein einziger Messumformer M wie er in Figur 2 dargestellt ist, der über mehrere
Feldbusadressen #1 ...#n verfügt, verwendet werden. Dieser Messumformer M
besitzt bspw. auch eine Vielzahl von Messeingängen, an welche
Messaufnehmer anschließbar sind und kann die aus den entsprechenden Messsignalen gewonnen Messwerte über den Feldbus unter Verwendung bspw. des HART-Protokolls übertragen. Der Messumformer M kann somit mehrere Messumformer simulieren.
Die maximale Anzahl der von dem Messumformer M übertragbaren
Messwerte hängt dabei nur noch von der möglichen Anzahl von Adressen und den über ein (einziges) Telegramm des verwendeten Feldbus-Protokolls übertragbaren Anzahl an Messwerten ab. Am Feldbus erscheint der
Messumformer M dann bspw. wie ein Multidrop-Netzwerk bestehend aus mehreren Messumformern Ml.Mn. Dadurch ist der Messumformer M kompatibel zu allen multidrop-fähigen Mastern. Wie bereits erwähnt, ist die Anzahl der Messaufnehmer, die bspw. an einen HART-Feldbus, d.h. einen Feldbus der das HART-Feldbusprotokoll
verwendet, anschließbar sind, von der zur Verfügung stehenden Energie beschränkt, wobei jedoch bspw. Messgrößen wie Temperatur, Druck und/oder Durchfluss auch passiv und damit energiesparend gemessen werden können. Wird der Messumformer M bspw. an eine 4-20 mA Zweileiterstromschleife 2L angeschlossen kann der Messumformer M bis zu 20 mA aus der
Stromschleife für die Messung(en) zur Verfügung stellen.
Besonders vorteilhaft erscheint die vorgeschlagene Erfindung in Bezug auf eine sog. Multipoint-Temperaturmessung. Dabei wird über im Prozess verteilte Messaufnehmer, d.h. Temperatursensoren, ein Temperaturprofil
aufgenommen. Diese Messaufnehmer können nun über den vorgeschlagenen Messumformer M an einen bestehenden Feldbus angeschlossen werden. Der Messumformer M kann bspw. über mehrere Feldbusadressen #1 ...#n, die von den angeschlossenen Messaufnehmern aufgenommenen Messwerte übertragen.
Insbesondere kann der Messaufnehmer M über mehrere analoge und/oder digitale Eingänge verfügen, über die die unterschiedlichen Messaufnehmer
anschließbar sind. Auch kann der Messumformer M mehrere insbesondere unterschiedliche physikalische und/oder chemische Messgrößen messen. Außerdem kann der Messumformer M über eine Vor-Ort-Anzeigeeinheit verfügen, über die die Messwerte und/oder daraus abgeleitete Mittelwerte, Mindest- und/oder Maximalwerte angezeigt werden. Ferner kann der
Messumformer M einen Mikrokontroller aufweisen, der zur Verarbeitung des von den verschiedenen anschließbaren Messaufnehmern übertragenen Messsignals dient. Ferner kann auch eine Speichereinheit zum Speichern der aufgenommenen Messwerte oder anderer prozessrelevanter Daten vorgesehen im Messumformer vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste
MUS Messumformerspeisung
2L Zweileiterstromschleife
M Messumformer
M1 erster Messumformer
M2 zweiter Messumformer
M3 dritter Messumformer
M4 vierter Messumformer
Mn n-ter Messumformer
#1 erste Feldbusadresse
#2 zweite Feldbusadresse
#3 dritte Feldbusadresse
#4 vierte Feldbusadresse
#n n-te Feldbusadresse