WO2019034336A1 - Drahtlosadapter und system - Google Patents

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WO2019034336A1
WO2019034336A1 PCT/EP2018/068916 EP2018068916W WO2019034336A1 WO 2019034336 A1 WO2019034336 A1 WO 2019034336A1 EP 2018068916 W EP2018068916 W EP 2018068916W WO 2019034336 A1 WO2019034336 A1 WO 2019034336A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wireless adapter
hart
field device
communication
unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/068916
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English (en)
French (fr)
Inventor
Vincent De Groot
Original Assignee
Endress+Hauser Process Solutions Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress+Hauser Process Solutions Ag filed Critical Endress+Hauser Process Solutions Ag
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/66—Arrangements for connecting between networks having differing types of switching systems, e.g. gateways
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/31—From computer integrated manufacturing till monitoring
    • G05B2219/31251—Redundant access, wireless and hardware access to fielddevices
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34313—Power supply for communication delivered by, derived from 4-20-mA current loop

Definitions

  • the invention relates to a wireless adapter, as well as a system comprising the wireless adapter.
  • Field devices are already known from the prior art, which are used in industrial plants. In the process automation technology as well as in the
  • Field devices are in principle all devices that are used close to the process and the process-relevant
  • field devices are used to detect and / or influence process variables.
  • measuring process variables measuring devices, or
  • Sensors are used, for example, for measuring pressure and temperature.
  • Conductivity measurement, flow measurement, pH measurement, level measurement, etc. used and recorded the corresponding process variables pressure, temperature, conductivity, pH, level, flow, etc.
  • Actuators are used to influence process variables. These are, for example, pumps or valves that can influence the flow of a liquid in a pipe or the level in a container.
  • field devices are also understood as remote I / Os, radio adapters or general devices which are arranged at the field level. A large number of such field devices are produced and sold by the Endress + Hauser Group.
  • control units such as
  • a PLC programmable logic controller
  • DCS distributed control system
  • the higher-level units are used for process control and commissioning of the field devices.
  • a HART communication loop typically consists of the higher-level unit and the field device, which are connected to each other with two cables. In addition, one is
  • Power supply module connected to the HART communication loop, and optionally a separation module, which ensures safe separation of the two cables for operation in the
  • Separating component designed as a common component.
  • the parent unit, as well as the power supply module and the separation component are typically housed in a control cabinet.
  • the power supply module and the separation component are at one
  • the measured values recorded by a field device are transmitted via the HART communication loop to the respective higher-level unit, which optionally processes the measured values and forwards them to the control center of the system.
  • the control station is used for process visualization, process monitoring and process control via the higher-level units.
  • a data transmission from the higher-level unit via the HART communication loop to the field devices is required, in particular for the configuration and parameterization of field devices and for controlling actuators.
  • Control units such as those produced and distributed by the Applicant "Field Xpert" be integrated
  • higher-level units do not permit communication access to a field device from an operating program running on an operating unit, so that the field devices can not be readily operated by means of the operating unit via the higher-level unit.
  • a mechanical and electrical connection of the control unit to the HART communication loop is also not readily possible: Those parts / components of the HART communication loop, on which the end contacts of those cables are, the connection of additional, for connecting the control unit to the HART - Allow communication loop of required equipment, are located in the control cabinet. This typically offers very little space for additional accommodation
  • the invention has for its object to provide a device which allows operation of a field device via a HART communication loop in a simple and space-saving manner.
  • the task is solved by a wireless adapter and a system.
  • the object is achieved by a wireless adapter comprising an energy conversion unit, a HART modem and a communication unit, wherein the wireless adapter is connected to a HART communication loop,
  • the power supply module is configured to extract the electrical energy needed to operate the wireless adapter from the HART communication loop or HART telegrams transmitted over the HART communication loop,
  • the communication module is configured to communicate wirelessly with a mobile operating unit
  • the HART modem is adapted to communicate with a field device of automation technology connected to the HART communication loop.
  • the advantage of the wireless adapter according to the invention is that a field device can be operated by means of a mobile operating unit via a HART communication loop, without the mobile operating unit having to be mechanically and electrically connected to the HART communication loop.
  • the control unit is connected by means of a wireless connection with the
  • Wireless adapter in communication connection.
  • An operating command of the mobile operating unit is converted into a wireless command in the HART command.
  • the HART command is then transmitted to the field device via the HART communication loop.
  • the response telegram of the field device is then converted by the wireless adapter into a wireless telegram and transmitted to the mobile control unit. Since only a small amount of free space is available in a control cabinet, the installation of the
  • the wireless adapter is designed to be self-sufficient - its electrical energy required for operation is obtained in particular from the HART telegrams transmitted via the HART communication loop between the field device and the higher-level unit.
  • This is advantageous over a battery solution, since this would have to be replaced with depleted energy supply, which is a complex process due to the already mentioned low space available in the cabinet - especially when a variety of wireless adapters is used on different HART communication loops.
  • an operator must be aware that the amounts of energy collected may not be so great that they are sufficient for permanent communication with the field device. There should therefore be sufficient time between two operations.
  • Energy conversion unit is designed to an AC component of HART telegrams to absorb and convert into electrical energy.
  • a HART telegram is an alternating signal, ie an alternating voltage or an alternating current, which is modulated onto the direct component of the supply / measuring current of the HART communication loop. This alternating signal is tapped by the communication module and stored as electrical energy in the power supply module.
  • the HART telegrams are
  • the HART telegrams can be conventional HART telegrams, which are exchanged as part of the communication between the field device and the higher-level unit. In this case, only a small part of the alternating current is consumed to the
  • the higher-level unit may be configured to emit a HART telegram meaningless for the field device at regular time intervals, with only this type of HART telegrams being tapped for the energy recovery of the wireless adapter.
  • a HART telegram contains, for example, an instruction that is invalid for the field device or a different reception address than the network address of the field device.
  • the frequency of the special HART telegram differs from the frequency of conventional HART telegrams, whereby only HART telegrams with this special
  • Frequency can be used for energy production.
  • Another alternative is that the field device sends so-called burst commands.
  • An advantageous embodiment of the wireless adapter according to the invention provides that the energy conversion unit has a rectifier circuit which converts the AC component of the HART telegrams into electrical energy.
  • the energy conversion unit has an energy store, in particular a rechargeable battery or a condenser, which is designed to generate the electrical energy
  • the communication unit is a low-power radio unit which
  • it is configured to send telegrams according to the Bluetooth LE or ZigBee protocol.
  • an energy-saving radio unit can in more frequent intervals between the mobile control unit and the field device to be communicated.
  • the separation module or the power supply module has two terminals, to which the end contacts of the HART communication loop can be connected; and a wireless adapter according to at least one of claims 1 to 5, which is connected to the HART loop such that the wireless adapter is connected in parallel to the field device and that the wireless adapter between the end contacts of the Hart communication loop and the terminals of the separation module, or of
  • Power supply module is arranged.
  • Such a system provides a space-saving solution for servicing a field device in an already existing HART communication loop.
  • the wireless adapter without much space to consume, as a module between the cables of the communication loop and the separation module, or arranged the power supply module. No additional position is required on the DIN rail of the control cabinet for this purpose.
  • End contacts of the HART communication loop are mechanically and electrically connected to a connector plug
  • the wireless adapter acts as an intermediate piece between the connector and the terminals of the separation module, or the power supply module that the
  • Connector is mechanically and electrically connected to the wireless adapter and the wireless adapter is mechanically and electrically connected to the terminals of the separation module, or the power supply module.
  • the wireless adapter is simply placed as an intermediate piece on the connections of the separation module or of the energy supply module.
  • Wireless adapter is designed as a connector
  • the system comprises a gateway, wherein the gateway has at least one
  • the wired communication network is a fieldbus of automation technology, for example
  • Communication network is for example WirelessHART or WLAN.
  • the wireless adapter is configured to communicate with the gateway by means of the communication module in communication.
  • the gateway also has this
  • Communication module for wireless communication. It can be provided here that different wireless protocol is used for the communication between the gateway and the field device for communication between the mobile operating unit and the field device, which is not understood by the mobile operating unit.
  • the system comprises an operating unit, which is designed to the field device via the
  • the control unit is, for example, a
  • Operating unit in the sense of the "Field Xpert" produced and distributed by the applicant, but alternatively also a PC, a laptop, a mobile terminal, such as a
  • Smartphone or a tablet, or a wearable, such as a smartwatch or a data glasses.
  • the wireless adapter is configured to receive an operating command of the operating unit to query information of the field device by means of a HART command according to the operating command and to transmit the information to the operating unit.
  • the wireless adapter is designed to act as a, in particular additional, HART master during the interrogation of the field device. In this way, the wireless adapter can first communicate with the field device. It is envisaged here that the wireless adapter "denies" itself with the higher-level unit so that HART telegrams are not sent out at the same time.
  • the system comprises an operating unit which is designed to operate the further field device via the wireless adapter.
  • the wireless adapter is configured to forward an operating command of the operating unit to the gateway, and
  • gateway is configured to query information from the further field device in accordance with the operating command and to transmit the information to the operating unit via the wireless module.
  • a field device FG1 In a process automation plant, a field device FG1 is used.
  • this field device FG1 is a flowmeter.
  • this may be any field device, as exemplified in the introductory part of the description.
  • the field device FG1 is connected by means of a HART communication loop KS to a higher-level unit SPS.
  • this superordinate unit PLC is a PLC.
  • the higher-level unit PLC itself is connected to the control center LS of the plant via a network NE, for example Ethernet or Profibus DP.
  • a network NE for example Ethernet or Profibus DP.
  • the higher-level unit PLC has no functionality with which it would be possible to have one mobile control unit BE, for example in the form of a mobile terminal or a laptop, to connect to the parent unit PLC to access them on the field device FG1 and to operate this.
  • the term "operating" is understood inter alia a parameterization of the field device FG1.
  • the connection of other components to access the HART Communication loop KS not readily possible. For capacity reasons, such components could not be accommodated in the control cabinet.
  • a temporary connection of such components is also very complex:
  • the cables of the HART communication loop typically each have an end contact EK, which contacts the terminals AK of the combined power supply and separation module EV TM by means of a connector plug. This cable connection would have to be interrupted for a short time in order to temporarily connect the components for contacting the HART communication loop KS.
  • the wireless adapter DA provides a convenient solution for this purpose. This is between the end EK contacts the cable of the HART communication loop KS and the
  • Terminals of the power supply and separation module EV / TM arranged.
  • the wireless adapter DA itself has two connection pins, which are plugged into the terminals AN of the power supply and separation module EV / TM.
  • the wireless adapter DA thus forms an intermediate piece between the end contacts EK and the
  • the wireless adapter DA is designed in such a way that, after correct installation, it is arranged parallel to the field device FG and to the higher-order unit SPS. In this way, the wireless adapter DA can receive both the HART telegram transmitted by the higher-order unit SPS and by the field device FG, as well as sending out HART telegrams themselves. Both functions are made possible by a HART modem HM included in the wireless adapter DA.
  • the wireless adapter DA has a communication unit KE.
  • This is a Bluetooth LE radio unit, which is characterized by a low
  • An operating command of the mobile operating unit BE is converted into a HART command in the wireless adapter DA.
  • the HART command is then transmitted by the HART modem HM via the HART communication loop KS to the field device FG1.
  • Field device is then received by the HART modem HM, converted by the wireless adapter DA into a wireless telegram and then transmitted to the mobile control unit BE.
  • the wireless adapter DA is designed to act as an additional HART master to the higher-level unit PLC. In this way, the wireless adapter DA can be reliably connected to the field device FG1
  • the higher-level unit PLC acts as Primary Master;
  • the wireless adapter DA acts as a secondary master.
  • the required for operating the wireless adapter DA electrical energy refers to
  • the HART telegrams can be conventional HART telegrams, which are exchanged within the framework of communication between field device FG1 and higher-order unit SPS.
  • the higher-level unit PLC can be designed to be in regular operation
  • Time intervals emit for the field device FG1 meaningless HART telegram only this type HART telegrams for the energy of the wireless adapter DA are tapped.
  • Such special HART telegrams can also be transmitted, for example, as burst commands from the higher-level PLC unit.
  • the wireless adapter DA may additionally be in communication with a gateway GW.
  • the gateway GW has at least one communication interface for connecting a field bus FB, in this example Profibus PA. Via fieldbus FB this, the gateway GW communicates with at least one further field device FG2. It is envisaged that the
  • Wireless adapter DA is configured to forward an operating command of the control unit BE to the gateway.
  • the gateway GW then requests information from the further FG2 field device according to the operating command and transmits this information via the wireless module to the operating unit BE.

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Abstract

Die Erfindung umfasst einen Drahtlosadapter (DA), umfassend eine Energiewandlungseinheit (EE), ein HART-Modem (HM) und eine Kommunikationseinheit (KE), wobei der Drahtlosadapter (DA) mit einer HART-Kommunikationsschleife (KS) verbunden ist, wobei die Energiewandlungseinheit (EE) dazu ausgestaltet ist, die zum Betrieb des Drahtlosadapters (DA) benötigte elektrische Energie aus über der HART-Kommunikationsschleife (KS) übertragenen HART-Telegrammen zu gewinnen, wobei das Kommunikationsmodul dazu ausgestaltet ist, drahtlos mit einer mobilen Bedieneinheit (BE) zu kommunizieren, und wobei das HART-Modem (HM) dazu ausgestaltet ist, mit einem Feldgerät (FG1) der Automatisierungstechnik, welches mit der HART-Kommunikationsschleife (KS) verbunden ist, zu kommunizieren.

Description

Drahtlosadapter und System
Die Erfindung betrifft einen Drahtlosadapter, sowie ein System umfassend den Drahtlosadapter. Aus dem Stand der Technik sind bereits Feldgeräte bekannt geworden, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. In der Prozessautomatisierungstechnik ebenso wie in der
Fertigungsautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante
Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, bzw.
Sensoren. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung,
Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, pH-Messung, Füllstandmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktoren verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.
In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Kommunikationsnetzwerke wie beispielsweise einer HART-Kommunikationsschleife mit übergeordneten Einheiten verbunden. Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Steuereinheiten, wie
beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) einem DCS (distributed control System). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte.
Eine HART-Kommunikationsschleife besteht typischerweise aus der übergeordneten Einheit und dem Feldgerät, welche mit zwei Kabeln miteinander verbunden sind. Zusätzlich ist ein
Stromversorgungsmodul an der HART-Kommunikationsschleife angeschlossen, sowie optional ein Trennmodul, welches eine sichere Trennung der beiden Kabel zum Betrieb im
explosionsgesicherten Bereich ermöglicht. Oftmals ist das Stromversorgungsmodul mit der
Trennkomponente als gemeinsame Komponente ausgestaltet. Die übergeordnete Einheit, sowie das Stromversorgungsmodul und die Trennkomponente sind typischerweise in einem Schaltschrank untergebracht. Das Stromversorgungsmodul und die Trennkomponente sind dabei an einer
Hutschiene angebracht. Die Endkontakte der beiden Kabel kontaktieren mittels Anschlusssteckern die passenden Anschlüsse der Trennkomponente, der Stromversorgung und der übergeordneten Einheit.
Die von einem Feldgerät erfassten Messwerte werden über die HART-Kommunikationsschleife an die jeweilige übergeordnete Einheit übermittelt, die die Messwerte gegebenenfalls weiterverarbeitet und an den Leitstand der Anlage weiterleitet. Der Leitstand dient zur Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung und Prozessteuerung über die übergeordneten Einheiten. Daneben ist auch eine Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über die HART-Kommunikationsschleife an die Feldgeräte erforderlich, insbesondere zur Konfiguration und Parametrierung von Feldgeräten sowie zur Ansteuerung von Aktoren.
Zur Bedienung der Feldgeräte sind entsprechende Bedienprogramme (Bedientools) notwendig, die auf den übergeordneten Einheiten entweder eigenständig ablaufen (Endress+Hauser FieldCare, Pactware) oder aber auch in Anwendungen des Leitstands (Siemens PCS7/PDM, ABB Symphony, Emerson Delta V/AMS) integriert sind. Diese Bedienprogramme können auch auf mobilen
Bedieneinheiten, wie beispielsweise den von der Anmelderin produzierten und vertriebenen„Field Xpert" integriert sein
Häufig erlauben übergeordnete Einheiten keinen Kommunikationszugriff auf ein Feldgerät von einem auf einer Bedieneinheit ablaufenden Bedienprogramm aus, so dass die Feldgeräte nicht ohne weiteres mittels der Bedieneinheit über die übergeordnete Einheit bedient werden können. Ein mechanisches und elektrisches Anschließen der Bedieneinheit an die HART- Kommunikationsschleife ist ebenfalls nicht ohne weiteres möglich: Diejenigen Teile/Komponenten der HART-Kommunikationsschleife, an welchen sich die Endkontakte jener Kabel befinden, die einen Anschluss von zusätzlichem, zur Verbindung der Bedieneinheit mit der HART- Kommunikationsschleife benötigtem Equipment erlauben, befinden sich in dem Schaltschrank. Dieser bietet typischerweise nur sehr wenig Platz für eine Unterbringung von zusätzlichem
Equipment. Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung aufzuzeigen, welche eine Bedienung eines Feldgerät über eine HART-Kommunikationsschleife auf einfache und platzsparende Art und Weise erlaubt.
Die Aufgabe wird durch einen Drahtlosadapter und ein System gelöst.
Hinsichtlich des Drahtlosadapters wird die Aufgabe wird durch einen Drahtlosadapter gelöst, welcher eine Energiewandlungseinheit, ein HART-Modem und eine Kommunikationseinheit umfasst, wobei der Drahtlosadapter mit einer HART-Kommunikationsschleife verbunden ist,
wobei das Energieversorgungsmodul dazu ausgestaltet ist, die zum Betrieb des Drahtlosadapters benötigte elektrische Energie aus der HART-Kommunikationsschleife oder aus über der HART- Kommunikationsschleife übertragenen HART-Telegrammen zu gewinnen,
wobei das Kommunikationsmodul dazu ausgestaltet ist, drahtlos mit einer mobilen Bedieneinheit zu kommunizieren, und
wobei das HART-Modem dazu ausgestaltet ist, mit einem Feldgerät der Automatisierungstechnik, welches mit der HART-Kommunikationsschleife verbunden ist, zu kommunizieren. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Drahtlosadapters besteht darin, dass ein Feldgerät mittels einer mobilen Bedieneinheit über eine HART-Kommunikationsschleife bedient werden kann, ohne dass die mobile Bedieneinheit mechanisch und elektrisch mit der HART-Kommunikationsschleife verbunden werden muss. Die Bedieneinheit ist mittels einer Drahtlosverbindung mit dem
Drahtlosadapter in Kommunikationsverbindung. Ein Bedienbefehl der mobilen Bedieneinheit wird in dem Drahtlosadapter in einen HART-Befehl umgewandelt. Der HART-Befehl wird anschließend über die HART-Kommunikationsschleife an das Feldgerät übermittelt. Das Antworttelegramm des Feldgeräts wird anschließend von dem Drahtlosadapter in ein Drahtlostelegramm umgewandelt und an die mobile Bedieneinheit übermittelt. Da in einem Schaltschrank nur wenig freier Platz verfügbar ist, sollte der Einbau des
Drahtlosadapters einmalig erfolgen. Aus diesem Grund ist der Drahtlosadapter autark ausgestaltet - seine zum Betrieb benötigte elektrische Energie wird insbesondere aus den über der HART- Kommunikationsschleife zwischen Feldgerät und übergeordneter Einheit übertragenen HART- Telegrammen bezogen. Dies ist vorteilhaft gegenüber einer Batterielösung, da diese bei erschöpftem Energievorrat ausgetauscht werden müsste, was aufgrund des bereits erwähnten geringen verfügbaren Platzes im Schaltschrank ein aufwendiges Verfahren darstellt - gerade wenn eine Vielzahl von Drahtlosadaptern an verschiedenen HART-Kommunikationsschleifen verwendet wird. Natürlich muss einem Bediener bewusst sein, dass die gesammelten Energiemengen unter Umständen nicht so groß sind, dass diese für eine permanente Kommunikation mit dem Feldgerät ausreichend sind. Es sollten daher ausreichende Zeitabstände zwischen zwei Bedienvorgängen vorhanden sein.
Feldgeräte, welche im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Drahtlosadapter genannt werden, sind bereits im einleitenden Teil der Beschreibung beispielhaft beschrieben worden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Drahtlosadapters ist vorgesehen, dass die
Energiewandlungseinheit dazu ausgestaltet ist, einen Wechselstromanteil der HART-Telegramme aufzunehmen und in elektrische Energie umzuwandeln. Bei einem HART-Telegramm handelt es sich um ein Wechselsignal, also um eine Wechselspannung oder um einen Wechselstrom, welches dem Gleichanteil des Versorgungs-/Messstroms der HART-Kommunikationsschleife aufmoduliert wird. Dieses Wechselsignal wird von dem Kommunikationsmodul abgegriffen und als elektrische Energie in dem Energieversorgungsmodul gespeichert. Die HART-Telegramme werden
insbesondere zwischen dem Feldgerät und der übergeordneten Einheit ausgetauscht.
Bei den HART-Telegrammen kann es sich um herkömmliche HART-Telegramme handeln, welche im Rahmen der Kommunikation zwischen Feldgerät und übergeordneter Einheit ausgetauscht werden. Es wird hierbei nur ein geringer Anteil des Wechselstroms aufgenommen, um die
Kommunikation nicht zu stören.
Alternativ kann die übergeordnete Einheit dazu ausgestaltet sein, in regelmäßigen Zeitabständen ein für das Feldgerät bedeutungsloses HART-Telegramm auszusenden, wobei ausschließlich diese Art HART-Telegramme für die Energiegewinnung des Drahtlosadapters abgegriffen werden. Ein solches HART-Telegramm enthält beispielsweise einen für das Feldgerät ungültigen Befehl oder eine andere Empfangsadresse als die Netzwerkadresse des Feldgeräts. Alternativ kann vorgesehen sein, dass sich die Frequenz des speziellen HART-Telegramms von der Frequenz herkömmlicher HART-Telegramme unterscheidet, wobei lediglich HART-Telegramme mit dieser speziellen
Frequenz für die Energiegewinnung verwendet werden. Eine weitere Alternative besteht darin, dass das Feldgerät sogenannte Burst-Befehle sendet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drahtlosadapters sieht vor, dass die Energiewandlungseinheit über eine Gleichrichterschaltung verfügt, welche den Wechselstromanteil der HART-Telegramme in elektrische Energie umwandelt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drahtlosadapters ist vorgesehen, dass die Energiewandlungseinheit über einen Energiespeicher, insbesondere einen Akkumulator oder einen Kondensator verfügt, welcher dazu ausgestaltet ist, die elektrische Energie
zwischenzuspeichern, bzw. zu puffern.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drahtlosadapters ist vorgesehen, dass es sich bei der Kommunikationseinheit um eine Low-Power-Funkeinheit handelt, welche
insbesondere dazu ausgestaltet ist, Telegramme nach dem Bluetooth LE- oder nach dem ZigBee- Protokoll zu senden. Durch Verwendung einer solchen energiesparenden Funkeinheit kann in häufigeren Zeitabständen zwischen der mobilen Bedieneinheit und dem Feldgerät kommuniziert werden.
Hinsichtlich des Systems wird die Aufgabe durch ein die folgenden Komponenten umfassendes System gelöst:
eine HART-Kommunikationsschleife mit zwei Endkontakten;
ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, welches mit der HART-Kommunikationsschleife verbunden ist;
ein Trennmodul oder ein Energieversorgungsmodul,
wobei das Trennmodul, bzw. das Energieversorgungsmodul über zwei Anschlüsse verfügt, an welche die Endkontakte der HART-Kommunikationsschleife anschließbar sind; und einen Drahtlosadapter nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, welcher mit der HART- Schleife derart verbunden ist, dass der Drahtlosadapter parallel zu dem Feldgerät geschaltet ist und dass der Drahtlosadapter zwischen den Endkontakten der Hart- Kommunikationsschleife und den Anschlüssen des Trennmoduls, bzw. des
Energieversorgungsmoduls angeordnet ist.
Ein solches System stellt eine platzsparende Lösung dar, um ein Feldgerät in einer bereits existierenden HART-Kommunikationsschleife zu bedienen. Der Drahtlosadapter wird, ohne viel Platz zur verbrauchen, als Modul zwischen den Kabel der Kommunikationsschleife und dem Trennmodul, bzw. dem Energieversorgungsmodul angeordnet. Hierfür wird keine zusätzliche Position an der Hutschiene des Schaltschranks benötigt.
Gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die
Endkontakte der HART-Kommunikationsschleife mit einem Anschlussstecker mechanisch und elektrisch verbunden sind,
wobei der Drahtlosadapter derart als Zwischenstück zwischen dem Anschlussstecker und den Anschlüssen des Trennmoduls, bzw. des Energieversorgungsmoduls fungiert, dass der
Anschlussstecker mechanisch und elektrisch mit dem Drahtlosadapter verbunden ist und der Drahtlosadapter mechanisch und elektrisch mit den Anschlüssen des Trennmoduls, bzw. des Energieversorgungsmoduls, verbunden ist. Hierfür müssen keine Komponenten der HART- Kommunikationsschleife ausgewechselt werden, da der Drahtlosadapter einfach als Zwischenstück auf die Anschlüsse des Trennmoduls, bzw. des Energieversorgungsmoduls, gesetzt wird.
Gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass der
Drahtlosadapter als Anschlussstecker ausgestaltet ist, und
wobei die Endkontakte der HART-Kommunikationsschleife mit dem Anschlussstecker verbunden sind und der Drahtlosadapter mechanisch und elektrisch mit den Anschlüssen des Trennmoduls, bzw. des Energieversorgungsmoduls, verbunden ist. Hierfür wird der bisherige Anschlussstecker durch den erfindungsgemäßen Drahtlosadapter ersetzt. Diese Lösung ist noch platzsparender als die der ersten Variante.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen System ist vorgesehen, dass das System einen Gateway umfasst, wobei der Gateway über zumindest eine
Kommunikationsschnittstelle verfügt, mittels welcher das Gateway mit zumindest einem weiteren Feldgerät über ein drahtgebundenes oder drahtloses Kommunikationsnetzwerk in
Kommunikationsverbindung steht. Beispielsweise handelt es sich bei dem drahtgebundenen Kommunikationsnetzwerk um einen Feldbus der Automatisierungstechnik, beispielsweise
Foundation Fieldbus, Profibus PA, etc., oder um ein Ethernet-Netzwerk. Bei dem drahtlosen
Kommunikationsnetzwerk handelt es sich beispielsweise um WirelessHART oder um WLAN. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass der Drahtlosadapter dazu ausgestaltet ist, mit dem Gateway mittels des Kommunikationsmoduls in Kommunikationsverbindung zu stehen. Das Gateway weist hierfür ebenfalls ein
Kommunikationsmodul zur drahtlosen Kommunikation auf. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass für die Kommunikation zwischen Gateway und Feldgerät zur Kommunikation zwischen mobiler Bedieneinheit und Feldgerät verschiedenes Drahtlosprotokoll verwendet wird, welches von der mobilen Bedieneinheit nicht verstanden wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das System eine Bedieneinheit umfasst, welche dazu ausgestaltet ist, das Feldgerät über den
Drahtlosadapter zu bedienen. Bei der Bedieneinheit handelt es sich beispielsweise um eine
Bedieneinheit im Sinne des von der Anmelderin produziert und vertriebenen„Field Xperts", aber alternativ auch um einen PC, einen Laptop, ein mobiles Endgerät, wie beispielsweise ein
Smartphone oder ein Tablet, oder ein Wearable, wie beispielsweise eine Smartwatch oder eine Datenbrille.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass der Drahtlosadapter dazu ausgestaltet ist, einen Bedienbefehl der Bedieneinheit zu empfangen, gemäß dem Bedienbefehl eine Information des Feldgeräts mittels eines HART-Kommandos abzufragen und die Information an die Bedieneinheit zu übermitteln. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass der Drahtlosadapter dazu ausgestaltet ist, während des Abfragens des Feldgeräts als, insbesondere zusätzlicher, HART-Master zu wirken. Auf diese Art und Weise kann der Drahtlosadapter erst mit dem Feldgerät kommunizieren. Es ist hierbei vorgesehen, dass sich der Drahtlosadapter mit der übergeordneten Einheit„abspricht", damit nicht zur selben Zeit HART-Telegramme ausgesendet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen System ist vorgesehen, dass das System eine Bedieneinheit umfasst, welche dazu ausgestaltet ist, das weitere Feldgerät über den Drahtlosadapter zu bedienen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass der Drahtlosadapter dazu ausgestaltet ist, einen Bedienbefehl der Bedieneinheit an das Gateway weiterzuleiten, und
wobei das Gateway dazu ausgestaltet ist, gemäß dem Bedienbefehl eine Information von dem weiteren Feldgerät abzufragen und die Information über das Drahtlosmodul an die Bedieneinheit zu übermitteln.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 : ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drahtlosadapters, bzw. des
erfindungsgemäßen Systems.
In einer Anlage der Prozessautomatisierung ist ein Feldgerät FG1 eingesetzt. Beispielsweise handelt es sich bei diesem Feldgerät FG1 um ein Durchflussmessgerät. Es kann sich hierbei jedoch um ein beliebiges Feldgerät, wie diese in dem einleitenden Teil der Beschreibung beispielshaft genannt sind, handeln.
Das Feldgerät FG1 ist mittels einer HART-Kommunikationsschleife KS mit einer übergeordneten Einheit SPS verbunden. Bei dieser übergeordneten Einheit SPS handelt es sich insbesondere um eine SPS. Mittels der HART-Kommunikationsschleife KS werden die jeweiligen gemessenen Prozesswerte der Feldgeräte FG1 , FG2 an die übergeordnete Einheit SPS übermittelt.
Die übergeordnete Einheit SPS selbst ist über ein Netzwerk NE, bspw. Ethernet oder Profibus DP, mit der Leitstelle LS der Anlage verbunden.
Die übergeordnete Einheit SPS weist keine Funktionalität auf, mit welcher es möglich wäre, eine mobile Bedieneinheit BE, beispielsweise in Form eine mobilen Endgeräts oder eines Laptops, mit der übergeordneten Einheit SPS zu verbinden, um über diese auf das Feldgerät FG1 zugreifen zu können und dieses bedienen zu können. Unter dem Begriff„Bedienen" wird unter anderem ein Parametrieren des Feldgeräts FG1 verstanden.
Da sich die übergeordnete Einheit SPS, sowie weitere Komponenten der HART- Kommunikationsschleife KS, wie einem kombinierten Energieversorgungs- und Trennmodul EV TM, sowie evtl. weiteren Geräten und Kabeln in einem Schaltschrank befindet, ist das Anschließen von weiteren Komponenten zum Zugriff auf die HART-Kommunikationsschleife KS nicht ohne weiteres möglich. Aus Kapazitätsgründen könnten solche Komponenten nicht in dem Schaltschrank untergebracht werden. Ein temporäres Anschließen solcher Komponenten ist außerdem sehr aufwändig: Die Kabel der HART-Kommunikationsschleife weisen typischerweise jeweils einen Endkontakt EK auf, welcher mittels eines Anschlusssteckers die Anschlüsse AK des kombinierten Energieversorgungs- und Trennmoduls EV TM kontaktiert. Diese Kabelverbindung müsste kurzzeitig unterbrochen werden, um temporär die Komponenten für die Kontaktierung der HART- Kommunikationsschleife KS anschließen zu können.
Der erfindungsgemäße Drahtlosadapter DA liefert hierfür eine komfortable Lösung. Dieser wird zwischen den Endkontakten EK der Kabel der HART-Kommunikationsschleife KS und den
Anschlüssen des Energieversorgungs- und Trennmodul EV/TM angeordnet. Hierbei werden die Endkontakte EK der HART-Kommunikationsschleife in dazu passende Anschlüsse des
Drahtlosadapters DA gesteckt. Der Drahtlosadapter DA selbst weist zwei Anschlusspins auf, welche in die Anschlüsse AN des Energieversorgungs- und Trennmoduls EV/TM gesteckt werden. Der Drahtlosadapter DA bildet also ein Zwischenstück zwischen den Endkontakten EK und den
Anschlüssen AN.
Der Drahtlosadapter DA ist derart ausgestaltet, dass dieser nach korrektem Einbau parallel zu dem Feldgerät FG und zu der übergeordneten Einheit SPS angeordnet ist. Auf dieser Art und Weise kann der Drahtlosadapter DA sowohl die von der übergeordneten Einheit SPS und von dem Feldgerät FG ausgesandten HART-Telegramm empfangen, als auch selbst HART-Telegramme aussenden. Beide Funktionalitäten werden durch ein in dem Drahtlosadapter DA enthaltenes HART-Modem HM ermöglicht.
Des Weiteren verfügt der Drahtlosadapter DA über eine Kommunikationseinheit KE. Bei dieser handelt es sich um eine Bluetooth LE-Funkeinheit, welche sich durch einen geringen
Energieverbrauch auszeichnet. Hierdurch ist es möglich, eine mobile Bedieneinheit BE mittels einer Bluetooth-Drahtlosverbindung mit dem Drahtlosadapter DA in Kommunikationsverbindung zu setzen und das Feldgerät FG1 mittels der mobilen Bedieneinheit BE zu bedienen. Ein Bedienbefehl der mobilen Bedieneinheit BE wird in dem Drahtlosadapter DA in einen HART-Befehl umgewandelt. Der HART-Befehl wird anschließend durch das HART-Modem HM über die HART- Kommunikationsschleife KS an das Feldgerät FG1 übermittelt. Das Antworttelegramm des
Feldgeräts wird anschließend von dem HART-Modem HM empfangen, von dem Drahtlosadapter DA in ein Drahtlostelegramm umgewandelt und anschließend an die mobile Bedieneinheit BE übermittelt.
Um ein gleichzeitiges Aussenden von HART-Telegrammen - durch den Drahtlosadapter DA und der übergeordneten Einheit SPS - zu verhindern, ist vorgesehen, dass der Drahtlosadapter DA dazu ausgestaltet ist als zu der übergeordneten Einheit SPS zusätzlicher HART-Master zu wirken. Auf diese Art und Weise kann der Drahtlosadapter DA zuverlässig mit dem Feldgerät FG1
kommunizieren, ohne dass sich beide bei der Kommunikation hindern. Die übergeordnete Einheit SPS wirkt hierbei als Primary Master; der Drahtlosadapter DA wirkt hierbei als Secondary Master.
Die zum Betreiben des Drahtlosadapters DA benötigte elektrische Energie bezieht der
Drahtlosadapter DA aus über der HART-Kommunikationsschleife KS übertragenen HART- Telegrammen. Bei den HART-Telegrammen kann es sich um herkömmliche HART-Telegramme handeln, welche im Rahmen der Kommunikation zwischen Feldgerät FG1 und übergeordneter Einheit SPS ausgetauscht werden.
Alternativ kann die übergeordnete Einheit SPS dazu ausgestaltet sein, in regelmäßigen
Zeitabständen ein für das Feldgerät FG1 bedeutungsloses HART-Telegramm auszusenden, wobei ausschließlich diese Art HART-Telegramme für die Energiegewinnung des Drahtlosadapters DA abgegriffen werden. Solche speziellen HART-Telegramme können auch beispielsweise als Burst- Befehle von der übergeordneten SPS Einheit ausgesendet werden.
Der Drahtlosadapter DA kann zusätzlich mit einem Gateway GW in Kommunikationsverbindung stehen. Der Gateway GW verfügt über zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Anschluss eines Feldbusses FB, in diesem Beispiel Profibus PA. Über Feldbus FB diesen kommuniziert das Gateway GW mit zumindest einem weiteren Feldgerät FG2. Hierbei ist vorgesehen, dass der
Drahtlosadapter DA dazu ausgestaltet ist, einen Bedienbefehl der Bedieneinheit BE an das Gateway weiterzuleiten. Das Gateway GW fragt daraufhin gemäß dem Bedienbefehl eine Information von dem weiteren FG2 Feldgerät ab und übermittelt diese Information über das Drahtlosmodul an die Bedieneinheit BE. Bezugszeichenliste
AN Anschlüsse
BE mobile Bedieneinheit
DA Drahtlosadapter
EE Energiewandlungseinheit
EK Endkontakte
EV Energieversorgungsmodul
FB Feldbus
FG1 , FG2 Feldgerät
GW Gateway
HM HART-Modem
KE Kommunikationseinheit
KS HART-Kommunikationsschleife
TM Trennmodul

Claims

Patentansprüche
Drahtlosadapter (DA), umfassend eine Energiewandlungseinheit (EE), ein HART-Modem (HM) und eine Kommunikationseinheit (KE),
wobei der Drahtlosadapter (DA) mit einer HART-Kommunikationsschleife (KS) verbunden ist, wobei die Energiewandlungseinheit (EE) dazu ausgestaltet ist, die zum Betrieb des
Drahtlosadapters (DA) benötigte elektrische Energie aus der HART-Kommunikationsschleife oder aus über der HART-Kommunikationsschleife (KS) übertragenen HART-Telegrammen zu gewinnen,
wobei das Kommunikationsmodul dazu ausgestaltet ist, drahtlos mit einer mobilen Bedieneinheit (BE) zu kommunizieren, und
wobei das HART-Modem (HM) dazu ausgestaltet ist, mit einem Feldgerät (FG1 ) der
Automatisierungstechnik, welches mit der HART-Kommunikationsschleife (KS) verbunden ist, zu kommunizieren.
Drahtlosadapter (DA) nach Anspruch 1 ,
wobei die Energiewandlungseinheit (EE) dazu ausgestaltet ist, einen Wechselstromanteil der HART-Telegramme aufzunehmen und in elektrische Energie umzuwandeln.
Drahtlosadapter (DA) nach Anspruch 2,
wobei die Energiewandlungseinheit (EE) über eine Gleichrichterschaltung verfügt, welche den Wechselstromanteil der HART-Telegramme in elektrische Energie umwandelt.
Drahtlosadapter (DA) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Energiewandlungseinheit (EE) über einen Energiespeicher, insbesondere einen Akkumulator oder einen Kondensator verfügt, welcher dazu ausgestaltet ist, die elektrische Energie zwischenzuspeichern, bzw. zu puffern.
Drahtlosadapter (DA) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei der Kommunikationseinheit (KE) um eine Low-Power-Funkeinheit handelt, welche insbesondere dazu ausgestaltet ist, Telegramme nach dem Bluetooth LE- oder nach dem Zig Bee- Protokoll zu senden.
System, umfassend:
eine HART-Kommunikationsschleife (KS) mit zwei Endkontakten (EK);
ein Feldgerät (FG1 ) der Automatisierungstechnik, welches mit der HART- Kommunikationsschleife (KS) verbunden ist; ein Trennmodul (TM) oder ein Energieversorgungsmodul (EV),
wobei das Trennmodul (TM), bzw. das Energieversorgungsmodul (EV) über zwei Anschlüsse (AN) verfügt, an welche die Endkontakte (EK) der HART- Kommunikationsschleife (KS) anschließbar sind; und
- einen Drahtlosadapter (DA) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, welcher mit der HART-Kommunikationsschleife (KS) derart verbunden ist, dass der Drahtlosadapter (DA) parallel zu dem Feldgerät (FG1 ) geschaltet ist und dass der Drahtlosadapter (DA) zwischen den Endkontakten (EK) der Hart-Kommunikationsschleife (KS) und den Anschlüssen (AN) des Trennmoduls (TM), bzw. des Energieversorgungsmoduls (EV) angeordnet ist.
7. System nach Anspruch 6,
wobei die Endkontakte (EK) der HART-Kommunikationsschleife (KS) mit einem
Anschlussstecker mechanisch und elektrisch verbunden sind,
wobei der Drahtlosadapter (DA) derart als Zwischenstück zwischen dem Anschlussstecker und den Anschlüssen (AN) des Trennmoduls (TM), bzw. des Energieversorgungsmoduls (EV) fungiert, dass der Anschlussstecker mechanisch und elektrisch mit dem Drahtlosadapter (DA) verbunden ist und der Drahtlosadapter (DA) mechanisch und elektrisch mit den Anschlüssen (AN) des Trennmoduls (TM), bzw. des Energieversorgungsmoduls (EV), verbunden ist.
8. System nach Anspruch 6,
wobei der Drahtlosadapter (DA) als Anschlussstecker ausgestaltet ist, und
wobei die Endkontakte (EK) der HART-Kommunikationsschleife (KS) mit dem Anschlussstecker verbunden sind und der Drahtlosadapter (DA) mechanisch und elektrisch mit den Anschlüssen (AN) des Trennmoduls (TM), bzw. des Energieversorgungsmoduls (EV), verbunden ist.
9. System nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8, umfassend ein Gateway (GW), wobei das Gateway (GW) über zumindest eine Kommunikationsschnittstelle verfügt, mittels welcher das Gateway (GW) mit zumindest einem weiteren Feldgerät (FG2) über ein drahtgebundenes oder drahtloses Kommunikationsnetzwerk (FB) in Kommunikationsverbindung steht.
10. System nach Anspruch 9,
wobei der Drahtlosadapter (DA) dazu ausgestaltet ist, mit dem Gateway (GW) mittels des Kommunikationsmoduls in Kommunikationsverbindung zu stehen.
1 1 . System nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8, umfassend eine mobile Bedieneinheit (BE), welche dazu ausgestaltet ist, das Feldgerät (FG1 ) über den Drahtlosadapter (DA) zu bedienen.
12. System nach Anspruch 1 1 ,
wobei der Drahtlosadapter (DA) dazu ausgestaltet ist, einen Bedienbefehl der mobilen
Bedieneinheit (BE) zu empfangen, gemäß dem Bedienbefehl eine Information des Feldgeräts (FG1 ) mittels eines HART-Kommandos abzufragen und die Information an die mobile
Bedieneinheit (BE) zu übermitteln.
13. System nach Anspruch 12,
wobei der Drahtlosadapter (DA) dazu ausgestaltet ist, während des Abfragens des Feldgeräts (FG1 ) als, insbesondere zusätzlicher, HART-Master zu wirken.
14. System nach zumindest einem der Ansprüche 9 oder 10, umfassend eine mobile Bedieneinheit (BE), welche dazu ausgestaltet ist, das weitere Feldgerät (FG2) über den Drahtlosadapter (DA) zu bedienen. 15. System nach Anspruch 14,
wobei der Drahtlosadapter (DA) dazu ausgestaltet ist, einen Bedienbefehl der mobilen
Bedieneinheit (BE) an das Gateway (GW) weiterzuleiten, und
wobei das Gateway (GW) dazu ausgestaltet ist, gemäß dem Bedienbefehl eine Information von dem weiteren Feldgerät (FG2) abzufragen und die Information über den Drahtlosadapter (DA) an die mobile Bedieneinheit (BE) zu übermitteln.
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