WO2020114719A1 - SYSTEM ZUM ÜBERWACHEN ODER BEDIENEN VON ZUMINDEST EINEM FELDGERÄT ZUR BESTIMMUNG ODER ÜBERWACHUNG ZUMINDEST EINER PHYSIKALISCHEN ODER CHEMISCHEN PROZESSGRÖßE - Google Patents

SYSTEM ZUM ÜBERWACHEN ODER BEDIENEN VON ZUMINDEST EINEM FELDGERÄT ZUR BESTIMMUNG ODER ÜBERWACHUNG ZUMINDEST EINER PHYSIKALISCHEN ODER CHEMISCHEN PROZESSGRÖßE Download PDF

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robot
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Wolfgang Drahm
Peter KLÖFER
Thomas Moore
Thomas Wilhelm
Alfred Rieder
Klaus Pankratz
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    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0428—Safety, monitoring
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    • G05B2219/31—From computer integrated manufacturing till monitoring
    • G05B2219/31197—Near field communication nfc

Definitions

  • the invention relates to a system for monitoring or operating at least one field device for determining or monitoring at least one physical or chemical process variable of a medium in automation technology.
  • a system for monitoring or operating at least one field device for determining or monitoring at least one physical or chemical process variable of a medium in automation technology.
  • Factory automation systems field devices are used in many cases, which serve to record and / or influence process variables.
  • Sensors are used to record process variables of a gaseous, liquid or solid medium.
  • Redox potential measuring devices are integrated, which the corresponding process variables fill level, flow, pressure, temperature, pH value, conductivity, chemical
  • Actuators such as valves or pumps, are used to influence process variables via which the flow of a liquid in a pipe section or the fill level in one
  • Container can be changed.
  • field devices are all devices that are used close to the process and that supply or process process-relevant information.
  • a corresponding near-field communication interface is preferably a standardized interface, for example a Bluetooth or a Bluetooth Low Energy (BLE) interface.
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • operating a field device is understood to mean the display of configuration, parameterization, measurement and status data or other data relating to the field device, but also the parameterization or configuration of the field device during commissioning or in As part of a service call. Operation can also include the transfer of a firmware update into the field device.
  • the disadvantage of the known near-field communication interfaces is the relatively short range of the communication; it is limited to a few meters. Furthermore, undisturbed communication is only possible if there are no obstacles to the radio waves between the two communication partners.
  • Level meter on a possibly 30m high tank attached which may still be positioned in a difficult to access location in a desert area. Furthermore, e.g. Flow meters must be installed under the water level of a lake or the sea at a predetermined depth. In all applications in which the range of the near field communication is exceeded or the near field communication is disturbed, it cannot be used to operate field devices.
  • the invention is based on the object of proposing a system which makes it possible to operate even field devices which are installed in positions which are difficult to access in a simple manner.
  • the object is achieved by a system for monitoring or operating at least one field device for determining or monitoring at least one physical or chemical process variable of a medium in automation technology, the field device in a defined - position described by XYZ coordinates.
  • the system has an operating and communication unit and a robot suitable for land, sea and / or air.
  • the field device is equipped with a first near-field communication interface; the operating and
  • Communication unit has a first far field communication interface.
  • the land, sea and / or airworthy robot is with a second
  • the field device and the land, sea and / or air-capable robot exchange data and information relating to the field device. For example, the data and
  • the operating and communication unit and the land, sea and / or
  • Airborne robots also exchange data and information via the first far-field communication interface and the second far-field communication interface.
  • the data include around
  • Data transmission must meet high security standards and that it is preferably encrypted.
  • the invention makes it possible to eliminate the disadvantage of the short range of a near field communication, which is limited to a few meters.
  • the field device can be addressed and operated at any time, both for a portable, mobile operating tool and for a stationary operating and communication unit, which can also be designed as a cloud-based solution, even if there is no direct connection between the two
  • the land, sea and / or air-compatible robot takes on the mediating function. Even an intercontinental operation of a field device via the Internet / intranet is possible with the possible solution according to the invention. Even long distances, the operating personnel have the option of controlling the land, sea and / or air-compatible robot and using it to operate a field device.
  • the far-field communication interfaces are preferably Internet-compatible interfaces.
  • each field device is assigned an Internet address as a unique identifier.
  • the far field communication interface could also be a standardized field bus interface, e.g. a wireless HART interface. It is also possible to control and
  • the operating and communication unit also being assigned a cloud-compatible database.
  • Automation systems are stored in the cloud on cloud-compatible databases.
  • a database that is compatible with cloud computing technology is referred to as a cloud-compatible database.
  • cloud computing means the processing and storage of information and access to the stored information via the Internet.
  • So-called interfaces for application programming are used to access such a database and to exchange data.
  • API Application Program Interface
  • API Application Program Interface
  • a development of the system according to the invention proposes that the land, sea and / or air-capable robot itself is assigned a storage unit in which the position data of the field device or field devices to be operated are stored.
  • a GPS module is assigned to the land, sea and / or airworthy robot.
  • the position data of the field device to be operated or the field devices to be operated are preferably transmitted to the robot suitable for land, sea and / or air from the operating and communication unit or they are stored in the previously described storage unit. If the automation system is located in a closed area in which GPS fails, an indoor position determination system is provided in connection with the invention, by means of which the robot suitable for land, sea and / or air is navigated.
  • the operating and communication unit be designed in such a way that it can be used by an operator as a position control for the land, sea and / or air-compatible robot.
  • the GPS control can be dispensed with, since the operator knows the approximate position of the field device and can carry out the rough control on sight.
  • the robot suitable for land, sea and / or air is equipped with a camera. This supports the control and
  • Operation via the Internet but also provides image data that can provide information about visible defects on the field device.
  • Near field communication interfaces are preferably designed as Bluetooth Low Energy (BLE) interfaces.
  • the operating and communication unit is preferably a mobile device, in particular a smartphone, a SmartPad or a laptop.
  • Flight drone in particular a payload-capable flight drone, i.e. a copter or a multicopter.
  • the multicopter can be Quadro, Penta, Hexa or Octocopter, for example.
  • the drone can generally be a robot that can be moved over land, in water or in the air.
  • An embodiment of the solution according to the invention provides that the field device is supplied with current via an electrical connection.
  • the field device has an energy supply unit with limited or time-limited capacity.
  • the energy supply unit can be at least one battery or at least one rechargeable battery or at least one fuel cell.
  • the energy supply unit can also be designed such that it supplies the field device with energy via solar or wind energy.
  • a rough control of the land, sea and / or air-compatible robot to a field device to be operated takes place on sight or via the GPS data of the field device. If there are many field devices on a tank, the GPS control may not be sufficient. It is therefore provided that the drone is assigned a rendezvous device, via which the drone can specifically control the position of a selected field device.
  • Control then takes place e.g. about the evaluation of
  • the payload-capable drone in particular the payload-capable
  • Flight drone a payload device for receiving and delivering at least one battery or a battery is assigned.
  • Appropriate designed drones are known from the prior art.
  • the field device have at least one replaceable battery as an energy supply unit.
  • the field device is assigned a lock / release device, which is designed in such a way that the battery can be replaced by the payload-capable drone, in particular the payload-capable flight drone. This ensures the permanent use of a field device, even if it does not have an external one
  • Energy supply is supplied with energy.
  • Fig. 1 a first embodiment of the system according to the invention
  • the field device 1 shows a first embodiment of the system according to the invention for monitoring or operating a field device 1.
  • the field device 1 is attached to the lid 14 of a container 13 and determines and / or monitors the fill level of a medium 2 which is located in the container 13.
  • the position or the installation location of the field device 1 is defined by XYZ coordinates or by corresponding GPS data.
  • the field device 1 is also equipped with a unique identifier. According to the invention, it has a near-field communication interface 5a.
  • An operator BP has access to the field device 1 via an operating and communication unit 4.
  • the portable operating and communication unit 4 is equipped with a far field communication interface 6a.
  • the operator BP communicates with a robot 3 suitable for land, sea and / or air.
  • the robot 3 is a drone.
  • the flight drone 3 has both a near-field communication interface 5b for communication with the field device 1 and one
  • Far-field communication interface 6b for communication with the operating and communication unit 4. Communication in the far field can e.g. via intranet, internet or wireless FIART.
  • the flight drone 3 has the function of an intermediate transmitter and enables the operation of a difficult-to-access field device 1, which e.g. is attached to the lid of a tank 13 up to 30 m high, without the operating personnel BP himself having to come so close to the field device 1 that the operation can take place via the near field communication.
  • the type of operation and the type of data exchanged have already been described above, so that repetition is not required.
  • the control of the flight drone 3 on the field device 1 takes place in the simplest case on sight. This can cause problems pose if the operating personnel BP is inexperienced in handling the operation of flight drones 3 or in general drones.
  • the control is preferably carried out, at least the rough control of the flight drone 3 to the field device 1 via GPS - if use is possible - otherwise via an indoor position determination system.
  • the flight drone 3 is assigned a GPS module 8 or a corresponding indoor position module 8.
  • the position data XYZ of the field device 1 to be operated are preferably transmitted to the land, sea and / or air-compatible robot 3 by the operating and communication unit 4. However, it is also possible for the position data to be stored in a memory unit 7 belonging to the flight drone 3.
  • the fine control of the flight drone 3 when approaching the field device 1 is preferably carried out via communicated signals, in particular via location signals.
  • the field device 1 is either connected to a wired external
  • Energy supply unit 9 With internal energy supply units 9, it should be noted that energy is only available to them with limited capacity or due to weather conditions. In the
  • Energy supply unit 10 can be, for example, at least one battery or at least one rechargeable battery or at least one fuel cell. Depending on the place of use, the energy supply unit 10 can also be designed such that it supplies the field device 1 with energy via solar radiation or wind power.
  • the drone 3 in particular the flight drone, is payable.
  • the drone 3 has a payload device 11 for receiving and delivering at least one rechargeable battery or a battery. Drones with a suitably designed payload device 11 are known from the prior art.
  • An embodiment of the system according to the invention provides that the field device has at least one replaceable battery as the energy supply unit 9.
  • it has a lock / release device 12 which is designed such that the battery can be replaced by the payload-capable drone 3, in particular the payload-capable flight drone.
  • a field device 1 that is not powered by an external power supply can be operated continuously.
  • 2 shows a second embodiment of the system according to the invention.
  • the components described in connection with FIG. 1 can also be used in the solution shown in FIG. 2. It should be noted that the solution shown in FIG. 2 in the simplest case only includes the features that are described in claim 1.
  • FIG. 2 For the sake of simplicity, only the distinguishing features of the solution shown in FIG. 1 are shown and described in FIG. 2.
  • communication takes place in the far field via the Internet and / or intranet.
  • the flight drone 3 shown is controlled either by operating personnel BP or by a software program that runs in a cloud application.
  • the position data is retrieved directly from a cloud-compatible database.
  • the other data is stored in a cloud-compatible database and can be called up at any time.
  • the data is e.g. position and / or control signals,
  • Location signals, image data, parameterization, status and / or measurement data that is also data and information relating to the field device 1.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Überwachen oder Bedienen von zumindest einem Feldgerät (1) zur Bestimmung oder Überwachung zumindest einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums (2) in der Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät (1) in einer definierten Position (XYZ) installiert ist, mit einer Bedien- und Kommunikationseinheit (4) und einem land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter (3), wobei das Feldgerät (1) mit einer ersten Nahfeld-Kommunikationsschnittstelle (5a) ausgestattet ist, wobei die Bedien- und Kommunikationseinheit (4) mit einer ersten Fernfeldkommunikationsschnittstelle (6a) ausgestattet, wobei der land-, see- und/oder lufttaugliche Roboter (3) mit einer zweiten Nahfeldkommunikationsschnittstelle (5b) und mit einer zweiten Fernfeldkommunikationsschnittstelle (6b) ausgestattet ist, wobei das Feldgerät (1) und der land-, see- und/oder lufttaugliche Roboter (3) über die erste Nahfeldkommunikationsschnittstelle (5a) und die zweite Nahfeldkommunikationsschnittstelle (5b) das Feldgerät (1) betreffende Daten und/oder Informationen austauschen, und wobei die Bedien- und Kommunikationseinheit (4) und der land-, see- und/oder lufttauglicher Roboter (3) über die erste Fernfeldkommunikationsschnittstelle (6a) und die zweite Fernfeldkommunikationsschnittstelle (6b) Positions- und/oder Steuersignale, Ortungssignale, Bilddaten und/oder das Feldgerät (1) betreffenden Daten und/oder Informationen austauschen.

Description

System zum Überwachen oder Bedienen von zumindest einem Feldgerät zur Bestimmung oder Überwachung zumindest einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße Die Erfindung betrifft ein System zum Überwachen oder Bedienen von zumindest einem Feldgerät zur Bestimmung oder Überwachung zumindest einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums in der Automatisierungstechnik. In Automatisierungsanlagen, insbesondere in Prozess- und
Fabrikautomatisierungsanlagen, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen eines gasförmigen, flüssigen oder festen Mediums dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-
Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, Spektrometer, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Leitfähigkeit, chemische
Zusammensetzung erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem
Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw.
allgemein Geräte verstanden, die in einer Automatisierungsanlage angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben. In zunehmendem Maße sind Feldgeräte der Automatisierungstechnik mit einer Nahfeldkommunikationsschnittstelle ausgestattet. Bevorzugt handelt es sich bei einer entsprechenden Nahfeldkommunikationsschnittstelle um eine standardisierte Schnittstelle, z.B. eine Bluetooth- bzw. eine Bluetooth Low Energy- (BLE) Schnittstelle. Unter Verwendung einer entsprechenden App sind die Feldgeräte dann mittels handelsüblicher Kommunikationstools (Smartphone, Tablet, Laptop, ...) bedienbar.
Im Zusammenhang mit der Erfindung wird übrigens unter dem Begriff “Bedienen eines Feldgeräts“ die Anzeige von Konfigurations-, Parametrier-, Mess- und Statusdaten oder sonstigen das Feldgerät betreffenden Daten verstanden, aber auch das Parametrieren oder Konfigurieren des Feldgeräts im Rahmen einer Inbetriebnahme oder im Rahmen eines Serviceeinsatzes. Weiterhin kann Bedienen das Überspielen eines Firmware- Updates in das Feldgerät beinhalten.
Der Nachteil der bekannten Nahfeldkommunikationsschnittstellen liegt in der relativ geringen Reichweite der Kommunikation; sie ist auf wenige Meter beschränkt. Weiterhin ist eine ungestörte Kommunikation nur möglich, wenn sich zwischen den beiden Kommunikationspartnern keine die Funkwellen hemmenden Hindernisse befinden.
In Automatisierungsanlagen sind Feldgeräte durchaus an schwer
zugänglichen Positionen befestigt. Beispielsweise kann eine
Füllstandsmessgerät auf einem u.U. 30m hohen Tank befestigt sein, der ggf. noch an einem schwer zugänglichen Standort in einem Wüstengebiet positioniert ist. Weiterhin können z.B. Durchflussmessgeräte unter dem Wasserspiegel eines Sees oder des Meeres in einer vorgegebenen Tiefe installiert sein. Bei allen Anwendungen, bei denen die Reichweite der Nahfeldkommunikation überschritten oder die Nahfeldkommunikation gestört ist, ist sie nicht zum Bedienen von Feldgeräten einsetzbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System vorzuschlagen, das es ermöglicht, selbst Feldgeräte, die an schwer zugänglichen Positionen installiert sind, auf einfache Art und Weise zu bedienen.
Die Aufgabe wird durch ein System zum Überwachen oder Bedienen von zumindest einem Feldgerät zur Bestimmung oder Überwachung zumindest einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums in der Automatisierungstechnik gelöst, wobei das Feldgerät in einer definierten - durch X-Y-Z Koordinaten beschriebenen - Position installiert ist. Eine
Definition, was unter dem Begriff“Feldgeräte“ zu verstehen ist, ist bereits in der Beschreibungseinleitung aufgeführt. Das System weist eine Bedien-und Kommunikationseinheit und einen land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter auf. Das Feldgerät ist mit einer ersten Nahfeld-Kommunikationsschnittstelle ausgestattet; die Bedien- und
Kommunikationseinheit weist eine erste Fernfeldkommunikationsschnittstelle auf.
Der land-, see- und/oder lufttaugliche Roboter ist mit einer zweiten
Nahfeldkommunikationsschnittstelle und mit einer zweiten
Fernfeldkommunikationsschnittstelle ausgestattet. Über die erste
Nahfeldkommunikationsschnittstelle und die zweite
Nahfeldkommunikationsschnittstelle tauschen das Feldgerät und der land-, see- und/oder lufttaugliche Roboter Daten und Informationen aus, die das Feldgerät betreffen. Beispielsweise handelt es sich bei den Daten und
Informationen um Konfigurier-, Parametrier-, Status- und/oder Messdaten. Die Bedien- und Kommunikationseinheit und der land-, see- und/oder
lufttauglicher Roboter tauschen über die erste Fernfeldkommunikations schnittstelle und die zweite Fernfeldkommunikationsschnittstelle gleichfalls Daten und Informationen aus. Bei den Daten handelt es sich u.a. um
Positions- und/oder Steuersignale, Ortungssignale, Bilddaten, Parametrier-, Status- und/oder Messdaten, also gleichfalls um das Feldgerät betreffende Daten und/oder Informationen. Es versteht sich von selbst, dass die
Datenübertragung hohen Sicherheitsstandards genügen muss, und dass sie bevorzugt verschlüsselt erfolgt.
Durch die Erfindung ist es möglich, den Nachteil der kurzen, auf wenige Meter beschränkten Reichweite einer Nahfeldkommunikation zu eliminieren. Sowohl für ein tragbares, mobiles Bedientool als auch für eine stationäre Bedien- und Kommunikationseinheit, die auch als cloudbasierte Lösung ausgestaltet sein kann, ist das Feldgerät jederzeit ansprech- und bedienbar, und zwar auch dann, wenn keine unmittelbare Verbindung zwischen den beiden
Kommunikationspartnern besteht. Der land-, see- und/oder lufttaugliche Roboter übernimmt die Vermittlerfunktion. Selbst eine Interkontinental- Bedienung eines Feldgeräts via Internet/Intranet ist mit der erfindungsgemäßen Lösung möglich. Das Bedienpersonal hat selbst über weite Entfernungen hinweg die Möglichkeit, den land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter zu steuern und zur Bedienung eines Feldgerät einzusetzen.
Bevorzugt handelt es sich bei den Fernfeldkommunikationsschnittstellen um Internetfähige Schnittstellen. In diesem Fall ist jedem Feldgerät als eindeutige Kennzeichnung eine Internetadresse zugeordnet. Es könnte sich bei der Fernfeldkommunikationsschnittstelle durchaus auch um eine standardisierte Feldbusschnittstelle, z.B. eine Wireless HART- Schnittstelle, handeln. Auch ist es möglich, die Bedien-und
Kommunikationseinheit als Cloud-Lösung auszugestalten, wobei der Bedien- und Kommunikationseinheit auch eine cloudfähige Datenbank zugeordnet ist.
„Industrial Internet of Things (lloT)“ und„Industrie 4.0“ gewinnen zunehmend an Bedeutung. Große Mengen Daten aus industriellen
Automatisierungsanlagen werden in der Cloud auf cloudfähige Datenbanken gespeichert. Als cloudfähige Datenbank wird eine Datenbank bezeichnet, die kompatibel zur Cloud-Computing-Technologie ist. Unter Cloud Computing wird in diesem Fall das Verarbeiten und Speichern von Informationen und das Zugreifen auf die gespeicherten Informationen über das Internet verstanden.
Zum Zugriff auf eine solche Datenbank und zum Austausch der Daten werden sogenannte Schnittstellen zur Anwendungsprogrammierung (engl.:
„Application Programm Interface“, kurz„API“) verwendet. Diese definieren die erlaubten Befehle und Zugriffsarten auf eine Datenbank. Vor dem Zugriff kann die API eine Authentifikation des Benutzers verlangen. Diese Authentifikation wird üblicherweise über einen Schlüssel (einen sogenannten„API key“) realisiert.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems schlägt vor, dass dem land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter selbst eine Speichereinheit zugeordnet ist, in der die Positionsdaten des zu bedienenden Feldgeräts bzw. der zu bedienenden Feldgeräte gespeichert sind. Alternativ ist vorgesehen, dass dem land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter ein GPS Modul zugeordnet ist. Bevorzugt werden die Positionsdaten des zu bedienenden Feldgeräts bzw. der zu bedienenden Feldgeräte dem land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter von der Bedien- und Kommunikationseinheit übermittelt oder sie sind in der zuvor beschriebenen Speichereinheit abgelegt. Befindet sich die Automatisierungsanlage in einem abgeschlossenen Bereich, in dem GPS versagt, ist in Verbindung mit der Erfindung ein Indoor- Positionsbestimmungssystem vorgesehen, über das die Navigation des land-, see- und/oder lufttauglichen Roboters erfolgt.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Bedien- und Kommunikationseinheit so ausgestaltet ist, dass sie von einer Bedienperson als Positionssteuerung für den land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter verwendbar ist. In diesem Fall kann auf die GPS Steuerung verzichtet werden, da der Bedienperson die ungefähre Position des Feldgeräts bekannt ist und sie die Grobsteuerung auf Sicht durchführen kann.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter mit einer Kamera ausgestattet ist. Dies unterstützt die Steuerung und
Bedienung über Internet, liefert aber auch Bilddaten, die Aufschluss über sichtbare Mängel an dem Feldgerät liefern können.
In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung sind die
Nahfeldkommunikationsschnittstellen bevorzugt als Bluetooth Low Energy (BLE-) Schnittstellen ausgebildet. Bei der Bedien- und Kommunikationseinheit handelt es sich bevorzugt um ein mobiles Endgerät, insbesondere um ein Smartphone, ein SmartPad oder einen Laptop.
Als land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter kommt bevorzugt eine
Flugdrohne, insbesondere eine nutzlastfähige Flugdrohne, also ein Copter oder ein Multicopter zum Einsatz. Bei dem Multicopter kann es sich z.B. um Quadro-, Penta-, Hexa- oder Octocopter handeln. Wie bereits zuvor erwähnt, kann es sich bei der Drohne aber generell um einen Roboter handeln, der über Land, im Wasser oder in der Luft bewegbar ist. Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass das Feldgerät über eine elektrische Verbindung mit Strom versorgt wird. Alternativ ist vorgesehen, dass dem Feldgerät eine Energieversorgungseinheit mit beschränkter oder zeitlich beschränkter Kapazität zur Verfügung steht. Bei der Energieversorgungseinheit kann es sich um zumindest eine Batterie oder zumindest einen Akku oder zumindest eine Brennstoffzelle handeln. Je nach Einsatzort kann die Energieversorgungseinheit auch so ausgestaltet sein, dass sie das Feldgerät über Solar- oder Windenergie mit Energie versorgt.
Eine Grobansteuerung des land-, see- und/oder lufttauglichen Roboters an ein zu bedienendes Feldgerät erfolgt auf Sicht oder über die GPS Daten des Feldgeräts. Befinden sich viele Feldgeräten auf einem Tank, so reicht die GPS Ansteuerung eventuell nicht aus. Daher ist vorgesehen, dass der Drohne eine Rendezvous-Vorrichtung zugeordnet ist, über die die Drohne die Position eines ausgewählten Feldgeräts gezielt ansteuern kann. Die gezielte
Ansteuerung erfolgt dann z.B. über die Auswertung von
Kommunikationssignalen, die von der Nahfeldkommunikationsschnittstelle ausgesendet werden und die das Feldgerät eindeutig als das zu bedienende Feldgerät charakterisieren.
Weiterhin ist in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen System vorgesehen, dass der nutzlastfähigen Drohne, insbesondere der nutzlastfähigen
Flugdrohne, eine Nutzlastvorrichtung zur Aufnahme und Abgabe zumindest eines Akkus oder einer Batterie zugeordnet ist. Entsprechende designte Drohnen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Feldgerät als Energieversorgungseinheit zumindest einen austauschbaren Akku aufweist. Weiterhin ist dem Feldgerät eine Lock- /Release-Vorrichtung zugeordnet ist, die so ausgestaltet ist, dass der Tausch des Akkus von der nutzlastfähigen Drohne, insbesondere der nutzlastfähigen Flugdrohne, ausführbar ist. Hierdurch wird der dauerhafte Einsatz eines Feldgeräts sichergestellt, selbst wenn dieses nicht über eine externe
Energieversorgung mit Energie versorgt wird.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 : eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems und
Fig. 2: eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems zum Überwachen oder Bedienen eines Feldgeräts 1 . Das Feldgerät 1 ist am Deckel 14 eines Behälters 13 befestigt und bestimmt und/oder überwacht den Füllstand eines Mediums 2, das sich in dem Behälter 13 befindet. Die Position bzw. der Installationsort des Feldgeräts 1 ist durch XYZ Koordinaten bzw. durch entsprechende GPS-Daten definiert. Das Feldgerät 1 ist darüber hinaus mit einer eindeutigen Kennung ausgestattet. Erfindungsgemäß weist es eine Nahfeldkommunikationsschnittstelle 5a auf.
Eine Bedienperson BP hat über eine Bedien- und Kommunikationseinheit 4 Zugriff auf das Feldgerät 1 . Die tragbare Bedien- und Kommunikationseinheit 4 ist mit einer Fernfeldkommunikationsschnittstelle 6a ausgestattet. Über die Bedien- und Kommunikationseinheit 4 kommuniziert die Bedienperson BP mit einem land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter 3. Im gezeigten Fall handelt es sich bei dem Roboter 3 um eine Flugdrohne.
Die Flugdrohne 3 weist sowohl eine Nahfeldkommunikationsschnittstelle 5b zur Kommunikation mit dem Feldgerät 1 als auch eine
Fernfeldkommunikationsschnittstelle 6b zur Kommunikation mit der Bedien- und Kommunikationseinheit 4. Die Kommunikation im Fernfeld kann z.B. über Intranet, Internet oder Wireless FIART erfolgen. Die Flugdrohne 3 hat quasi die Funktion eines zwischengeschalteten Übermittlers und ermöglicht eine Bedienung eines schwer zugänglichen Feldgeräts 1 , das z.B. am Deckel eines bis zu 30m hohen Tanks 13 befestigt ist, ohne dass das Bedienpersonal BP selbst dem Feldgerät 1 so nahe kommen muss, dass die Bedienung über die Nahfeldkommunikation erfolgen kann. Die Art der Bedienung und die Art der ausgetauschten Daten sind bereits an vorhergehender Stelle beschrieben, so dass auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Die Ansteuerung der Flugdrohne 3 an das Feldgerät 1 erfolgt je nach technischer Machbarkeit im einfachsten Fall auf Sicht. Dies kann Probleme aufwerfen, wenn das Bedienpersonal BP im Umgang mit der Bedienung von Flugdrohnen 3 bzw. allgemein von Drohnen ungeübt ist. Bevorzugt erfolgt die Ansteuerung, zumindest die Grobansteuerung der Flugdrohne 3 an das Feldgerät 1 über GPS - falls der Einsatz möglich ist - andernfalls über ein Indoor-Positionsbestimmungssystem. Der Flugdrohne 3 ist hierzu ein GPS- Modul 8 oder ein entsprechendes Indoor-Positionsmodul 8 zugeordnet.
Bevorzugt werden die Positionsdaten XYZ des zu bedienenden Feldgeräts 1 dem land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter 3 von der Bedien- und Kommunikationseinheit 4 übermittelt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Positionsdaten in einer der Flugdrohne 3 zugehörigen Speichereinheit 7 abgelegt sind. Die Feinsteuerung der Flugdrohne 3 bei der Annäherung an das Feldgerät 1 erfolgt bevorzugt über kommunizierte Signale, insbesondere über Ortungssignale. Das Feldgerät 1 ist entweder an eine drahtgebundene externe
Energieversorgung angeschlossen, oder es hat eine interne
Energieversorgungseinheit 9. Bei internen Energieversorgungseinheiten 9 ist zu beachten, dass ihnen Energie nur mit beschränkter Kapazität oder witterungsbedingt beschränkt zur Verfügung steht. Bei der
Energieversorgungseinheit 10 kann es sich beispielsweise um zumindest eine Batterie oder zumindest einen Akku oder zumindest eine Brennstoffzelle handeln. Je nach Einsatzort kann die Energieversorgungseinheit 10 auch so ausgestaltet sein, dass sie das Feldgerät 1 über Sonneneinstrahlung oder Windkraft mit Energie versorgt.
Weiterhin ist in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen System vorgesehen, dass die Drohne 3, insbesondere die Flugdrohne, nutzlastfähig ist. Die Drohne 3 weist eine Nutzlastvorrichtung 11 zur Aufnahme und Abgabe zumindest eines Akkus oder einer Batterie auf. Drohnen mit einer entsprechend designten Nutzlastvorrichtung 11 sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems sieht vor, dass das Feldgerät als Energieversorgungseinheit 9 zumindest einen austauschbaren Akku hat. Zudem weist es eine Lock-/Release-Vorrichtung 12 auf, die so ausgestaltet ist, dass der Tausch des Akkus durch die nutzlastfähigen Drohne 3, insbesondere die nutzlastfähige Flugdrohne, ausführbar ist. Durch das automatische Tauschen des Akkus kann ein Feldgerät 1 , das nicht über eine externe Energieversorgung mit Energie versorgt wird, dauerhaft betrieben werden. Fig. 2 zeigt eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems. Die im Zusammenhang mit Fig .1 beschriebenen Komponenten können auch bei der in Fig. 2 gezeigten Lösung zum Einsatz kommen. Zu beachten ist, dass die in Fig. 2 gezeigte Lösung im einfachsten Fall nur die Merkmale umfasst, die im Anspruch 1 beschrieben sind.
Der Einfachheit halber sind nur die Unterscheidungsmerkmale zur in Fig. 1 gezeigten Lösung in Fig. 2 gezeigt und beschrieben. Bei der in Fig. 1 gezeigten Lösung erfolgt die Kommunikation im Fernfeld über Internet und/oder Intranet. Eine Steuerung der gezeigten Flugdrohne 3 erfolgt entweder über Bedienpersonal BP oder über ein Softwareprogramm, das in einer Cloudanwendung läuft. Die Positionsdaten werden direkt von einer cloudfähigen Datenbank abgerufen. Die sonstigen Daten werden in einer cloudfähigen Datenbank gespeichert und sind jederzeit abrufbar. Bei den Daten handelt es sich z.B. um Positions- und/oder Steuersignale,
Ortungssignale, Bilddaten, Parametrier-, Status- und/oder Messdaten, also gleichfalls Daten und Informationen, die das Feldgerät 1 betreffen.
Bezugszeichenliste
1 Feldgerät
2 Medium
3 Roboter
4 Bedien- und Kommunikationseinheit
5a erste Nahfeldschnittstelle
5b zweite Nahfeldschnittstelle
6a erste Fernfeldschnittstelle
6b zweite Fernfeldschnittstelle
7 Speichereinheit
8 GPS Modul
9 Energieversorgungseinheit
10 Rendezvous-Vorrichtung
11 Nutzlastvorrichtung
12 Lock-/Release-Vorrichtung
13 Behälter
14 Deckel
io

Claims

Patentansprüche
1.System zum Überwachen oder Bedienen von zumindest einem Feldgerät (1 ) zur Bestimmung oder Überwachung zumindest einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums (2) in der Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät (1 ) in einer definierten Position (XYZ) installiert ist, mit einer Bedien- und Kommunikationseinheit (4) und einem land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter (3),
wobei das Feldgerät (1 ) mit einer ersten Nahfeldkommunikationsschnittstelle (5a) ausgestattet ist,
wobei die Bedien- und Kommunikationseinheit (4) mit einer ersten
Fernfeldkommunikationsschnittstelle (6a) ausgestattet,
wobei der land-, see- und/oder lufttaugliche Roboter (3) mit einer zweiten Nahfeldkommunikationsschnittstelle (5b) und mit einer zweiten
Fernfeldkommunikationsschnittstelle (6b) ausgestattet ist,
wobei das Feldgerät (1 ) und der land-, see- und/oder lufttaugliche Roboter (3) über die erste Nahfeldkommunikationsschnittstelle (5a) und die zweite
Nahfeldkommunikationsschnittstelle (5b) das Feldgerät (1 ) betreffende Daten und/oder Informationen austauschen, und
wobei die Bedien- und Kommunikationseinheit (4) und der land-, see- und/oder lufttauglicher Roboter (3) über die erste
Fernfeldkommunikationsschnittstelle (6a) und die zweite
Fernfeldkommunikationsschnittstelle (6b) Positions- und/oder Steuersignale, Ortungssignale, Bilddaten und/oder das Feldgerät (1 ) betreffenden Daten und/oder Informationen austauschen.
2. System nach Anspruch 1 ,
wobei dem land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter (3) eine
Speichereinheit (7) zugeordnet ist, in der die Positionsdaten des zu
bedienenden Feldgeräts (1 ) bzw. der zu bedienenden Feldgeräte (1 ) gespeichert sind.
3. System nach Anspruch 1 ,
wobei dem land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter (3) ein GPS Modul (8) zugeordnet ist, und wobei die Positionsdaten (XYZ) des zu bedienenden Feldgeräts (1 ) bzw. der zu bedienenden Feldgeräte (1 ) dem land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter (3) von der Bedien- und Kommunikationseinheit (4) übermittelt werden.
4. System nach Anspruch 1 oder 3,
wobei ein Indoor-Positionsbestimmungssystem (9) vorgesehen ist, über das die Navigation des land-, see- und/oder lufttauglichen Roboters (3) erfolgt.
5. System nach Anspruch 1 ,
wobei die Bedien- und Kommunikationseinheit (4) so ausgestaltet ist, dass sie von einer Bedienperson als Positionssteuerung für den land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter (3) auf Sicht verwendet wird.
6. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Nahfeldkommunikationsschnittstelle (5a) und die zweite Nahfeldkommunikationsschnittstelle (5b) als Bluetooth Low Energy (BLE-) Schnittstellen ausgebildet sind.
7. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Bedien- und Kommunikationseinheit (4) um ein mobiles Endgerät, insbesondere um ein Smartphone, ein SmartPad oder einen Laptop handelt.
8. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem land-, see- und/oder lufttauglichen Roboter (3) um eine Flugdrohne, bevorzugt eine nutzlastfähige Flugdrohne, insbesondere um einen Copter oder einen Multicopter handelt.
9. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Feldgerät (1 ) über eine elektrische Verbindung mit Strom versorgt wird.
10. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Feldgerät (1 ) eine Energieversorgungseinheit (9) mit beschränkter oder zeitlich beschränkter Kapazität zur Verfügung steht.
11. System nach Anspruch 9,
wobei es sich bei der Energieversorgungseinheit (9) um zumindest eine Batterie oder zumindest einen Akku oder zumindest eine Brennstoffzelle handelt.
12. System nach Anspruch 9 oder 10,
wobei die Energieversorgungseinheit (9) so ausgestaltet ist, dass sie das Feldgerät über Solar- oder Windenergie mit Energie versorgt.
13. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem land-, see- oder lufttauglichen Roboter (3), insbesondere der Drohne eine Rendezvous-Vorrichtung (10) zugeordnet ist, über die die Drohne die definierte Position (XYZ) eines ausgewählten Feldgeräts (1 ) gezielt ansteuert.
14. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Drohne (3), insbesondere der nutzlastfähigen Flugdrohne, eine
Nutzlastvorrichtung (11 ) zur Aufnahme und Abgabe zumindest eines Akkus zugeordnet ist.
15. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Feldgerät als Energieversorgungseinheit (9) zumindest einen austauschbaren Akku aufweist, und
wobei eine Lock-/Release-Vorrichtung (12) dem Feldgerät zugeordnet ist, die so ausgestaltet ist, dass der Tausch des Akkus von der nutzlastfähigen Drohne (3), insbesondere der nutzlastfähigen Flugdrohne, ausführbar ist.
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