WO2021255099A1 - Technik zum verarbeiten und austauschen von feldsignalen - Google Patents

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WO2021255099A1
WO2021255099A1 PCT/EP2021/066248 EP2021066248W WO2021255099A1 WO 2021255099 A1 WO2021255099 A1 WO 2021255099A1 EP 2021066248 W EP2021066248 W EP 2021066248W WO 2021255099 A1 WO2021255099 A1 WO 2021255099A1
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component
control
connection
control system
field
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PCT/EP2021/066248
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French (fr)
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Felix Schulte
Benjamin Klimmek
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Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts

Definitions

  • the invention relates to a technique for processing and exchanging field signals.
  • a field control system for processing and exchanging electrical signals a processing component for processing electrical signals exchanged between at least one field device and a control component for exchanging electrical signals, and a control component for exchanging the electrical signals are provided.
  • Plants for processing oil and gas are exemplary examples.
  • the field devices include, for example, sensors and actuators.
  • the sensors transmit input signals, which represent the status of process variables, to the controller.
  • the actuators receive output signals from the controller and take measures to influence the process variables.
  • the document US 9,971, 727 B2 discloses a universal interconnection system for processing input and output signals of a field device between the field device and a process controller.
  • the interconnection system includes a base unit and a signal processing unit.
  • the signal processing unit is plugged onto the base unit and processes the signals exchanged between the field device and the process controller.
  • this interconnection system requires technology for signal processing that is adapted to the interconnection system and technology for process control that is adapted to the interconnection system. Furthermore, changing the plug-on signal processing unit may require the process control to be adapted.
  • the signal processing must be connected to input and / or output channels (short: I / O ports) of the process control, which are used for the function of the signal processing fit.
  • I / O ports input and / or output channels
  • UIO cards universal I / O cards
  • these UIO cards require additional installation space, are a possible cause of set-up errors and functional failures of the system, and increase the set-up time and the set-up costs.
  • the invention is therefore based on the object of providing a more compact technology for processing and exchanging field signals, which simplifies the establishment and conversion.
  • a more specific or alternative task is to enable the signal processing to be changed without having to change the hardware of the process control.
  • a first aspect relates to a field control system which comprises a control component which is designed to exchange electrical signals with at least one field device. Furthermore, the field control system comprises a processing component which is designed to process the electrical signals exchanged between the at least one field device and the control component.
  • the processing component and the control component are mechanically connected or connectable and connected or connectable in an electrically conductive manner. In the connected state, the electrical signals are interchangeable between the at least one field device and a control system connected to the field control system by means of the processing component and the control component.
  • exemplary embodiments can dispense with UIO cards.
  • These or other exemplary embodiments can include a control component that is designed to provide input and / or output channels (I / O ports for short) that are connected to the function via the electrical connection to the processing component, for example a bus coupler are adapted or adaptable to the processing component.
  • the control component can be designed to provide I / O ports for exchanging the electrical signals via the electrically conductive connection as a function of the function of the processing component.
  • the control component can preferably be designed to set a communication direction (for example for input signals or for output signals) and / or a signal form (for example for analog signals or for coded or logical or digital signals) for exchanging the electrical signals via the electrically conductive connection Processing component to adapt to the function of the processing component.
  • a communication direction for example for input signals or for output signals
  • a signal form for example for analog signals or for coded or logical or digital signals
  • control component is designed to provide at least one adaptable I / O port and / or at least one adaptable communication direction and / or at least one adaptable signal form for the electrically conductive connection with the processing component
  • embodiments enable a more compact field control system for processing and exchanging the electrical signals.
  • UIO cards When setting up or upgrading such a field control system, there is no need to use UIO cards.
  • These or further exemplary embodiments can enable the signal processing to be changed without changes to the hardware of the control component being necessary.
  • the field control system can be designed, for example, as a housing that is designed to accommodate the processing component and / or the control component. Furthermore, the housing can be designed to be arranged within a subrack, for example a rack or a control cabinet. Furthermore, the housing can be designed to be arranged outside of a subrack, for example a rack or a control cabinet.
  • the electrical signals can be, for example, digital and / or analog electrical signals. Furthermore, the electrical signals can be input and / or output signals, for example. Furthermore, for example, the electrical signals can be electrical logic signals.
  • the processing component can also be referred to as a signal processing unit.
  • the control component can be designed to carry out process control.
  • the control component can be designed to the to detect and / or process electrical signals from the at least one field device (for example a sensor).
  • the recorded and / or processed signals can be input signals which indicate the status of process variables.
  • the control component can be designed to send the electrical signals to the at least one field device (for example an actuator).
  • the signals sent can be output signals that control or regulate the process variables.
  • the actuators can be designed to receive the output signals from the control component and to take measures to influence the process variables.
  • the electrical signals can include one or more values (for example an actual value in the input signal or a setpoint value in the output signal) and / or can be used to transmit one or more values.
  • the values can relate to process variables.
  • the at least one field device can include an actuator and / or a sensor.
  • the actuator can for example comprise an actuator or a valve.
  • the sensor can for example comprise a measuring transducer.
  • the control component can use the exchanged electrical signals to monitor or control (preferably regulate) a process, in particular an automation process or a technical system.
  • the at least one field device can be part of a (for example manufacturing or process engineering) plant and / or a technical device in the field of automation technology, for example it can be used or can be used in an automation process.
  • the at least one field device can be arranged remotely from the field control system.
  • the at least one field device can be remotely controlled by means of the electrical signals from the field control system.
  • the at least one field device can be connected to the processing component in an electrically conductive manner by means of a field bus.
  • one channel of the processing component can be electrically conductively connected to one of the at least one field device.
  • the processing component can, for example, comprise an isolating amplifier or a relay for each channel.
  • the processing component can send the electrical signals to the at least one field device and / or receive them from the at least one field device.
  • the control component can send the electrical signals to the control system and / or receive them from the control system.
  • the electrical signals can include status information or control signals.
  • the control component can be designed to control, preferably regulate, the at least one field device.
  • the control component can be designed to send control signals to the at least one field device by means of the electrical signals and / or to receive information from the field device by means of the electrical signals.
  • the control component can be designed to be controlled by means of signals received from the control system and / or to send information from the at least one field device to the control system by means of the electrical signals.
  • the control component can also be designed to control (preferably regulate) the at least one field device (for example in accordance with the control system). Alternatively or additionally, the control component can be designed to control (preferably regulate) the at least one field device independently of the control system, for example for a first period of time.
  • control system can be designed to control and / or regulate the processing component and / or the at least one field device.
  • the control component and the control system can hierarchically control the at least one field device.
  • the control component can be designed to control the at least one field device (for example its process variables) in real time and / or to control it autonomously or independently of the control system over a first period of time.
  • the control system can be designed to control the control component, for example to control process parameters of the control component.
  • the control system can specify the process parameters for a second period of time which is greater than the first period of time.
  • the connected state can relate to the processing component and the control component.
  • the processing component and the control component can be mechanically connected irreversibly and / or by means of a common housing.
  • the electrically conductive connection and / or the mechanical connection can be irreversibly or non-destructively detachable.
  • the processing component and the control component can be connected to one another in an electrically conductive and mechanical manner in a common housing of the field control system.
  • the control component can exchange the electrical signals between the at least one field device and the control system in that the control component sends individual or aggregated or all signals from the at least one field device to the control system.
  • the control component can exchange the electrical signals between the at least one field device and the control system by the control component receiving process parameters or setpoints for control variables from the control system and controlling or regulating the at least one field device in accordance with the received process parameters or setpoints.
  • the regulation can include recording actual values for the controlled variables in the electrical signals (preferably processed by the processing component) from the at least one field device and / or sending control values or control instructions for the controlled variables in the (preferably to be processed by the processing component) include electrical signals to the at least one field device.
  • the control values or control instructions can depend on a deviation, preferably a difference, between the setpoints and the actual values.
  • the processing component and the control component can also be designed to transmit status information of the processing component to the control component.
  • the status information can include, for example, information about a functional scope (in short: a function), an operating state, in particular an error state, and / or identifiers of the control component and / or the processing component.
  • the status information of the processing component can include or specify a functional scope (for short: a function) of the processing of the electrical signals carried out by the processing component (for example by means of a function identifier of the function).
  • the status information can specify or determine a communication protocol and / or an interface and / or a signal form for exchanging the electrical signals between the processing component and the control component.
  • the processing component and the control component can each comprise a control component connection or a processing component connection.
  • the control component connection and the processing component connection can be designed to connect the processing component and the control component to one another in an electrically conductive manner, preferably also mechanically, in the connected state.
  • the control component connection and the processing component connection can each comprise a connector half.
  • Each of the connector halves can have a plug, a contact strip or one or more plug contacts.
  • the connector half can be designed for mechanical connection and for electrically conductive connection.
  • the field control system may further comprise a housing for mechanically connecting the control component and the processing component.
  • the housing for example the control component bay and the processing component bay of the housing, can define or arrange the processing component and the control component relative to one another.
  • the mechanical connection can be implemented by means of a control component slot in the housing, which is designed to accommodate the control component, and a processing component slot in the housing, which is designed to accommodate the processing component.
  • the field control system can comprise a field control system interface, for example a bus coupler.
  • the field control system interface can be designed to control the control component and the processing component Components in the connected state (for example, in the directly connected state or in the state received in the respective shaft) to be connected to one another in an electrically conductive manner.
  • the field control system interface can be integrated into the housing.
  • a socket in the processing component slot can be connected in an electrically conductive manner to a socket in the control component slot.
  • the socket in the processing component slot can be electrically conductively connected to the control component connection when the processing component is in the received state.
  • the socket in the control component slot can be electrically conductively connected to the processing component connection when the control component is in the received state.
  • the respective socket of the control component slot and / or of the processing component slot can be designed for the electrically conductive and mechanical connection of the control component or the processing component.
  • the field control system may include one or more control component bays and / or one or more processing component bays.
  • the field control system can be of modular design with the control component received in the control component slot and the processing component received in the processing component slot.
  • the field control system interface can, for example, comprise an electrically conductive signal bus (for example a serial data bus) which connects the processing component to the control component in an electrically conductive manner.
  • the field control system interface can be designed to exchange the electrical signals between the one or more processing components and the one or more control components.
  • the field control system can further comprise a supply component.
  • the supply component can be designed to supply the field control system, the control component, and / or the processing component with electrical energy.
  • the supply component can comprise at least one supply connection for receiving the electrical energy.
  • the processing component can do this be designed to conduct the electrical energy consumed to a slot of the processing component and / or to the control component.
  • the supply connection can be formed for connecting an electrical energy source.
  • the electrical energy source can comprise a power grid, a battery and / or a voltage source / current source.
  • the supply component can be designed to convert, rectify and / or smooth a voltage.
  • the supply component can have two or more supply connections.
  • the supply component can be designed to receive the electrical energy optionally from a first supply connection of the two or more supply connections and from a second supply connection of the two or more supply connections.
  • the optional absorption of the electrical energy from the two or more supply connections can ensure a redundant supply of the field control system, preferably the control component and / or the processing component, with the electrical energy.
  • the supply component can also be designed to transmit status information of the supply component to the field control system, preferably to the control component.
  • the control component can be designed to control the supply component depending on the status information.
  • the status information of the supply component can indicate a functional scope (short: function) of the supply component.
  • the status information of the supply component can include a status of the at least one supply connection or each of the supply connections.
  • the status information can indicate which supply connection is used to take up the electrical energy and / or which voltage is applied to the or each supply connection and / or which current is taken up at the or each supply connection.
  • the status information can include an operating state of the supply component and / or an error state of the supply component and / or an identifier of the supply component. Furthermore can io the status information includes further information on the supply component, such as information on the electrical energy output, on configurations and / or on the hardware installed in the supply component.
  • a second aspect relates to a processing component for forming a field control system, preferably according to the first aspect, and / or for processing electrical signals exchanged between the at least one field device and the control component.
  • the processing component comprises at least one field device connection which is designed for electrically conductive connection to the at least one field device outside of the field control system.
  • the processing component comprises a control component connection which is designed for electrically conductive connection to the control component within the field control system.
  • the processing component is designed to process the electrical signals exchanged between the at least one field device connection and the control component connection.
  • the processing component may further comprise any feature disclosed in the context of the first aspect or the field control system, or a corresponding feature.
  • the control component connection can comprise a connector half, preferably a plug contact or a contact strip.
  • the processing component can include an external control component connection, which is used for electrically conductive connection to an external control module, for example a programmable logic controller (PLC) and / or a control system, preferably a process control system (PLS, also: "Distributed Control System”) or DOS), is designed outside of the field control system.
  • the processing component can be designed to transmit the electrical signals between the at least one field device connection and the control component connection and / or the external control component connection.
  • the external control module can provide or enable a control function that is redundant with respect to the control component.
  • the formation of the field control system can comprise the electrically conductive and mechanical connection of the processing component to the control component.
  • the processing component can be connected or connectable directly to the control component in an electrically conductive and mechanical manner.
  • the processing component with the control component can or can be accommodated in a housing.
  • control component connection can also be designed for mechanical connection to the control component within the field control system.
  • processing component can have a housing which is designed to be mechanically connected to the control component and / or to accommodate the control component.
  • the processing component can further comprise at least one slot.
  • the or each slot can be designed to connect a signal processing module to the processing component in an electrically conductive and mechanical manner.
  • the or each slot can, for example, comprise a connector half, for example a contact strip socket.
  • the slot can comprise a field-side portion in which the processing component is connected in an electrically conductive manner to the field device connection.
  • the slot can comprise a control-side portion in which the processing component is connected to the control component connection in an electrically conductive manner.
  • the processing component can comprise at least one signal processing module which is plugged or can be plugged into the at least one slot.
  • the or each signal processing module can be detachably plugged or plugged into the slot.
  • the or each signal processing module can comprise a connector half, preferably a contact strip connector, for the electrically conductive connection to the slot.
  • the connector half on the signal processing module can comprise a field-side portion which, when plugged in, is electrically conductively connected to the field-side portion of the slot.
  • the connector half on the signal processing module can comprise a control-side portion which, when plugged in, is electrically conductively connected to the control-side portion of the slot.
  • the or each signal processing module can be designed to process the electrical signals exchanged between the at least one field device connection and the control component connection and / or the external control component connection.
  • each slot can be assigned to a field device or a channel for exchanging the electrical signals with the at least one field device.
  • the or each signal processing module can process the electrical signals exchanged via the assigned channel or with the assigned field device.
  • the processing component can also be designed to provide status information of the processing component, preferably status information of the at least one signal processing module, at the control component connection and / or at the external control component connection.
  • the or each signal processing module can transmit its functional scope (briefly: function) of processing the exchanged signals as status information of the processing component to the control component.
  • the processing of the electrical signals can include, for example, converting (for example scanning, digitizing or amplifying) and / or evaluating (for example discretizing) the electrical signals.
  • the or each signal processing module according to the function can be a signal input and / or signal output for the at least one or assigned field device.
  • the function can be configured or configurable, for example from the control component.
  • the or each signal processing module can transmit the electrical signals between the at least one field device and the control component.
  • the processing component can be designed to send the functional scope to the status information of the signal processing module that provides it.
  • the status information indicating the scope of functions can be sent (preferably to the control component) in response to the electrically conductive connection (for example of the signal processing module with a corresponding slot) and / or in response to the electrically conductive connection of the processing component to the control component and / or in response to a request for the scope of functions received from the control component (for example wirelessly or via the slot).
  • the processing component for example the or each signal processing module
  • the signal processing module can, according to the functional scope, include a digital input (Dl), a digital output (DO), an analog input (AI) and / or an analog output (AO), preferably on the field-side portion of the connector half on the signal processing module or the Slot.
  • the DI can be an input for acquiring and / or processing digital electrical signals.
  • the DO can be an output for processing and / or outputting digital electrical signals.
  • the AI can be an input for acquiring and / or processing analog electrical signals.
  • the AO can be an output for processing and / or outputting analog electrical signals.
  • the functional scope of the signal processing module can include at least one of the following signal processing operations.
  • a first signal processing comprises converting an electrical signal detected from the field-side portion of the slot to a D1 of the control component that is electrically connected through the control-side portion of the slot.
  • a second signal processing comprises converting an electrical signal detected by a DO of the control component through the control-side portion of the slot to the field-side portion of the slot.
  • a third signal processing includes converting an electrical signal detected from the field-side portion of the slot to an AI of the control component that is electrically conductively connected through the control-side portion of the slot.
  • a fourth signal processing includes converting an electrical signal detected by an AO of the control component through the control-side portion of the slot to the field-side portion of the slot.
  • a fifth signal processing includes providing a digital DI for at least one field device on the field-side portion of the slot, the DI being designed to detect the electrical signals of the at least one field device.
  • a sixth signal processing includes providing a DO for the at least one field device at the field-side portion of the slot, the DO being designed to output the electrical signals to the at least one field device.
  • a seventh signal processing includes providing an AI on the field-side portion of the slot for the at least one field device, the AI being designed to detect the electrical signals of the at least one field device.
  • An eighth signal processing includes providing an AO on the field-side portion of the slot for the at least one field device, the AO being designed to output the electrical signals to the at least one field device.
  • the scope of functions can include at least two alternative states of the signal processing of the signal processing module.
  • the processing component for example the or each signal processing module
  • the processing component can be designed to receive control signals from the control component via the control component connection.
  • the control signals can specify a state of the alternative states.
  • the processing component can also be designed to accept the predetermined state of the signal processing.
  • the or each signal processing module may comprise a converter for the electrical signals.
  • analog or digital electrical signals can be converted.
  • the converter can be an analog-to-digital converter or a digital-to-analog converter.
  • a third aspect relates to a control component for forming a field control system according to the first aspect and / or for electrically conductive and mechanical connection to a processing component according to the second aspect.
  • the control component comprises a control module, preferably a programmable logic controller (PLC), which is designed to exchange the electrical signals with the at least one field device.
  • PLC programmable logic controller
  • the control component comprises at least one configurable connection module and a processing component connection, which are designed to connect the control module with the processing component for exchanging the electrical signals via the configurable connection module in an electrically conductive manner.
  • the control component further comprises at least one system connection via which the control module is connected or can be connected to a control system in an electrically conductive manner. When connected, the electrical signals can be exchanged with the control system.
  • the control module can comprise a programmable logic controller (PLC) and / or a control system, preferably a process control system (PLS, also: “Distributed Control System” or DCS).
  • PLC programmable logic controller
  • PLS process control system
  • the control component can be mechanically connected or connectable to the processing component by means of the processing component connection.
  • the control component can have a housing which is or can be connected to the processing component and / or in which the processing component is received or can be received.
  • the control module can also be designed to control the at least one field device, preferably in accordance with the control system.
  • the control component can be electrically conductive and mechanically connected or connectable to the processing component by means of the processing component connection, preferably in front of a connector half. In the connected state, the electrical signals between the at least one field device and the control system can be exchangeable by means of the processing component and the control component.
  • the processing component connection can be designed for an electrically conductive connection to the processing component via the field control system interface and / or directly to the control component connection of the processing component.
  • the processing component can process the electrical signals exchanged between the at least one field device and the control component, for example converting their signal form, preferably for controlling the field devices and / or for forwarding the processed signals to the control system.
  • the at least one configurable connection module can comprise at least one connection line or a connection contact of the processing component connection.
  • the or each configurable connection module can provide an input and / or output channel (I / O port for short) for the control component at the processing component connection.
  • the input and / or output channel (I / O port) provided by the configurable connection module can also be referred to as a configurable input and / or output channel (configurable I / O port).
  • the at least one configurable connection module can be designed to selectively detect or output the electrical signals (for example the electrical signals either to capture or output).
  • the at least one configurable connection module can be designed to send analog or digital electrical signals (for example either analog or analog) to the at least one connection line or the at least one connection contact of the processing component connection, depending on the configuration of the (or the respective) configurable connection module or digital electrical signals).
  • analog or digital electrical signals for example either analog or analog
  • connection line can be a connection line between the configurable connection module and the processing component connection, for example a conductor track.
  • the connection contact can be a contact in the processing component connection.
  • the configurable connection module can be designed to operate the at least one connection line of the processing component connection either as a signal input or as a signal output and / or to optionally process analog or digital signals on the at least one connection line of the processing component connection.
  • the configuration of the configurable The connection module (e.g., a mode of the configurable connection module) can determine whether the electrical signals are either detected or output and / or whether the electrical signals are analog or digital.
  • the control module can furthermore be designed to control (for example determine) the configuration (for example the mode) of the connection module.
  • the control module can also be designed to change the configuration of the configurable connection module in response to the detected status information of the processing component.
  • the configuration of the configurable connection module can be adapted to the function of the signal processing module that is connected to the control module via the configurable connection module.
  • the control component and / or the control system determine whether a (for example functionally) correct or sufficient signal processing module is available and / or whether the signal processing module is plugged into the correct slot.
  • control component and / or the control system when changing or expanding a process controlled by the control component and / or the control system (which is implemented using the at least one field device, for example), it can be determined whether this process can be carried out using the functions of the signal processing module according to the scope of functions.
  • control component and / or the control system can check a sequence control of the process step-by-step to the effect that a function required in each step is included in the specified scope of functions.
  • the (preferably processed) electrical signals from the processing component can be sent to the control system by means of the control component.
  • AI- the electrical signals (preferably to be processed) can be received by the control system by means of the control component and passed to the processing component.
  • the control component can be designed to control and / or regulate the at least one field device, for example in accordance with an automation process.
  • the control component can read out status information from the at least one field device and / or send control signals to the at least one field device.
  • the control component for example the control module, can comprise a processor and a memory that can be read by the processor and in which a control or user program is encoded, and when it is executed the processor reads out the status information and / or sends control commands.
  • the control component can be activated and / or read from a further control component (for example the external control component) and / or a control room (for example the control system).
  • the control room can comprise a further control component which can be designed to control and / or read out the control component of the field control system.
  • the reading out can include reading out the exchanged electrical signals and / or status information of the signal processing modules.
  • the control module can be designed to record and / or evaluate and / or process the status information and / or transmit it to the control system.
  • the control module can send status information from the control module (for example an operating state and / or an error status of the control module) to the system controller.
  • the control component can comprise at least one serial or parallel interface that is connected to the connection module for exchanging the electrical signals (for example the control signals and / or the status information).
  • the control component for example the control module
  • the control module can comprise a serial or parallel interface which is designed to send the configuration to the connection module.
  • the system connection can be a network connection.
  • FIG. 1 shows a schematic block view of a first exemplary embodiment of a
  • FIG. 2 shows a schematic block view of a second exemplary embodiment of the field control system, which can be implemented as a further development of the first exemplary embodiment with a plurality of slots;
  • Fig. 3 is a schematic block view of a third embodiment of the
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of a fourth embodiment of the field control system
  • Fig. 5 is a schematic block view of a fifth embodiment of the
  • FIG. 6 shows a schematic block view of a plurality of field control systems that are electrically conductively connected to one another according to one of the exemplary embodiments.
  • the field control system 100 comprises a control component 130 which is designed to exchange electrical signals with a field device 140. Furthermore, the field control system 100 comprises a processing component 120, which is designed to be used between the field device 140 and the control component. nente 130 to process exchanged electrical signals.
  • the processing component 120 and the control component 130 are mechanically and electrically connected or connectable. In the connected state, the electrical signals are preferably exchangeable between the field device 140 and a control system 150 by means of the processing component 120 and the control component 130.
  • the control component 130 is designed to control the field device 140 in accordance with the control system 150.
  • the processing component 120 and / or the control component 130 are preferably also designed to send and / or receive status information alternately.
  • the processing component 120 and the control component 130 each have a processing component connection 128 (for example a connector half) and a control component connection 132 (for example a connector half), which are designed to electrically, and preferably mechanically, the processing component 120 and the control component 130 when connected to one another , connect to.
  • a processing component connection 128 for example a connector half
  • a control component connection 132 for example a connector half
  • the field control system 100 preferably comprises a housing 101 in which the control component 130 and the processing component 120 are arranged.
  • the housing 101 optionally has a control component slot which is designed to accommodate the control component 130 and the processing component 120. Furthermore, the housing 101 has a processing component slot which is designed to accommodate the processing component 120.
  • the housing 101 comprises a field control system interface 102, which is designed to electrically connect the control component 130 and the processing component 120, preferably via the control component connection 128 and the processing component connection 132.
  • the processing component 120 comprises a field device connection 122, which is designed for an electrically conductive connection to the field device 140.
  • the Tax Com- Component connection 128 of processing component 120 is designed to establish the electrical connection to control component 130 within field control system 100.
  • the processing component 120 preferably comprises an external control component connection 124, which is designed for an electrically conductive connection to an external control module 160, preferably a programmable logic controller (PLC), outside of the field control system 100.
  • PLC programmable logic controller
  • the processing component 120 is designed to transmit the electrical signals between the at least one field device connection 122 and the control component connection 128 and / or the external control component connection 124.
  • the external control module 160 can, for example, comprise a programmable logic controller (PLC) and / or a control system, preferably a process control system (PLS, technically also: “Distributed Control System” or DCS).
  • PLC programmable logic controller
  • PLS process control system
  • the control module 160 may be “external” in the sense that it is formed outside of the field control system 100.
  • the processing component 120 comprises a slot 126 which is designed to connect a signal processing module 170 electrically and mechanically to the processing component 120.
  • the signal processing module 170 is designed to process the electrical signals and / or to transmit the electrical signals between the field device connection 122 and the external control component connection 124.
  • the slot 126 comprises a field-side portion which is electrically conductively connected to the field device connection, and a control-side portion which is electrically conductively connected to the control component connection 128.
  • a connector half 172 on the signal processing module 170 which can be plugged into the slot 126, includes a control-side and a field-side part, which is connected in an electrically conductive manner to the control-side or field-side part of the slot 126 when plugged in.
  • the processing component 120 is also designed to provide status information of the processing component 120 (for example the signal processing module 170) and / or of the field device 140 via the control component connection 128 and / or via the external control component connection 124.
  • the control component 130 controls the field device 140 (for example in accordance with the control system 150) in that the electrical signals include control signals that are sent to the field device 140. If the field device 140 is regulated by the control component 130, the electrical signals can include feedback from the field device 140, for example actual values.
  • the control component 130 comprises the processing component connection 132, a control module 134 (for example a PLC), a configurable connection module 136 and at least one system connection 138.
  • the configurable connection module 136 is designed for an electrically conductive connection by means of the processing component connection 132 to the at least one processing component 120 is.
  • the configurable connection module 136 is preferably designed for electrically conductive connection via the field control system interface 102.
  • control module 134 can be connected to the control system 150 in an electrically conductive manner via the at least one system connection 138, for example an Ethernet connection and / or another industrial bus system.
  • the electrically conductive connection can comprise one or more network switches (in technical terms: switches) between the system connection 138 and the control system 150.
  • the configurable connection module 134 has at least one connection line which is designed to be configured as a signal input and / or signal output and / or is designed to process analog and / or digital electrical signals (for example, to acquire and / or output) .
  • the control module 134 is designed to acquire status information of the field control system 100, the status information being evaluated and processed by the control module 134 and / or being transmitted to the control system 150. Each component or each module of the field control system 100 can provide the status information.
  • the control component 130 can comprise a serial or parallel interface for exchanging the electrical signals between the control module 134 and the configurable connection module 136.
  • a serial or parallel interface for exchanging the electrical signals between the control module 134 and the configurable connection module 136.
  • the configuration of the configurable Connection module 136 determined or changed by the control module 134 via the serial or parallel interface.
  • the control module 134 can receive the status information (for example together with the electrical signals or as the electrical signals) via the serial or parallel interface.
  • the control module 134 can comprise a further interface (for example a further electrically conductive serial or parallel interface or a radio interface) which is designed to receive the status information.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the field control system 100, in which the field control system 100 is formed from the housing 101.
  • the housing 101 comprises the control component slot, which connects the control component 130 in an electrically conductive manner to the field control system 100 and arranges it mechanically on the housing 101.
  • the housing also includes the processing component shaft, which connects the processing component 120 in an electrically conductive manner to the field control system 100 and arranges it mechanically on the housing 101.
  • the first exemplary embodiment also shows that the field control system interface 102 is designed to electrically connect the control component 130 and the processing component 120 in the received state.
  • FIG. 2 shows a schematic block view of a second exemplary embodiment of the field control system 100.
  • the second exemplary embodiment can be implemented by itself or as a further development of the first exemplary embodiment with a plurality of slots.
  • the processing component 120 comprises at least two slots 126, which are each designed to connect a signal processing module 170 electrically and mechanically to the processing component 120, for example to plug it in.
  • Each of the connected signal processing modules 170 processes part of the electrical signals and / or transmits the part of the electrical signals between the at least one field device connection 122 and the control component connection 128 and / or the external control component connection 124.
  • the signal processing module 170 is responsible for the electrical signals of another channel to at least one field device 140 or for the electrical signals of another field device 140.
  • the slots 126 are preferably uniform.
  • each of the signal processing modules 170 can be plugged into one of the slots 126.
  • Different slots 126 (for example their field-side portion) can be connected in an electrically conductive manner to different field devices 140 via the field device connection 122.
  • connection module 136 can provide at least two UIO ports according to its configuration.
  • the control-side portion of different slots 126 can be electrically conductively connected to different U1O ports of the connection module 136, preferably via the control component connection 128.
  • control module 134 changes the configuration of the respective UIO port of the connection module 136 so that it matches the function of the respective signal processing module 170 (for example with regard to communication direction and / or signal form).
  • FIG. 3 shows a schematic block view of a third exemplary embodiment of the field control system 100.
  • the third exemplary embodiment can be implemented by itself or as a further development or expansion of the first and / or second exemplary embodiment.
  • the third exemplary embodiment of the field control system 100 comprises a supply component 202.
  • the housing 101 has a supply component slot in which the supply component 202 is received or can be received.
  • the supply component 202 supplies the field control system 100 (preferably the processing component 120 and / or each slot 126) with electrical energy.
  • the supply component 202 can comprise an energy store and / or absorb the energy via an external supply connection 204.
  • the supply component 202 can control the control component 130 via a supply line 208 and / or supply the processing component 120 with the electrical energy via a supply line 209.
  • the supply component 202 preferably comprises a first supply connection 204.1 and a second supply connection 204.2 for supplying a slot 126 of the processing component 120 and the control component 130 with electrical energy by means of the supply component 202 first supply connection 204.1 and / or via the second supply connection 204.2.
  • the supply component 202 is designed to provide status information of the supply component 202 to the field control system 100.
  • the supply component 202 optionally includes a supply communication connection 206 which is designed to provide the status information outside of the field control system 100.
  • the supply component 202 takes up the electrical energy at the first supply connection 204.1 via or from a first energy supply 210.1.
  • the second supply connection 204.2 also receives the electrical energy via or from a second energy supply 210.2.
  • the supply component 202 preferably takes up the electrical energy from the first energy supply 210.1 and switches to the second energy supply 210.2 in the event of a failure of the first energy supply 210.1.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of a fourth exemplary embodiment of the field control system 100, which can be implemented on its own or as a further development of any other exemplary embodiment.
  • the field control system 100 can have a modular design, for example by means of components 120 and 130 detachably connected by means of the connections 128 and 132.
  • a sandwich construction of the circuit boards of the control component 130, the processing component 120 and / or a supply component 202 (for example with supply line 208 to control component 130 and / or supply line 209 to processing component 120) in the housing 101 or be able to be arranged.
  • FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment, which can be implemented on its own or as a further development of any other exemplary embodiment.
  • the control component connection 128 of the field control system 100 is designed to electrically conduct and / or mechanically connect a first control component 130.1 and a second control component 130.2 with the field control system 100 (for example with the processing component 120 and preferably with the supply component 202) associate.
  • the first control component 130.1 and the second control component 130.2 are optionally arranged outside the housing 101.
  • Each of the first control component 130.1 and the second control component 130.2 can be an exemplary embodiment of the control component 130 described above, for example comprise at least one feature or all features of the control component 130.
  • the field control system interface 102 is designed to connect the first control component 130.1 and the second control component 130.2 to the processing component 120 in an electrically conductive manner.
  • the first control component 130.1 is optionally connected to a first control system 150.1 and the second control component 130.2 is connected in an electrically conductive manner to a second control system 150.2.
  • FIG. 6 schematically shows an application example of one or more field control systems 100, each with a connection to at least one further field control system 100.
  • Each field control system 100 can be implemented according to one of the exemplary embodiments; in particular, various exemplary embodiments of the field control system 100 can be combined in the application example being. For example, two, three (as exemplarily described below) or more field control systems 100 are combined.
  • the control component 130 of a first field control system 100.1 has a field control system connection port 402.1, which is connected to a field control system connection port 402.2 of a second field control system 100.2 and a third field control system connection port 402.3 of a third field control system 100.3.
  • the field control system connection port 402 can be a network port, for example an Ethernet port.
  • the first field control system 100.1, the second field control system 100.2 and / or the third field control system 100.3 are designed according to one of the exemplary embodiments. Furthermore, the first field control system 100.1, the second field control system 100.2 and / or the third field control system 100.3 by means of the respective field control system connection 402 is designed to exchange or forward the electrical signals and / or electrical control signals to one another.
  • the field control system 100 may provide a universal process bus 402 at the field control system connection port 402.
  • the field control system 100 can always be installed or buildable with the same housing 101, for example as a uniform platform, in a switch cabinet (for example on a mounting rail.
  • the field control system 100 can be referred to as Net-Base.
  • Said Net-Base 100 can comprise active components which, among other things, comprise the control component 130 as a bus coupler. These bus couplers 130 can form the interface between the control system 150 as a higher-level controller and the signal processing modules 170 (for example so-called “input / out put accessory” or IOA in technical terms).
  • the bus coupler 130 can include universal or configurable connection modules 136 with multiple I / O ports. This means that the corresponding I / O ports can be switched between the signal forms Dl, DO, AI and AO. The number of I / O ports can also be adjusted by adding additional Net-Base 100 at a later date.
  • the Net-Base 100 can provide a voltage supply as a supply component 202.
  • the connections 402 and / or 138 can provide a connection to an industrial data bus, for example a connection using wired Ethernet, glass fiber or radio technologies.
  • over Data are transmitted to the industrial data bus in order to build up a big data structure, for example, so that field devices 100, for example systems, or entire process systems can be controlled more efficiently.
  • process parameters can be read out by the control component 130, for example a PLC Next Controller, via the field control system interface 402 and / or the connections 132 and / or 128 and / or 102 and / or 124 as an internal interface and processed accordingly.
  • the field control system interface 402 and / or the external control component connection 128 can enable the system operator to connect external control modules 160 to the Net-Base 100 with redundancy in accordance with his safety concepts.
  • data from the field device 140 can be made available as the electrical signals to external control modules 160 and / or to the control component 130.
  • the data can also be made available by a sensor system according to the application through a suitable IOA 170.
  • the Net-Base 100 can save space compared to the prior art, lower installation costs, reduce the need for different components and / or lower the service and maintenance costs of the field control system. Furthermore, a planning and installation phase of a process system can be reduced, since the I / O ports ask for the greatest possible flexibility. The I / O ports can, for example, only be planned shortly before the installation of the field control system 100. Furthermore, the adaptation to the corresponding field signals (ie the electrical signals from the field device 140) can be carried out during commissioning of the Net-Base 100, the adaptation using a program of the control component 130, preferably a control or computer program, for example by means of software. A routing level known from the prior art can be omitted due to the configurability and / or the program.
  • the housing 101 can have one or more universal (ie configurable) connection modules 136.
  • the field control system 100 or its housing 101 can also be referred to as a base element (or in technical terms: “base element”).
  • the base element 100 can have a modular design, whereby the use of one or more processing components 120, control components 130 and / or power supply components 202 is made possible, preferably by means of corresponding slots.
  • the base element 100 can have one or more of the respective components.
  • the base element can enable a configuration that is adapted to the area of application of the base element 100.
  • the base element 100 or the housing 101 can have a uniform size and / or attachment points (for example for the mounting rail).
  • the modular design in a sandwich construction of the necessary circuit boards of the control component 130, the processing component 120 and / or the supply component 202 can be carried out.
  • the housing 101 and / or the respective components can have unique identifications, so that separate use is made possible, for example one of the components and / or the housing 101 can be used separately.
  • the unique labeling can facilitate separate sales.
  • the field control system 100 can have a redundant (preferably modular) voltage supply as the supply component 202, which supplies the supply component 202 with electrical energy via a plurality of supply connections 204.
  • the plurality of supply connections 204 can be fed by different energy supplies 210 (for example voltage supplies).
  • the supply component 202 can ensure that different voltage supplies are loaded equally. Alternatively or in addition, overvoltage and undervoltage detection can be ensured by the supply component 202, and optionally error messages in the event of overload or un- homely operating states of the supply component 202 who output, for example as the status information. These error messages can be transmitted via an interface 208 as a simple DO or a digital message as the status information, for example to the control component 130.
  • the interface 208 can, for example, be designed for serial and / or parallel transmission and optionally for electrical supply, ie for supplying the control component 130 with electrical energy from the supply component 202 via the interface 208 of the supply component 202.
  • the status can provide messages about the connected energy supply 210, for example power supplies.
  • the presence of a power supply 210 or a plurality of power supplies 210 and / or their function can be indicated.
  • differences in the power consumption or temperatures of the energy supplies 210 or a circuit of the supply component 202 can be provided as the status information.
  • the supply voltages of the two voltage sources can be forwarded to the corresponding IOAs 170 and / or to the field devices 140 via the supply line 209 and / or the slot 126.
  • the redundant power supply 202 can, among other things, be available in two expansion stages.
  • a first expansion stage can include the monitoring of the two energy supplies 210, among other things.
  • a second expansion stage in addition to the first expansion stage, can also be able to register changes in the energy consumption.
  • the consumption of energy can also be used to generate automated messages from the supply component 202 and / or from the control device 130, for example to the control system 150.
  • the Net-Base 100 can be used on the basis of existing technologies, with individual components 120 and / or 130 and / or 202 from the prior art being able to be developed, for example by integrating the configurable I / O ports.
  • the electrically conductive connection for exchanging the electrical signals (which can also be referred to as networking) can include various connection methods.
  • the control system 150 can for example be directly connected to the control component 130 in an electrically conductive manner. Furthermore, the control system 150 can temporarily or partially take over the control of the field control system 100 or the control component 130.
  • the control system 150 can also communicate with the control component 130 on the basis of a real-time bus (for example in accordance with the “OPC UA” architecture).
  • the OPC UA for “Open Platform Communications United Architecture” is a data exchange standard for industrial communication, for example from field device 140 to control component 130 and / or from control component 130 to control system 150.
  • the control component 130 can also use an industrial data bus for communication.
  • the control system 150 can also have an industrial data bus interface. The communication between the control component 130 and the control system 150 preferably takes place by means of the industrial data bus.
  • the control system 150 can communicate with the signal processing module 170 via the connection module 136 of the control component 130, preferably the communication also being carried out via an industrial data bus.
  • control component connection 124 and / or 128 and / or the processing component connection 132 can enable redundant operation of a SAFETY application.
  • a network of several Net-Bases (as field control systems 100) can also be implemented by means of an industrial data bus via the interface 402.
  • the field control system 100 can be controlled by redundant external control modules 160. In this case, these can be connected separately to the field control system 100 in an electrically conductive manner by means of the external control component connection 124.
  • the housing 101 of the field controller 100 can include an additional (ie further) control component 130 or (for example, when controlled by the control system 150) have no control component.
  • the external control modules 160 can each be designed as a control component 130, wherein the external control modules designed as a control component can optionally be designed to be arranged or mechanically connected in the control component slot of the housing 101.
  • each of the external control modules 160 can be connected individually or redundantly to the base element 100.
  • connection 124 between the field control system 100 and the external control module 160 can comprise the mechanical connection and / or the electrically conductive connection (in technical terms by means of “interfaces”).
  • the housing 101 can comprise a system bus as a field control system interface 102, preferably wherein the system bus 102 can also be used to connect the external control modules 160.
  • the system bus 102 can meet safety requirements, which can include, for example, a requirement in accordance with the IEC 61508 and / or the IEC 61511 standard (which is also known as a safety level or safety integrity level, technically "safety integrity level” or SIL), preferably up to SIL3 .
  • the safety requirement can also include the firmware of the respective controls.
  • a first or a plurality of first field control systems 100 can be networked with a second field control system 100 by means of the control component 130 as a bus coupler via the field control system connection port 402.
  • the field control system 100 can be configured to be networked with a field control system 100 of a different type or different production, the field control system 100 being able to access the functions relevant to the field control system 100 or control these relevant functions.
  • the bus coupler 130 of the first field control system 100 can control the control component 130 of another field control system 100, preferably wherein the bus coupler 130 enables communication between its field control system 100 and the other (for example the following) field control systems 100.
  • the field control system 100 of the bus coupler 130 can be used as the master and / or in the following field control systems 100 can be referred to as so-called slaves.
  • the control components 130 of the slaves 100 can each further comprise a communication controller for the connection 402, which preferably enables the coupling to the internal system bus 138 and / or communication with the bus coupler 130 of the master 100.
  • Several slaves 100 can be coupled to the corresponding bus coupler 130 by means of the system bus 402 and / or 138.
  • the communication controller can be a special design of the control component 130 or can be used instead of the control module 134, preferably wherein the communication controller can ensure the functionality to the IOAs 170 (for example the configurable IO ports). Furthermore, the communication controller can be designed to configure the universal input and output channels (i.e. the configurable IO ports) of the connection module 136 and / or to process the respective electrical signals.
  • the system bus 402 and / or 138 can be designed as a redundantly implemented communication bus which ensures the communication between the bus coupler 130 of the master 100 and the communication controllers of the slaves 100.
  • This system bus (also: communication bus) can also meet safety requirements, such as SIL requirements, preferably up to SIL3.
  • the security requirement can also include the firmware of the respective communication controller.
  • the respective communication controller can also provide serial communication on an industrial standard.
  • Embodiments of the field control system 100 can each exist as a so-called SAFETY variant and a non-SAFETY variant, for example be designed to be operated in an unsafe or in a safe environment.
  • the SAFETY variant can include safety requirements, such as SIL requirements, preferably up to SIL3.
  • the security requirement can also include the firmware of the respective field control system 100.
  • the electrical signals (for example the status information) of the field control system 100 or the field control systems 100 can also be made available to the control system 150 (for example a control room or a control system). Furthermore, this information can be the basis for generating alarms in the control system. Alternatively or in addition, these messages and / or alarms can receive special priorities so that the field system 100 and / or the control system 150 processes the electrical ones within defined latency times or cycle times.
  • electrical signals preferably status information, for example collected information or data
  • electrical signals can be made available to the control system 150 by means of appropriate interfaces from the base element 100, for example the slaves 100.
  • All available electrical signals preferably status information (field information, energy management, IOA data, etc.) can for example be called up or sent by the control system 150 or the control component 130. Furthermore, this information can be exchanged by means of a cloud-based system (cloud system) which is connected, for example, to the Internet and / or an intranet. Furthermore, this cloud system can be designed to store, process or analyze the information.
  • the exchanged electrical signals preferably status information
  • can also be protected with appropriate security mechanisms for example end-to-end encryption).
  • Field control system also: Net-Base or Basiselement 100
  • control component preferably a control component connection, for example a connector half 128
  • Control component also: bus coupler 130
  • processing component preferably processing component connection, for example connector half 132
  • Signal processing module also: "input / output accessory” or IOA 170
  • Supply component preferably voltage supply 202

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Abstract

Eine Technik zum Verarbeiten und Austauschen von Feldsignalen wird beschrieben. Ein Aspekt der Technik betrifft ein Feldsteuersystem (100) mit einer Steuerkomponente (130), um elektrische Signale mit wenigstens einem Feldgerät (140) auszutauschen, und einer Verarbeitungskomponente (120), um die zwischen dem wenigstens einen Feldgerät (140) und der Steuerkomponente (130) ausgetauschten elektrischen Signale zu verarbeiten. Die Verarbeitungskomponente (120) und die Steuerkomponente (130) sind elektrisch leitend und mechanisch verbunden oder verbindbar. Im verbundenen Zustand sind die elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgerät (140) und einem an das Feldsteuersystem (100) angeschlossenen Steuersystem (150) mittels der Verarbeitungskomponente (120) und der Steuerkomponente (130) austauschbar.

Description

Technik zum Verarbeiten und Austauschen von Feldsignalen
Die Erfindung betrifft eine Technik zum Verarbeiten und Austauschen von Feldsignalen. Insbesondere sind, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Feldsteuersystem zum Verarbei ten und Austauschen elektrischer Signale, eine Verarbeitungskomponente zum Verarbei ten zwischen wenigstens einem Feldgerät und eine Steuerkomponente ausgetauschter elektrischer Signale, und eine Steuerkomponente zum Austauschen der elektrischen Sig nale bereitgestellt.
Die Prozessindustrie setzt Steuerungs- und Regelungstechnik ein, um bei Modernisie rungsmaßnahmen von bestehenden Anlagen oder zur schnelleren Errichtung von Neu anlagen die Zeit und damit die Kosten der Umsetzung zu reduzieren. Hierbei sind Anla gen zur Verarbeitung von Öl und Gas exemplarische Beispiele.
Diese Einsatzgebiete erfordern, Signale zwischen mindestens einem Feldgerät und einer Steuerung schnell und einfach auszutauschen und zu verarbeiten. Zu den Feldgeräten gehören beispielsweise Sensoren und Aktoren. Die Sensoren übertragen Eingangssig nale, welche den Zustand von Prozessgrößen darstellen, an die Steuerung. Die Aktoren empfangen Ausgangssignale von der Steuerung und führen Maßnahmen zur Beeinflus sung der Prozessgrößen aus.
Das Dokument US 9,971 ,727 B2 offenbart ein universelles Zwischenschaltsystem zum Verarbeiten von Ein- und Ausgangssignalen eines Feldgeräts zwischen dem Feldgerät und einer Prozessteuerung. Dabei umfasst das Zwischenschaltsystem eine Basiseinheit und eine Signalverarbeitungseinheit. Die Signalverarbeitungseinheit wird auf die Basis einheit aufgesteckt und verarbeitet die zwischen dem Feldgerät und der Prozessteuerung ausgetauschten Signale.
Jedoch erfordert dieses Zwischenschaltsystem eine an das Zwischenschaltsystem ange passte Technik zur Signalverarbeitung und eine an das Zwischenschaltsystem ange passte Technik zur Prozessteuerung. Ferner kann ein Wechsel der aufsteckbaren Sig nalverarbeitungseinheit eine Anpassung der Prozesssteuerung erfordern.
Beispielsweise muss die Signalverarbeitung mit Ein- und/oder Ausgabekanäle (kurz: I/O- Ports) der Prozesssteuerung verbunden werden, die zur Funktion der Signalverarbeitung passen. Dazu werden im Stand der Technik jeweils zur Funktion der Signalverarbeitung passende „universelle I/O-Karten“ (kurz: UIO-Karten) in die Prozesssteuerung eingesetzt. Diese UIO-Karten benötigen jedoch zusätzlichen Bauraum, sind eine mögliche Ursache für Rüstfehler und Funktionsausfälle der Anlage, und erhöhen die Rüstzeit und die Rüst kosten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine kompaktere Technik zum Verar beiten und Austauschen von Feldsignalen bereitzustellen, die eine Errichtung und Um rüstung vereinfacht. Eine spezifischere oder alternative Aufgabe ist, eine Änderung der Signalverarbeitung zu ermöglichen, ohne dass Änderungen an der Hardware der Pro zessteuerung notwendig sind.
Die Aufgabe wird bzw. die Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängi gen Ansprüche gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt betrifft ein Feldsteuersystem, das eine Steuerkomponente umfasst, die dazu ausgebildet ist, elektrische Signale mit wenigstens einem Feldgerät auszutauschen. Ferner umfasst das Feldsteuersystem eine Verarbeitungskomponente, die dazu ausge bildet ist, die zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und der Steuerkomponente aus getauschten elektrischen Signale zu verarbeiten. Dabei sind die Verarbeitungskompo nente und die Steuerkomponente mechanisch verbunden oder verbindbar und elektrisch leitend verbunden oder verbindbar. Im verbundenen Zustand sind die elektrischen Sig nale zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und einem an das Feldsteuersystem an geschlossenen Steuersystem mittels der Verarbeitungskomponente und der Steuerkom ponente austauschbar.
Aufgrund der elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Steuerkomponente und der Verarbeitungskomponenten können Ausführungsbeispiele auf UIO-Karten verzichten. Diese oder weitere Ausführungsbeispiele können eine Steuerkomponente umfassen, die dazu ausgebildet ist, über die elektrische Verbindung zur Verarbeitungskomponente, bei spielsweise einen Buskoppler, Ein- und/oder Ausgabe-Kanäle (kurz: I/O-Ports) bereitzu stellen, welche an die Funktion der Verarbeitungskomponente angepasst oder anpassbar sind. Die Steuerkomponente kann dazu ausgebildet sein, in Abhängigkeit von der Funktion der Verarbeitungskomponente I/O-Ports zum Austauschen der elektrischen Signale über die elektrisch leitende Verbindung bereitzustellen. Vorzugsweise kann die Steuerkompo nente dazu ausgebildet sein, eine Kommunikationsrichtung (beispielsweise für Eingabe signale oder für Ausgabesignale) und/oder eine Signalform (beispielsweise für analoge Signale oder für kodierte oder logische oder digitale Signale) zum Austauschen der elektrischen Signale über die elektrisch leitende Verbindung zur Verarbeitungskompo nente an die Funktion der Verarbeitungskomponente anzupassen.
Indem die Steuerkomponente dazu ausgebildet ist, wenigstens einen anpassbare I/O- Port und/oder wenigstens eine anpassbare Kommunikationsrichtung und/oder wenigsten eine anpassbare Signalform zur elektrisch leitenden Verbindung mit der Verarbeitungs komponente bereitzustellen, ermöglichen Ausführungsbeispiele ein kompakteres Feld steuersystem zum Verarbeiten und Austauschen der elektrischen Signale. Bei der Errich tung oder Umrüstung eines solchen Feldsteuersystems kann auf den Einsatz von UIO- Karten verzichtet werden. Diese oder weitere Ausführungsbeispiele können eine Ände rung der Signalverarbeitung ermöglichen, ohne dass Änderungen an der Hardware der Steuerkomponente notwendig sind.
Das Feldsteuersystem kann beispielsweise als ein Gehäuse ausgebildet sein, das zum Aufnehmen der Verarbeitungskomponente und/oder der Steuerkomponente ausgebildet ist. Ferner kann das Gehäuse zum Anordnen innerhalb eines Baugruppenträgers, bei spielsweise eines Racks oder eines Schaltschranks, ausgebildet sein. Ferner kann das Gehäuse zum Anordnen außerhalb eines Baugruppenträgers, beispielsweise eines Racks oder eines Schaltschranks, ausgebildet sein.
Die elektrischen Signale können beispielsweise digitale und/oder analoge elektrische Signale sein. Ferner können die elektrischen Signale beispielsweise Eingangs- und/der Ausgangssignale sein. Ferner beispielsweise können die elektrischen Signale elektrische Logiksignale sein.
Die Verarbeitungskomponente kann auch als Signalverarbeitungseinheit bezeichnet wer den. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente dazu ausgebildet sein, eine Prozesssteuerung auszuführen. Die Steuerkomponente kann dazu ausgebildet sein, die elektrischen Signale von dem wenigstens einen Feldgerät (beispielsweise einem Sensor) zu erfassen und/oder zu verarbeiten. Die erfassten und/oder verarbeiteten Signale kön nen Eingangssignale sein, welche den Zustand von Prozessgrößen angeben. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente dazu ausgebildet sein, die elektrischen Sig nale an das wenigstens eine Feldgerät (beispielsweise einen Aktor) zu senden. Die ge sendeten Signale können Ausgangssignale sein, welche die Prozessgrößen steuern oder regeln. Die Aktoren können dazu ausgebildet sein, die Ausgangssignale von der Steuer komponente zu empfangen und Maßnahmen zur Beeinflussung der Prozessgrößen aus zuführen.
Die elektrischen Signale können einen oder mehrere Werte (beispielsweise einen Istwert im Eingangssignal oder einen Sollwert im Ausgangssignal) umfassen und/oder zum Übertragen von einem oder mehreren Werten verwendet werden. Die Werte können Pro zessgrößen betreffen.
Das wenigstens eine Feldgerät kann einen Aktor und/oder einen Sensor umfassen. Der Aktor kann beispielsweise ein Stellglied oder ein Ventil umfassen. Der Sensor kann bei spielsweise einen Messumformer umfassen. Die Steuerkomponente kann mittels der ausgetauschten elektrischen Signale einen Prozess, insbesondere einen Automatisie rungsprozess oder eine technische Anlage, überwachen oder steuern (vorzugsweise re geln). Alternativ oder ergänzend kann das mindestens eine Feldgerät ein Teil einer (bei spielsweise fertigungstechnischen oder verfahrenstechnischen) Anlage sein und/oder eine technische Einrichtung im Bereich der Automatisierungstechnik sein, beispielsweise in einem Automatisierungsprozess eingesetzt oder einsetzbar sein.
Ferner kann das mindestens eine Feldgerät entfernt von dem Feldsteuersystem ange ordnet sein. Beispielsweise kann das mindestens eine Feldgerät mittels der elektrischen Signale von dem Feldsteuersystem ferngesteuert sein.
Optional kann das wenigstens eine Feldgerät mittels eines Feldbusses mit der Verarbei tungskomponente elektrisch leitend verbunden sein. Alternativ kann jeweils ein Kanal der Verarbeitungskomponente mit jeweils einem des wenigstens einen Feldgeräts elektrisch leitend verbunden sein. Die Verarbeitungskomponente kann, beispielsweise je Kanal, ei nen Trennverstärker oder ein Relais umfassen. Die Verarbeitungskomponente kann die elektrischen Signale zu dem wenigstens einem Feldgerät senden und/oder von dem wenigstens einem Feldgerät empfangen. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente die elektrischen Signale zu dem Steuersys tem senden und/oder von dem Steuersystem empfangen.
Die elektrischen Signale können Statusinformationen oder Steuersignale umfassen. Die Steuerkomponente kann dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Feldgerät zu steu ern, vorzugsweise zu regeln. Die Steuerkomponente kann dazu ausgebildet sein, mittels der elektrischen Signale Steuersignale an das wenigstens eine Feldgerät zu senden und/oder Informationen von dem Feldgerät mittels der elektrischen Signale zu empfan gen. Ferner kann die Steuerkomponente dazu ausgebildet sein, mittels von dem Steuer system empfangener Signale gesteuert zu werden und/oder Informationen von dem we nigstens einen Feldgerät mittels der elektrischen Signale an das Steuersystem zu sen den.
Die Steuerkomponente kann ferner dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Feldge rät (beispielsweise nach Maßgabe des Steuersystems) zu steuern (vorzugsweise zu re geln). Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Feldgerät unabhängig vom Steuersystems zu steuern (vorzugsweise zu regeln), beispielsweise für eine erste Zeitspanne.
Ferner kann das Steuersystem zum Steuern und/oder Regeln der Verarbeitungskompo nente und/oder des wenigstens einen Feldgeräts ausgebildet sein.
Die Steuerkomponente und das Steuersystem können das wenigstens eine Feldgerät hierarchisch steuern. Beispielsweise kann die Steuerkomponente dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Feldgerät (beispielsweise dessen Prozessgrößen) in Echtzeit zu steuern und/oder über eine erste Zeitspanne autonom oder unabhängig vom Steuersys tem zu steuern. Das Steuersystem kann dazu ausgebildet sein, die Steuerkomponente zu steuern, beispielsweise Prozessparameter der Steuerkomponente zu steuern. Das Steuersystem kann die Prozessparameter für eine zweite Zeitspanne vorgeben, die grö ßer als die erste Zeitspanne ist. Der verbundene Zustand kann sich auf die Verarbeitungskomponente und die Steuer komponente beziehen. Die Verarbeitungskomponente und die Steuerkomponente kön nen mittels eines gemeinsamen Gehäuses und/oder irreversibel mechanisch verbunden sein.
Die elektrisch leitende Verbindung und/oder die mechanische Verbindung kann irrever sible oder nicht zerstörungsfrei lösbar sein. Alternativ oder ergänzend können die Verar beitungskomponente und die Steuerkomponente in einem gemeinsamen Gehäuse des Feldsteuersystems miteinander elektrisch leitend und mechanisch verbunden sein.
Die Steuerkomponente kann die elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und dem Steuersystem austauschen, indem die Steuerkomponente einzelne oder aggregierte oder alle Signale von dem wenigstens einen Feldgerät an das Steuer system sendet. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente die elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und dem Steuersystem austauschen, indem die Steuerkomponente Prozessparameter oder Sollwerten zu Regelgrößen vom Steuersystem empfängt und das wenigstens eine Feldgerät nach Maßgabe der empfan genen Prozessparameter oder Sollwerte steuert oder regeln. Das Regeln kann ein Erfas sen von Istwerten zu den Regelgrößen in den (vorzugsweise von der Verarbeitungskom ponente verarbeiteten) elektrischen Signalen von dem wenigstens einen Feldgerät und/oder ein Senden von Stellwerten oder Steueranweisungen zu den Regelgrößen in den (vorzugsweise von der Verarbeitungskomponente zu verarbeitenden) elektrischen Signalen an das wenigstens eine Feldgerät umfassen. Die Stellwerte oder Steueranwei sungen können von einer Abweichung, vorzugsweise einer Differenz, zwischen den Soll werten und den Istwerten abhängen.
Die Verarbeitungskomponente und die Steuerkomponente können im verbundenen Zu stand ferner dazu ausgebildet sein, Statusinformationen der Verarbeitungskomponente an die Steuerkomponente zu übertragen. Die Statusinformationen können beispielsweise Informationen über einen Funktionsumfang (kurz: eine Funktion), einen Betriebszustand, insbesondere einen Fehlerzustand, und/oder Kennungen der Steuerkomponente und/oder der Verarbeitungskomponente umfassen. Die Statusinformationen der Verarbeitungskomponente können einen Funktionsumfang (kurz: eine Funktion) der von der Verarbeitungskomponente ausgeführten Verarbeitung der elektrischen Signale umfassen oder angeben (beispielsweise mittels einer Funktions kennung der Funktion). Alternativ oder ergänzend können die Statusinformationen ein Kommunikationsprotokoll und/oder eine Schnittstelle und/oder eine Signalform zum Aus tauschen der elektrischen Signale zwischen der Verarbeitungskomponente und der Steu erkomponente angeben oder bestimmten.
Die Verarbeitungskomponente und die Steuerkomponente können jeweils einen Steuer komponentenanschluss beziehungsweise einen Verarbeitungskomponentenan schluss umfassen. Der Steuerkomponentenanschluss und der Verarbeitungskomponen tenanschluss können dazu ausgebildet sein, die Verarbeitungskomponente und die Steu erkomponente im verbundenen Zustand miteinander elektrisch leitend, vorzugsweise auch mechanisch, zu verbinden. Alternativ oder ergänzend können der Steuerkompo nentenanschluss und der Verarbeitungskomponentenanschluss jeweils eine Steckver binderhälfte umfassen. Dabei kann jede der Steckverbinderhälften einen Stecker, eine Kontaktleiste oder einen oder mehrere Steckkontakte aufweisen. Die Steckverbinder hälfte kann zum mechanischen Verbinden und zum elektrischen leitenden Verbinden ausgebildet sein.
Das Feldsteuersystem kann ferner ein Gehäuse zur mechanischen Verbindung der Steu erkomponente und der Verarbeitungskomponente umfassen. Das Gehäuse, beispiels weise der Steuerkomponentenschacht und der Verarbeitungskomponentenschacht des Gehäuses, können die Verarbeitungskomponente und die Steuerkomponente relativ zu einander festlegen oder anordnen. Beispielsweise kann die mechanische Verbindung re alisiert sein mittels eines Steuerkomponentenschachts im Gehäuse, der dazu ausgebildet ist, die Steuerkomponente aufzunehmen, und eines Verarbeitungskomponenten schachts im Gehäuse, der dazu ausgebildet ist, die Verarbeitungskomponente aufzuneh men.
Alternativ oder ergänzend kann das Feldsteuersystem eine Feldsteuersystemschnitt stelle, beispielsweise einen Buskoppler umfassen. Die Feldsteuersystemschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Steuerkomponente und die Verarbeitungskompo- nente im verbundenen Zustand (beispielsweise im direkt miteinander verbundenen Zu stand oder in den jeweiligen Schacht aufgenommen Zustand) miteinander elektrisch lei tend zu verbinden.
Die Feldsteuersystemschnittstelle kann in das Gehäuse integriert sein. Beispielsweise kann eine Buchse im Verarbeitungskomponentenschacht mit einer Buchse im Steuer komponentenschacht elektrisch leitend verbunden sein. Die Buchse im Verarbeitungs komponentenschacht kann im aufgenommenen Zustand der Verarbeitungskomponente mit dem Steuerkomponentenanschluss elektrisch leitend verbunden sein. Die Buchse im Steuerkomponentenschacht kann im aufgenommenen Zustand der Steuerkomponente mit dem Verarbeitungskomponentenanschluss elektrisch leitend verbunden sein. Ferner kann die jeweilige Buchse des Steuerkomponentenschachts und/oder des Verarbei tungskomponentenschachts zum elektrisch leitenden und mechanischen Verbinden der Steuerkomponente bzw. der Verarbeitungskomponente ausgebildet sein.
Das Feldsteuersystem kann ein oder mehrere Steuerkomponentenschächte und/oder ein oder mehrere Verarbeitungskomponentenschächte umfassen. Das Feldsteuersys tem kann mit der im Steuerkomponentenschacht aufgenommenen Steuerkomponente und der im Verarbeitungskomponentenschacht aufgenommenen Verarbeitungskompo nente modular ausgebildet sein.
Die Feldsteuersystemschnittstelle kann beispielsweise einen elektrisch leitenden Signal- bus (beispielsweise einen seriellen Datenbus) umfassen, der die Verarbeitungskompo nente mit der Steuerkomponente elektrisch leitend verbindet. Optional kann die Feldsteu ersystemschnittstelle dazu ausgebildet sein, die elektrischen Signale zwischen der einen oder den mehreren Verarbeitungskomponenten und der einen oder den mehreren Steu erkomponenten auszutauschen. Das Feldsteuersystem kann ferner eine Versorgungskomponente umfassen. Die Versor gungskomponente kann dazu ausgebildet sein, das Feldsteuersystem, die Steuerkom ponente, und/oder die Verarbeitungskomponente mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Versorgungskomponente kann wenigstens einen Versorgungsanschluss zur Auf nahme der elektrischen Energie umfassen. Die Verarbeitungskomponente kann dazu ausgebildet sein, die aufgenommene elektrische Energie an einen Steckplatz der Verar beitungskomponente und/oder an die Steuerkomponente zu leiten.
Der Versorgungsanschluss kann zum Anschließen einer elektrischen Energiequelle aus gebildet sein. Die elektrische Energiequelle kann ein Stromnetz, eine Batterie und/oder eine Spannungsquelle/Stromquelle umfassen. Die Versorgungskomponente kann dazu ausgebildet sein, eine Spannung umzusetzen, gleichzurichten und/oder zu glätten.
Die Versorgungskomponente kann zwei oder mehr Versorgungsanschlüsse aufweisen. Die Versorgungskomponente kann dazu ausgebildet sein, die elektrische Energie wahl weise von einem ersten Versorgungsanschluss der zwei oder mehr Versorgungsan schlüsse und von einem zweiten Versorgungsanschluss der zwei oder mehr Versor gungsanschlüsse aufzunehmen. Die wahlweise Aufnahme der elektrischen Energie von den zwei oder mehr Versorgungsanschlüsse kann eine redundante Versorgung des Feld steuersystems, vorzugsweise der Steuerkomponente und/oder der Verarbeitungskompo nente, mit der elektrischen Energie sicherstellen.
Die Versorgungskomponente kann ferner dazu ausgebildet sein, Statusinformationen der Versorgungskomponente an das Feldsteuersystem, vorzugsweise an die Steuerkompo nente, zu übertragen. Die Steuerkomponente kann dazu ausgebildet sein, die Versor gungskomponente abhängig von den Statusinformationen anzusteuern.
Die Statusinformationen der Versorgungskomponente können einen Funktionsumfang (kurz: Funktion) der Versorgungskomponente angeben. Alternativ oder ergänzend kön nen die Statusinformationen der Versorgungskomponente einen Status des wenigstens einen Versorgungsanschlusses oder jedes der Versorgungsanschlüsse umfassen. Bei spielsweise können die Statusinformationen angeben, welcher Versorgungsanschluss zur Aufnahme der elektrischen Energie genutzt wird und/oder welche Spannung an dem oder jedem Versorgungsanschluss anliegt und/oder welcher Strom an dem oder jedem Versorgungsanschluss aufgenommen wird.
Alternativ oder ergänzend können die Statusinformationen einen Betriebszustand der Versorgungskomponente und/oder einen Fehlerzustand der Versorgungskompo nente und/oder eine Kennung der Versorgungskomponente umfassen. Ferner können io die Statusinformationen weiterführende Informationen der Versorgungskomponente um fassen, wie beispielsweise Angaben zu der ausgegebenen elektrischen Energie, zu Kon figurationen und/oder zu der verbauten Hardware der Versorgungskomponente.
Ein zweiter Aspekt betrifft eine Verarbeitungskomponente zur Ausbildung eines Feldsteu ersystems, vorzugsweise gemäß dem ersten Aspekt, und/oder zum Verarbeiten von zwi schen dem wenigstens einen Feldgerät und der Steuerkomponente ausgetauschten elektrischen Signalen. Die Verarbeitungskomponente umfasst wenigstens einen Feldge räteanschluss, der zum elektrisch leitenden Verbinden mit dem wenigstens einem Feld gerät außerhalb des Feld-steuersystems ausgebildet ist. Ferner umfasst die Verarbei tungskomponente einen Steuerkomponentenanschluss, der zum elektrisch leitenden Verbinden mit der Steuerkomponente innerhalb des Feldsteuersystems ausgebildet ist. Die Verarbeitungskomponente ist dazu ausgebildet, die zwischen dem wenigstens einen Feldgeräteanschluss und dem Steuerkomponentenanschluss ausgetauschten elektri schen Signale zu verarbeiten.
Die Verarbeitungskomponente kann ferner ein jedes Merkmal umfassen, das im Kontext des ersten Aspekts oder des Feldsteuersystems offenbart ist, oder ein dementsprechen des Merkmal. Beispielsweise kann der Steuerkomponentenanschluss eine Steckverbin derhälfte, vorzugsweise einen Steckkontakt oder eine Kontaktleiste, umfassen.
Optional kann die Verarbeitungskomponente einen externen Steuerkomponentenan schluss umfassen, der zum elektrisch leitenden Verbinden mit einem externen Steuer modul, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) und/oder eines Leitsystems, vorzugsweise eines Prozessleitsystems (PLS, fachsprachlich auch: „Distri- buted Control System“ oder DOS), außerhalb des Feldsteuersystems ausgebildet ist. Die Verarbeitungskomponente kann zum Übertragen der elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgeräteanschluss und dem Steuerkomponentenanschluss und/oder dem externen Steuerkomponentenanschluss ausgebildet sein. Das externe Steuermodul kann eine bezüglich der Steuerkomponente redundante Steuerfunktion bereitstellen oder ermöglichen. Die Ausbildung des Feldsteuersystems kann das elektrisch leitende und mechanische Verbinden der Verarbeitungskomponente mit der Steuerkomponente umfassen. Die Ver arbeitungskomponente kann direkt mit der Steuerkomponente elektrisch leitend und me chanisch verbunden oder verbindbar sein. Alternativ oder ergänzend kann die Verarbei- tungskomponente mit der Steuerkomponente in einem Gehäuse aufgenommen oder auf- nehmbar sein.
Der Steuerkomponentenanschluss kann ferner zum mechanischen Verbinden mit der Steuerkomponente innerhalb des Feldsteuersystems ausgebildet sein. Alternativ oder er gänzend kann die Verarbeitungskomponente ein Gehäuse aufweisen, das dazu ausge- bildet ist, mit der Steuerkomponente mechanisch verbunden zu werden und/oder die Steuerkomponente aufzunehmen.
Die Verarbeitungskomponente kann ferner wenigstens einen Steckplatz umfassen. Der oder jeder Steckplatz kann dazu ausgebildet sein, ein Signalverarbeitungsmodul elektrisch leitend und mechanisch mit der Verarbeitungskomponente zu verbinden. Der oder jeder Steckplatz kann beispielsweise eine Steckverbinderhälfte, beispielsweise eine Kontaktleistenbuchse, umfassen.
Der Steckplatz kann einen feldseitigen Anteil umfassen, in der Verarbeitungskomponente mit dem Feldgeräteanschluss elektrisch leitend verbunden ist. Der Steckplatz kann einen steuerseitigen Anteil umfassen, in der Verarbeitungskomponente mit dem Steuerkompo- nentenanschluss elektrisch leitend verbunden ist.
Optional kann die Verarbeitungskomponente wenigstens ein in den wenigstens einen Steckplatz gestecktes oder steckbares Signalverarbeitungsmodul umfassen. Das oder jedes Signalverarbeitungsmodul kann lösbar in den Steckplatz gesteckt oder steckbar sein. Beispielsweise kann das oder jedes Signalverarbeitungsmodul eine Steckverbin- derhälfte, vorzugsweise einen Kontaktleistenstecker, umfassen, zur elektrische leitenden Verbindung mit dem Steckplatz.
Die Steckverbinderhälfte am Signalverarbeitungsmodul kann einen feldseitigen Anteil umfassen, der im gesteckten Zustand mit dem feldseitigen Anteil des Steckplatzes elektrisch leitend verbunden ist. Die Steckverbinderhälfte am Signalverarbeitungsmodul kann einen steuerseitigen Anteil umfassen, der im gesteckten Zustand mit dem steuer seitigen Anteil des Steckplatzes elektrisch leitend verbunden ist.
Das oder jedes Signalverarbeitungsmodul kann dazu ausgebildet sein, die zwischen dem wenigstens einen Feldgeräteanschluss und dem Steuerkomponentenanschluss und/oder dem externen Steuerkomponentenanschluss ausgetauschten elektrischen Signale zu verarbeiten. Beispielsweise kann jeder Steckplatz einem Feldgerät oder einem Kanal zum Austausch der elektrischen Signale mit dem wenigstens einen Feldgerät zugeordnet sein. Das oder jedes Signalverarbeitungsmodul kann die über den zugeordneten Kanal oder mit dem zugeordneten Feldgerät ausgetauschten elektrischen Signale verarbeiten.
Die Verarbeitungskomponente kann ferner dazu ausgebildet sein, Statusinformationen der Verarbeitungskomponente, vorzugsweise Statusinformationen des wenigstens einen Signalverarbeitungsmoduls, am Steuerkomponentenanschluss und/oder am externen Steuerkomponentenanschluss bereitzustellen.
Das oder jedes Signalverarbeitungsmodul kann seinen Funktionsumfang (kurz: Funktion) des Verarbeitens der ausgetauschten Signale als Statusinformationen der Verarbeitungs komponente an die Steuerkomponente übertragen.
Das Verarbeiten der elektrischen Signale, d.h. der Funktionsumfang, kann beispielsweise ein Umwandeln (beispielsweise ein Abtasten, Digitalisieren oder Verstärken) und/oder Auswerten (beispielsweise ein Diskretisieren) der elektrischen Signale umfassen. Alter nativ oder ergänzend kann das oder jedes Signalverarbeitungsmodul gemäß der Funk tion ein Signaleingang und/oder Signalausgang für das wenigstens eine oder zugeord nete Feldgerät sein. Die Funktion kann konfiguriert oder konfigurierbar sein, beispiels weise von der Steuerkomponente. Ferner kann das oder jedes Signalverarbeitungsmodul die elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und der Steuerkom ponente übertragen.
Die Verarbeitungskomponente kann dazu ausgebildet sein, die den Funktionsumfang an gebenden Statusinformationen des Signalverarbeitungsmoduls zu senden. Die den Funktionsumfang angebenden Statusinformationen können (vorzugsweise an die Steu erkomponente) gesendet werden in Reaktion auf das elektrisch leitende Verbinden (bei spielsweise des Signalverarbeitungsmoduls mit einem korrespondierenden Steckplatz) und/oder in Reaktion auf das elektrisch leitende Verbinden der Verarbeitungskompo nente mit der Steuerkomponente und/oder in Reaktion auf eine (beispielsweise drahtlos oder über den Steckplatz) von der Steuerkomponente erhaltene Anforderung des Funk tionsumfangs.
Alternativ oder ergänzend kann die Verarbeitungskomponente (beispielsweise das oder jedes Signalverarbeitungsmodul) eine Schaltung zur galvanischen Trennung (auch: Trennschaltung oder Trennebene) der zwischen Feldgerät und der Steuerkomponente ausgetauschten elektrischen Signale umfassen.
Das Signalverarbeitungsmodul kann gemäß dem Funktionsumfang einen digitalen Ein gang (Dl), einen digitalen Ausgang (DO), einen analogen Eingang (AI) und/oder einen analogen Ausgang (AO) umfassen, vorzugsweise am feldseitigen Anteil der Steckverbin derhälfte am Signalverarbeitungsmodul bzw. des Steckplatzes. Der Dl kann ein Eingang zum Erfassen und/oder Verarbeiten digitaler elektrischer Signale sein. Der DO kann ein Ausgang zum Verarbeiten und/oder Ausgeben von digitalen elektrischen Signalen sein. Der AI kann ein Eingang zum Erfassen und/oder Verarbeiten von analogen elektrischen Signalen sein. Der AO kann ein Ausgang zum Verarbeiten und/oder Ausgeben von ana logen elektrischen Signalen sein.
Der Funktionsumfang des Signalverarbeitungsmoduls kann mindestens eine der folgen den Signalverarbeitungen umfassen. Eine erste Signalverarbeitung umfasst ein Umset zen eines vom feldseitigen Anteil des Steckplatzes erfassten elektrischen Signals auf einen durch den steuerseitigen Anteil des Steckplatzes elektrisch leitend verbundenen Dl der Steuerkomponente. Eine zweite Signalverarbeitung umfasst ein Umsetzen eines durch den steuerseitigen Anteil des Steckplatzes von einem DO der Steuerkomponente erfassten elektrischen Signals auf den feldseitigen Anteil des Steckplatzes. Eine dritte Signalverarbeitung umfasst ein Umsetzen eines vom feldseitigen Anteil des Steckplatzes erfassten elektrischen Signals auf einen durch den steuerseitigen Anteil des Steckplatzes elektrisch leitend verbundenen AI der Steuerkomponente. Eine vierte Signalverarbeitung umfasst ein Umsetzen eines durch den steuerseitigen Anteil des Steckplatzes von einem AO der Steuerkomponente erfassten elektrischen Signals auf den feldseitigen Anteil des Steckplatzes. Eine fünfte Signalverarbeitung umfasst ein Bereitstellen eines digitalen Dl zum mindes tens einen Feldgerät am feldseitigen Anteil des Steckplatzes, wobei der Dl dazu ausge bildet ist, die elektrischen Signale des mindestens einen Feldgeräts zu erfassen. Eine sechste Signalverarbeitung umfasst ein Bereitstellen eines DO zum mindestens einen Feldgerät am feldseitigen Anteil des Steckplatzes, wobei der DO dazu ausgebildet ist, die elektrischen Signale an das mindestens eine Feldgerät auszugeben. Eine siebte Signal verarbeitung umfasst ein Bereitstellen eines AI am feldseitigen Anteil des Steckplatzes zum mindestens einen Feldgerät, wobei der AI dazu ausgebildet ist, die elektrischen Sig nale des mindestens einen Feldgeräts zu erfassen. Eine achte Signalverarbeitung um fasst ein Bereitstellen eines AO am feldseitigen Anteil des Steckplatzes zum mindestens einen Feldgerät, wobei der AO dazu ausgebildet ist, die elektrischen Signale an das min destens eine Feldgerät auszugeben.
Der Funktionsumfang kann mindestens zwei alternative Zustände der Signalverarbeitung des Signalverarbeitungsmoduls umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die Verarbei tungskomponente (beispielsweise das oder jedes Signalverarbeitungsmodul) dazu aus gebildet sein, über den Steuerkomponentenanschluss Steuersignale von der Steuerkom ponente zu empfangen. Die Steuersignale können einen Zustand der alternativen Zu stände vorgeben. Die Verarbeitungskomponente kann ferner dazu ausgebildet sein, den vorgegebenen Zustand der Signalverarbeitung anzunehmen.
Das oder jedes Signalverarbeitungsmodul kann einen Wandler für die elektrischen Sig nale umfassen. Beispielsweise können analoge oder digitale elektrische Signale umge setzt werden. Der Wandler kann ein Analog-Digital-Wandler oder ein Digital-Analog- Wandler sein.
Ein dritter Aspekt betrifft eine Steuerkomponente zur Ausbildung eines Feldsteuersys tems gemäß dem ersten Aspekt und/oder zum elektrisch leitenden und mechanischen Verbinden mit einer Verarbeitungskomponente gemäß dem zweiten Aspekt. Die Steuer komponente umfasst ein Steuermodul, vorzugsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), das dazu ausgebildet ist, die elektrischen Signale mit dem wenigstens einen Feldgerät auszutauschen. Ferner umfasst die Steuerkomponente wenigstens ein konfigurierbares Verbindungsmodul und einen Verarbeitungskomponentenanschluss, die dazu ausgebildet sind, das Steuermodul mit der Verarbeitungskomponente zum Aus tauschen der elektrischen Signale über das konfigurierbare Verbindungsmodul elektrisch leitenden zu verbinden. Die Steuerkomponente umfasst ferner wenigstens einen System anschluss über den das Steuermodul mit einem Steuersystem elektrisch leitend verbun- den oder verbindbar ist. Im verbundenen Zustand sind die elektrischen Signale mit dem Steuersystem austauschbar.
Das Steuermodul kann eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und/oder ein Leitsystem, vorzugsweise ein Prozessleitsystem (PLS, fachsprachlich auch: „Distributed Control System“ oder DCS) umfassen. Die Steuerkomponente kann mittels des Verarbeitungskomponentenanschlusses mit der Verarbeitungskomponente mechanisch verbunden oder verbindbar sein. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente ein Gehäuse aufweisen, das mit der Verarbei tungskomponente verbundene oder verbindbare ist und/oder in dem die Verarbeitungs komponente aufgenommen oder aufnehmbar ist. Das Steuermodul kann ferner dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Feldgerät, vor zugsweise nach Maßgabe des Steuersystems, zu steuern.
Die Steuerkomponente kann mittels des Verarbeitungskomponentenanschlusses, vor zugsweise einer Steckverbinderhälfte, mit der Verarbeitungskomponente elektrisch lei tend und mechanisch verbunden oder verbindbar sein. Im verbundenen Zustand können die elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und dem Steuersys tem mittels der Verarbeitungskomponente und der Steuerkomponente austauschbar sein.
Der Verarbeitungskomponentenanschluss kann zur elektrisch leitenden Verbindung mit der Verarbeitungskomponente über die Feldsteuersystemschnittstelle und/oder direkt mit dem Steuerkomponentenanschluss der Verarbeitungskomponente ausgebildet sein.
Indem die Steuerkomponente die elektrischen Signale über die Verarbeitungskompo nente mit dem wenigstens einen Feldgerät austauscht, kann die Verarbeitungskompo nente die zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und der Steuerkomponente ausge tauschten elektrischen Signale verarbeiten, beispielsweise deren Signalform, umsetzen, vorzugsweise zur Steuerung der Feldgeräte und/oder zur Weiterleitung der verarbeiteten Signale an das Steuersystem.
Das wenigstens eine konfigurierbare Verbindungsmodul kann wenigstens eine Verbin dungsleitung oder einen Verbindungskontakt des Verarbeitungskomponentenanschlus- ses umfassen. Das oder jedes konfigurierbare Verbindungsmodul kann einen Ein und/oder Ausgabekanal (kurz: I/O-Port) der Steuerkomponente am Verarbeitungskom ponentenanschluss bereitstellen. Der vom konfigurierbaren Verbindungsmodul bereitge stellte Ein- und/oder Ausgabekanal (I/O-Port) kann auch als konfigurierbarer Ein und/oder Ausgabekanal (konfigurierbarer I/O-Port) bezeichnet werden. Das wenigstens eine konfigurierbare Verbindungsmodul kann dazu ausgebildet sein, nach Maßgabe einer Konfiguration des (oder des jeweiligen) konfigurierbaren Verbin dungsmoduls an der wenigstens einen Verbindungsleitung oder dem wenigstens eine Verbindungskontakt des Verarbeitungskomponentenanschlusses die elektrischen Sig nale wahlweise zu erfassen oder auszugeben (beispielsweise die elektrischen Signale entweder zu erfassen oder auszugeben). Alternativ oder ergänzend kann das wenigstens eine konfigurierbare Verbindungsmodul dazu ausgebildet sein, nach Maßgabe der Kon figuration des (oder des jeweiligen) konfigurierbaren Verbindungsmoduls an der wenigs tens einen Verbindungsleitung oder dem wenigstens eine Verbindungskontakt des Ver arbeitungskomponentenanschlusses wahlweise analoge oder digitale elektrische Signale (beispielsweise entweder analoge oder digitale elektrische Signale) zu verarbeiten.
Die Verbindungsleitung kann eine Verbindungsleitung zwischen dem konfigurierbaren Verbindungsmodul und dem Verarbeitungskomponentenanschluss sein, beispielsweise eine Leiterbahn. Alternativ oder ergänzend kann der Verbindungskontakt ein Kontakt im Verarbeitungskomponentenanschluss sein. Mit anderen Worten, das konfigurierbare Verbindungsmodul kann dazu ausgebildet sein, die wenigstens eine Verbindungsleitung des Verarbeitungskomponentenanschlusses wahlweise als Signaleingang oder als Signalausgang zu betreiben und/oder an der we nigstens einen Verbindungsleitung des Verarbeitungskomponentenanschlusses wahl weise analoge oder digitale Signal zu verarbeiten. Die Konfiguration des konfigurierbaren Verbindungsmoduls (beispielsweise ein Modus des konfigurierbaren Verbindungsmo duls) kann bestimmen, ob die elektrischen Signale entweder erfasst oder ausgegeben werden, und/oder ob die elektrischen Signale analoge oder digitale sind.
Das Steuermodul kann ferner dazu ausgebildet sein, die Konfiguration (beispielsweise den Modus) des Verbindungsmoduls zu steuern (beispielsweise zu bestimmen).
Das Steuermodul kann ferner dazu ausgebildet sein, die Konfiguration des konfigurier baren Verbindungsmoduls in Reaktion auf die erfassten Statusinformationen der Verar beitungskomponente zu verändern. Beispielsweise kann die Konfiguration des konfigu rierbaren Verbindungsmoduls angepasst werden an die Funktion des Signalverarbei- tungsmoduls, das über das konfigurierbare Verbindungsmodul mit dem Steuermodul ver bunden ist.
Aufgrund der Statusinformationen, welche den Funktionsumfang der Verarbeitung des zwischen dem mindestens einen Feldgerät und dem Steuersystem ausgetauschten elektrischen Signale angeben, kann die Steuerkomponente und/oder das Steuersystem (beispielsweise indem die Steuerkomponente die Statusinformationen an das Steuersys tem sendet) feststellen, ob ein (beispielsweise funktionell) richtiges oder ausreichendes Signalverarbeitungsmodul vorhanden ist und/oder ob das Signalverarbeitungsmodul im richtigen Steckplatz eingesteckt ist.
Beispielsweise kann bei einer Änderung oder Erweiterung eines von der Steuerkompo- nente und/oder dem Steuersystem gesteuerten Prozesses (der beispielsweise mittels des mindestens einen Feldgeräts umgesetzt wird) festgestellt werden, ob dieser Prozess mittels der Funktionen des Signalverarbeitungsmoduls gemäß dem Funktionsumfang ausführbar ist. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente und/oder das Steu ersystem eine Ablaufsteuerung des Prozesses schrittweise dahingehen überprüfen, dass eine in jedem Schritt erforderliche Funktion vom angegebenen Funktionsumfang umfasst ist.
Die (vorzugsweise verarbeiteten) elektrischen Signale von der Verarbeitungskompo nente können mittels der Steuerkomponente an das Steuersystem gesendet werden. AI- ternativ oder ergänzend können die (vorzugsweise zu verarbeitenden) elektrischen Sig nale von dem Steuersystem mittels der Steuerkomponente empfangen und an die Ver arbeitungskomponente geleitet werden.
Die Steuerkomponente kann dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Feldgerät zu steuern und/oder zu regeln, beispielsweise gemäß einem Automatisierungsprozess. Die Steuerkomponente kann Statusinformationen von dem wenigstens einen Feldgeräten auslesen und/oder Steuersignale an das wenigstens eine Feldgeräte senden. Die Steu erkomponente, beispielsweise das Steuermodul, kann einen Prozessor und einen vom Prozessor lesbaren Speicher umfassen, in dem ein Steuer- oder Anwenderprogramm kodiert ist, bei dessen Ausführung der Prozessor die Statusinformationen ausliest und/oder Steuerbefehle sendet. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente von einer weiteren Steuerkomponente (beispielsweise der externen Steuerkomponente) und/oder einer Leitwarte (beispielsweise dem Steuersystem) angesteuert und/oder aus gelesen werden. Die Leitwarte kann eine weitere Steuerkomponente umfassen, welche zum Steuern und/oder Auslesen der Steuerkomponente des Feldsteuersystems ausge bildet sein kann. Das Auslesen kann ein Auslesen der ausgetauschten elektrischen Sig nale und/oder von Statusinformationen der Signalverarbeitungsmodule umfassen.
Das Steuermodul kann dazu ausgebildet sein, die Statusinformationen zu erfassen und/oder auszuwerten und/oder zu verarbeiten und/oder an das Steuersystem zu über tragen. Alternativ oder ergänzend kann das Steuermodul Statusinformationen des Steu ermoduls (beispielsweise einen Betriebszustand und/oder einen Fehlerzustand des Steu ermoduls) an die Systemsteuerung senden.
Die Steuerkomponente (beispielsweise das Steuermodul) kann wenigstens eine serielle oder parallele Schnittstelle umfassen, die mit dem Verbindungsmodul zum Austauschen der elektrischen Signale (beispielsweise der Steuersignale und/oder der Statusinformati onen) verbunden sein. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente (beispiels weise das Steuermodul) eine serielle oder parallele Schnittstelle umfassen, die dazu aus gebildet ist, die Statusinformationen von der Verarbeitungskomponente und/oder von der Versorgungskomponente zu empfangen. Alternativ oder ergänzend kann das Steuermo dul eine serielle oder parallele Schnittstelle umfassen, die dazu ausgebildet ist die Konfi guration an das Verbindungsmodul zu senden. Alternativ oder ergänzend kann der Systemanschluss ein Netzwerkanschluss sein.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen an hand bevorzugter und wahlweise kombinierbarer Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Blockansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines
Feldsteuersystems zum Verarbeiten ausgetauschter Signale mit einer Ver arbeitungskomponente und einer Steuerkomponente;
Fig. 2 eine schematische Blockansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Feldsteuersystems, das als Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels mit mehreren Steckplätzen realisierbar ist;
Fig. 3 eine schematische Blockansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des
Feldsteuersystems, das als Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels mit einer Versorgungskomponente realisierbar ist;
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels des Feldsteuersystems;
Fig. 5 eine schematische Blockansicht eines fünften Ausführungsbeispiels des
Feldsteuersystems, das als Weiterbildung des dritten Ausführungsbeispiels mit außerhalb des Feldsteuersystems angeordneten Steuerkomponenten realisierbar ist; und Fig. 6 eine schematische Blockansicht mehrerer miteinander elektrisch leitend verbundener Feldsteuersysteme nach einem der Ausführungsbeispiele.
Die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines allgemein mit Bezugszeichen 100 bezeichneten Feldsteuersystems. Das Feldsteuersystem 100 umfasst eine Steuerkom ponente 130, die dazu ausgebildet ist, elektrische Signale mit einem Feldgerät 140 aus- zutauschen. Ferner umfasst das Feldsteuersystem 100 eine Verarbeitungskomponente 120, die dazu ausgebildet ist, die zwischen dem Feldgerät 140 und der Steuerkompo- nente 130 ausgetauschten elektrischen Signale zu verarbeiten. Dabei sind die Verarbei tungskomponente 120 und die Steuerkomponente 130 mechanisch und elektrisch ver bunden oder verbindbar. Vorzugsweise sind im verbundenen Zustand die elektrischen Signale zwischen dem Feldgerät 140 und einem Steuersystem 150 mittels der Verarbei tungskomponente 120 und der Steuerkomponente 130 austauschbar.
Die Steuerkomponente 130 ist dazu ausgebildet, das Feldgerät 140 nach Maßgabe des Steuersystems 150 zu steuern.
Vorzugsweise sind die Verarbeitungskomponente 120 und/oder die Steuerkomponente 130 ferner dazu ausgebildet, Statusinformationen wechselseitig zu senden und/oder zu empfangen.
Die Verarbeitungskomponente 120 und die Steuerkomponente 130 weisen jeweils einen Verarbeitungskomponentenanschluss 128 (beispielsweise eine Steckverbinderhälfte) und einen Steuerkomponentenanschluss 132 (beispielsweise eine Steckverbinderhälfte) auf, die dazu ausgebildet sind, die Verarbeitungskomponente 120 und die Steuerkompo nente 130 im verbunden Zustand miteinander elektrisch, und vorzugsweise mechanisch, zu verbinden.
Vorzugsweise umfasst das Feldsteuersystem 100 ein Gehäuse 101 , in dem die Steuer komponente 130 und die Verarbeitungskomponente 120 angeordnet sind.
Optional weist das Gehäuse 101 einen Steuerkomponentenschacht auf, der dazu aus gebildet ist, die Steuerkomponente 130 und die Verarbeitungskomponente 120 aufzu nehmen. Ferner weist das Gehäuse 101 einem Verarbeitungskomponentenschacht, der dazu ausgebildet ist, die Verarbeitungskomponente 120 aufzunehmen. Das Gehäuse 101 umfasst eine Feldsteuersystemschnittstelle 102, die dazu ausgebildet ist, die Steu erkomponente 130 und die Verarbeitungskomponente 120 elektrisch zu verbinden, vor zugsweise über den Steuerkomponentenanschluss 128 und den Verarbeitungskompo nentenanschluss 132.
Die Verarbeitungskomponente 120 umfasst einen Feldgeräteanschluss 122, der zum elektrisch leitenden Verbinden mit dem Feldgeräte 140 ausgebildet ist. Der Steuerkom- ponentenanschluss 128 der Verarbeitungskomponente 120 ist dazu ausgebildet, inner halb des Feldsteuersystems 100 die elektrische Verbindung zur Steuerkomponente 130 herzustellen. Vorzugsweise umfasst die Verarbeitungskomponente 120 einen externen Steuerkomponentenanschluss 124, der zum elektrisch leitenden Verbinden mit einem ex ternen Steuermodul 160, vorzugsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), außerhalb des Feldsteuersystems 100 ausgebildet ist. Dabei ist die Verarbei tungskomponente 120 zum Übertragen der elektrischen Signale zwischen dem wenigs tens einen Feldgeräteanschluss 122 und dem Steuerkomponentenanschluss 128 und/oder dem externen Steuerkomponentenanschluss 124 ausgebildet.
Das externe Steuermodul 160 kann beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steu erung (SPS) und/oder ein Leitsystem, vorzugsweise ein Prozessleitsystem (PLS, fach sprachlich auch: „Distributed Control System“ oder DCS) umfassen. Das Steuermodul 160 kann „extern“ sein in dem Sinne, dass es außerhalb des Feldsteuersystems 100 ausgebildet ist.
Die Verarbeitungskomponente 120 umfasst einen Steckplatz 126, der dazu ausgebildet ist, ein Signalverarbeitungsmodul 170 elektrisch und mechanisch mit der Verarbeitungs komponente 120 zu verbinden. Dabei ist das Signalverarbeitungsmodul 170 zum Verar beiten der elektrischen Signale und/oder zum Übertragen der elektrischen Signale zwi schen dem Feldgeräteanschluss 122 und dem externen Steuerkomponentenan schluss 124 ausgebildet ist. Beispielsweise umfasst der Steckplatz 126 einen feldseitigen Anteil, der mit dem Feldgeräteanschluss elektrisch leitend verbunden ist, und einen steu erseitigen Anteil, der mit dem Steuerkomponentenanschluss 128 elektrisch leitend ver bunden ist. Entsprechen kann eine Steckverbinderhälfte 172 am Signalverarbeitungsmo dul 170, die in den Steckplatz 126 steckbar ist, einen steuerseitigen und einen feldseiti gen Anteil umfassen, der im gesteckten Zustand mit dem steuerseitigen bzw. feldseitigen Anteil des Steckplatzes 126 elektrisch leitend verbunden ist.
Die Verarbeitungskomponente 120 ist ferner dazu ausgebildet, Statusinformationen der Verarbeitungskomponente 120 (beispielsweise des Signalverarbeitungsmoduls 170) und/oder des Feldgeräts 140 über den Steuerkomponentenanschluss 128 und/oder über den externen Steuerkomponentenanschluss 124 bereitzustellen. Die Steuerkomponente 130 steuert (beispielsweise nach Maßgabe des Steuersys tem 150) das Feldgeräte 140, indem die elektrischen Signale Steuersignale umfassen, die an das Feldgeräte 140 gesendet werden. Im Fall einer Regelung des Feldgeräts 140 durch die Steuerkomponente 130 können die elektrischen Signale Rückmeldungen vom Feldgerät 140 umfassen, beispielsweise Ist-Werte.
Die Steuerkomponente 130 umfasst den Verarbeitungskomponentenanschluss 132, ein Steuermodul 134 (beispielsweise eine SPS), ein konfigurierbares Verbindungsmodul 136 und wenigstens einen Systemanschluss 138. Dabei ist das konfigurierbare Verbindungs modul 136 zum elektrisch leitenden Verbinden mittels des Verarbeitungskomponenten anschluss 132 mit der wenigstens einen Verarbeitungskomponente 120 ausgebildet ist. Das konfigurierbare Verbindungsmodul 136 ist vorzugsweise zum elektrisch leitenden Verbinden über die Feldsteuersystemschnittstelle 102 ausgebildet.
Ferner ist das Steuermodul 134 über den wenigstens einen Systemanschluss 138, bei spielsweise einen Ethernet-Anschluss und/oder ein anderes industrielles Bussystem, mit dem Steuersystem 150 elektrisch leitend verbindbar. Die elektrisch leitende Verbindung kann eine oder mehrere Netzwerkweichen (fachsprachlich: Switches) zwischen dem Sys temanschluss 138 und dem Steuersystem 150 umfassen.
Das konfigurierbare Verbindungsmodul 134 weist wenigstens eine Verbindungsleitung auf, die dazu ausgebildet ist, als ein Signaleingang und/oder Signalausgang konfiguriert zu werden und/oder dazu ausgebildet ist, analoge und/oder digitale elektrische Signale zu verarbeiten (beispielsweise zu erfassen und/oder auszugeben).
Das Steuermodul 134 ist dazu ausgebildet, Statusinformationen des Feldsteuersys tems 100 zu erfassen, wobei die Statusinformationen von dem Steuermodul 134 ausge wertet und verarbeitet werden und/oder an das Steuersystem 150 übertragen werden. Jede Komponente oder jedes Modul des Feldsteuersystems 100 kann die Statusinforma tionen bereitstellen.
Die Steuerkomponente 130 kann eine serielle oder parallele Schnittstelle zum Austausch der elektrischen Signale zwischen dem Steuermodul 134 und dem konfigurierbaren Ver bindungsmodul 136 umfassen. Vorzugsweise wird die Konfiguration des konfigurierbaren Verbindungsmoduls 136 über die serielle oder parallele Schnittstelle vom Steuermo dul 134 bestimmt oder verändert.
Das Steuermodul 134 kann die Statusinformationen (beispielsweise zusammen mit den elektrischen Signalen oder als die elektrischen Signale) über die serielle oder parallele Schnittstelle empfangen. Alternativ oder ergänzend kann das Steuermodul 134 eine wei tere Schnittstelle (beispielsweise eine weitere elektrisch leitende serielle oder parallele Schnittstelle oder eine Funkschnittstelle) umfassen, die dazu ausgebildet ist, die Statusin formationen zu empfangen.
Ferner zeigt die Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Feldsteuersystems 100, bei dem das Feldsteuersystem 100 aus dem Gehäuse 101 gebildet ist. Dabei umfasst das Gehäuse 101 den Steuerkomponentenschacht, der die Steuerkomponente 130 elektrisch leitend mit dem Feldsteuersystem 100 verbindet und mechanisch an dem Gehäuse 101 anordnet. Ebenso umfasst das Gehäuse den Verarbeitungskomponentenschacht, der die Verarbeitungskomponente 120 elektrisch leitend mit dem Feldsteuersystem 100 verbin- det und mechanisch an dem Gehäuse 101 anordnet.
Das erste Ausführungsbeispiel zeigt ferner, dass die Feldsteuersystemschnittstelle 102 dazu ausgebildet ist, die Steuerkomponente 130 und die Verarbeitungskomponente 120 im aufgenommen Zustand elektrisch zu verbinden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Blockansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Feldsteuersystems 100. Das zweite Ausführungsbeispiel kann für sich oder als Weiter bildung des ersten Ausführungsbeispiels mit mehreren Steckplätzen realisiert sein.
Die Verarbeitungskomponente 120 umfasst mindestens zwei Steckplätze 126, die je weils dazu ausgebildet sind, ein Signalverarbeitungsmodul 170 elektrisch und mecha nisch mit der Verarbeitungskomponente 120 zu verbinden, beispielsweise einzustecken. Jedes der verbundenen Signalverarbeitungsmodule 170 verarbeitet einen Teil der elektri schen Signale und/oder überträgt den Teil der elektrischen Signale zwischen dem we nigstens einen Feldgeräteanschluss 122 und dem Steuerkomponentenanschluss 128 und/oder dem externen Steuerkomponentenanschluss 124. Beispielsweise ist jedes Sig- nalverarbeitungsmodul 170 für die elektrischen Signale eines anderen Kanals zum we nigstens einen Feldgerät 140 oder für die elektrischen Signale eines anderen Feldgeräts 140 zuständig.
Vorzugsweise sind die Steckplätze 126 einheitlich. Beispielsweise ist jedes der Signal- verarbeitungsmodule 170 in einen der Steckplätze 126 steckbar. Verschiedene Steck plätze 126 können (beispielsweise deren feldseitiger Anteil) über den Feldgerätean schluss 122 mit verschiedenen Feldgeräten 140 elektrisch leitend verbunden sein.
Das Verbindungsmodul 136 kann gemäß seiner Konfiguration mindestens zwei UIO- Ports bereitstellen. Der steuerseitige Anteil verschiedener Steckplätze 126 kann, vor- zugsweise über den Steuerkomponentenanschluss 128, mit verschiedenen UlO-Ports des Verbindungsmoduls 136 elektrisch leitend verbunden sein.
Das Steuermodul 134 verändert in Reaktion auf die Statusinformationen der verschiede nen Signalverarbeitungsmodule 170 die Konfiguration des jeweiligen UlO-Ports des Ver bindungsmoduls 136 so, dass dieser (beispielsweise hinsichtlich Kommunikationsrich- tung und/oder Signalform) zur Funktion des jeweiligen Signalverarbeitungsmoduls 170 passt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Blockansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des Feld steuersystems 100. Das dritte Ausführungsbeispiel kann für sich oder als Weiterbildung oder Erweiterung des ersten und/oder zweiten Ausführungsbeispiels realisiert sein. Das dritte Ausführungsbeispiel des Feldsteuersystems 100 umfasst eine Versorgungs komponente 202. Beispielsweis weist das Gehäuse 101 einen Versorgungskomponen tenschacht auf, in dem die Versorgungskomponente 202 aufgenommen oder aufnehm- bar ist.
Die Versorgungskomponente 202 versorgt das Feldsteuersystem 100 (vorzugsweise die Verarbeitungskomponente 120 und/oder jeden Steckplatz 126) mit elektrischer Energie. Die Versorgungskomponente 202 kann einen Energiespeicher umfassen und/oder die Energie über einen externen Versorgungsanschluss 204 aufnehmen. Die Versorgungs komponente 202 kann über eine Versorgungsleitung 208 die Steuerkomponente 130 und/oder über eine Versorgungsleitung 209 die Verarbeitungskomponente 120 mit der elektrischen Energie versorgen.
Bezugszeichen der Form XYZ.1, XYZ.2, etc. können jeweils ein Ausführungsbeispiel des Merkmals XYZ sein. Vorzugsweise umfasst die Versorgungskomponente 202 einen ersten Versorgungsan schluss 204.1 und einen zweiten Versorgungsanschluss 204.2 zum Versorgen eines Steckplatzes 126 der Verarbeitungskomponente 120 und der Steuerkomponente 130 mit der elektrischen Energie mittels der Versorgungskomponente 202. Die Versorgungskom ponente 202 ist dazu ausgebildet, die elektrische Energie wahlweise über den ersten Versorgungsanschluss 204.1 und/oder über den zweiten Versorgungsanschluss 204.2 aufzunehmen.
Die Versorgungskomponente 202 ist zum Bereitstellen von Statusinformationen der Ver sorgungskomponente 202 an das Feldsteuersystem 100 ausgebildet.
Die Versorgungskomponente 202 umfasst optional einen Versorgungskommunikations- anschluss 206, der dazu ausgebildet ist, die Statusinformationen außerhalb des Feld steuersystems 100 bereitzustellen.
Beispielsweise nimmt die Versorgungskomponente 202 am ersten Versorgungsan schluss 204.1 die elektrische Energie über eine oder von einer ersten Energieversorgung 210.1 auf. Der zweite Versorgungsanschluss 204.2 nimmt ferner die elektrische Energie über eine oder von einer zweiten Energieversorgung 210.2 auf. Vorzugsweise nimmt die Versorgungskomponente 202 die elektrische Energie von der ersten Energieversorgung 210.1 auf und wechselt bei einem Ausfall der ersten Energieversorgung 210.1 zur zwei ten Energieversorgung 210.2.
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines vierten Ausführungsbei-spiels des Feldsteuersystems 100, das für sich oder als Weiterbildung eines jeden anderen Ausfüh rungsbeispiels realisiert sein kann. Das Feldsteuersystems 100 kann modular gestaltet sein, beispielsweise durch mittels der Anschlüsse 128 und 132 lösbar verbundene Kom ponenten 120 und 130. Alternativ oder ergänzend kann eine Sandwich-Bauweise der Leiterplatten der Steuerkomponente 130, der Verarbeitungskomponente 120 und/oder einer Versorgungskomponente 202 (beispielsweise mit Versorgungsleitung 208 zur Steu erkomponente 130 und/oder Versorgungsleitung 209 zur Verarbeitungskomponente 120) im Gehäuse 101 angeordnet oder anordenbar sein.
Ferner zeigt die Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel, das für sich oder als Weiterbildung eines jeden anderen Ausführungsbeispiels realisiert sein kann. Im fünften Ausführungs beispiel ist der Steuerkomponentenanschluss 128 des Feldsteuersystems 100 dazu aus gebildet, eine erste Steuerkomponente 130.1 und eine zweite Steuerkomponente 130.2 mit dem Feldsteuersystem 100 (beispielsweise mit der Verarbeitungskomponente 120 und vorzugsweise mit der Versorgungskomponente 202) elektrisch leitend und/oder me- chanisch zu verbinden. Optional ist die erste Steuerkomponente 130.1 und die zweite Steuerkomponente 130.2 außerhalb des Gehäuse 101 angeordnet.
Jede der ersten Steuerkomponente 130.1 und der zweiten Steuerkomponente 130.2 kann ein Ausführungsbeispiel der vorstehend beschriebenen Steuerkomponente 130 sein, beispielsweise mindestens ein Merkmal oder sämtliche Merkmale der Steuerkom- ponente 130 umfassen.
Beispielsweise ist die Feldsteuersystemschnittstelle 102 dazu ausgebildet, die erste Steuerkomponente 130.1 und die zweite Steuerkomponente 130.2 mit der Verarbeitungs komponente 120 elektrisch leitend zu verbinden.
Optional ist die erste Steuerkomponente 130.1 mit einem ersten Steuersystem 150.1 und die zweite Steuerkomponente 130.2 ist mit einem zweiten Steuersystem 150.2 elektrisch leitend verbunden.
Die Fig. 6 zeigt schematisch ein Anwendungsbeispiel eines oder mehrerer Feldsteuer systeme 100 mit jeweils einer Verbindung zu mindestens einem weiteren Feldsteuersys tem 100. Jedes Feldsteuersystem 100 kann nach einem der Ausführungsbeispiele reali- siert sein, insbesondere können verschiedene Ausführungsbeispiele des Feldsteuersys tems 100 im Anwendungsbeispiel kombiniert sein. Beispielsweise sind zwei, drei (wie exemplarisch nachstehend beschrieben) oder mehr Feldsteuersysteme 100 kombiniert. Die Steuerkomponente 130 eines ersten Feldsteuersystems 100.1 weist einen Feldsteu ersystemverbindungsanschluss 402.1 auf, der mit einem Feldsteuersystemverbindungs anschluss 402.2 eines zweiten Feldsteuersystems 100.2 und einem dritten Feldsteuer systemverbindungsanschluss 402.3 eines dritten Feldsteuersystems 100.3 verbunden ist. Der Feldsteuersystemverbindungsanschluss 402 kann ein Netzwerkanschluss, bei spielsweise ein Ethernet-Anschluss, sein.
Das erste Feldsteuersystem 100.1, das zweite Feldsteuersystem 100.2 und/oder das dritte Feldsteuersystem 100.3 sind nach einem der Ausführungsbeispiele ausgebildet. Ferner ist das erste Feldsteuersystem 100.1 , das zweite Feldsteuersystem 100.2 und/oder das dritte Feldsteuersystem 100.3 mittels des jeweiligen Feldsteuersystemver bindungsanschlusses 402 dazu ausgebildet, die elektrischen Signale und/oder elektri sche Steuersignale untereinander auszutauschen oder weiterzuleiten.
Das Feldsteuersystem 100 kann am Feldsteuersystemverbindungsanschluss 402 einen universellen Prozessbus 402 bereitstellen. Alternativ oder ergänzend kann das Feldsteu ersystem 100 immer mit dem gleichen Gehäuse 101 , beispielsweise als einheitliche Platt form, in einem Schaltschrank (beispielsweise auf einer Tragschiene, eingebaut oder ein baubar sein. Das Feldsteuersystem 100 kann als Net-Base bezeichnet werden.
Die genannte Net-Base 100 kann aktive Komponente umfassen, welche unter anderem die Steuerkomponente 130 als Buskoppler umfassen. Diese Buskoppler 130 können das Interface zwischen dem Steuersystem 150 als einer übergeordneten Steuerung und den Signalverarbeitungsmodulen 170 (beispielsweise fachsprachlich sogenannten "input/out put accessory" oder IOA) bilden. Der Buskoppler 130 kann universelle oder konfigurier bare Verbindungsmodule 136 mit mehreren I/O-Ports umfassen. Damit ist gemeint, dass die entsprechenden I/O-Ports zwischen den Signalformen Dl, DO, AI und AO umgeschal tet werden können. Die Anzahl der I/O-Ports kann ferner durch das nachträgliche hinzu fügen weiterer Net-Base 100 angepasst werden.
Ferner kann die Net-Base 100 eine Spannungsversorgung als Versorgungskomponente 202. Alternativ oder ergänzend können die Anschlüsse 402 und/oder 138 eine Anbindung an einen industriellen Daten-Bus bereitstellen, beispielsweise eine Ankopplung mittels drahtgebundener Ethernet-, Glasfaser- oder Funk-Technologien. Ferner können über den industriellen Daten-Bus Daten übermittelt werden, um beispielsweise eine Big Data Struktur aufzubauen, so dass Feldgeräte 100, beispielsweise Anlagen, oder ganze Pro zesssysteme effizienter gesteuert werden können.
Ferner können Prozessparameter von der Steuerkomponente 130, beispielsweise ein PLC Next Controller, über die Feldsteuersystemschnittstelle 402 und/oder die An schlüsse 132 und/oder 128 und/oder 102 und/oder 124 als interne Schnittstelle ausgele sen und entsprechend verarbeitet werden. Die Feldsteuersystemschnittstelle 402 und/oder der externe Steuerkomponentenanschluss 128 kann es dem Anlagenbetreiber gemäß seiner Sicherheitskonzepte mit einer Redundanz ermöglichen, externe Steuer- module 160 mit der Net-Base 100 zu verbinden. Das bedeutet, dass Daten des Feldge rätes 140 als die elektrischen Signale externen Steuermodulen 160 und/oder der Steuer komponente 130 zur Verfügung gestellt werden können. Die Daten können ferner von einer Sensorik entsprechend der Anwendung durch ein passendes IOA 170 zur Verfü gung gestellt werden. Dahingehend kann die Net-Base 100 gegenüber dem Stand der Technik zu einer Platz ersparnis führen, Installationsaufwände senken, den Bedarf an unterschiedlichen Kom posten reduzieren und/oder den Serviceaufwand und den Wartungsaufwand des Feld steuersystems senken. Ferner kann eine Planungs- und Installationsphase einer Pro zessanlage gesenkt werden, da die I/O-Ports eine größtmögliche Flexibilität bitten. Die Planung der I/O-Ports kann beispielsweise erst kurz vor der Installation des Feldsteuer systems 100 vorgenommen werden. Ferner kann die Anpassung an die entsprechenden Feldsignale (d.h. die elektrischen Signale vom Feldgerät 140) während der Inbetrieb nahme der Net-Base 100 vorgenommen werden, wobei die Anpassung mittels eines Pro grammes der Steuerkomponente 130, vorzugsweise eines Steuer- oder Computerpro- grammes, beispielsweise mittels einer Software, erfolgen kann. Eine aus dem Stand der Technik bekannte Rangierebene kann aufgrund der Konfigurierbarkeit und/oder des Pro gramms entfallen.
Falls der Einsatz von Redundanzen benötigt wird, kann dies durch die Nutzung unter schiedlicher Schächte innerhalb des Gehäuses 101 realisiert werden. Ferner können Re- dundanzen beispielsweise durch eine softwareseitige Konfiguration vorgenommen wer den. Alternativ oder ergänzend kann das Gehäuse 101 ein oder mehrere universelle (d.h. konfigurierbare) Verbindungsmodule 136 aufweisen.
Das Feldsteuersystem 100 oder dessen Gehäuse 101 kann auch als Basiselement (oder fachsprachlich: „Base-Element“) bezeichnet werden. Das Base-Element 100 kann modu lar gestaltet sein, wobei der Einsatz von jeweils einer oder mehrerer Verarbeitungskom ponenten 120, Steuerkomponenten 130 und/oder Stromversorgungskomponenten 202 ermöglicht ist, vorzugsweise mittels entsprechender Schächte.
Alternativ oder ergänzend kann das Base-Element 100 eine oder mehrere der jeweiligen Komponenten aufweisen. Dahingehend kann das Base-Element eine auf das Anwen dungsgebiet des Base-Elements 100 angepasste Konfiguration ermöglichen. Dabei kann das Base-Elemente 100 oder das Gehäuse 101 eine einheitliche Größe und/oder Befes tigungsstellen (beispielsweise für die Tragschiene) aufweisen.
Ferner kann das modulare Gestalten in einer Sandwich-Bauweise der notwendigen Lei- terplatten der Steuerkomponente 130, der Verarbeitungskomponente 120 und/oder der Versorgungskomponente 202 vorgenommen werden. Ferner kann das Gehäuse 101 und/oder die jeweiligen Komponenten eindeutige Kennzeichnungen aufweisen, so dass ein separates Verwenden ermöglicht wird, beispielsweise kann eine der Komponenten und/oder das Gehäuse 101 separat verwendet werden. Beispielsweise kann die eindeu- tige Kennzeichnung einen separaten Vertrieb begünstigen.
Ferner kann das Feldsteuersystem 100 eine redundante (vorzugsweise modulare) Span nungsversorgung als Versorgungskomponente 202 aufweisen, die über mehrere Versor gungsanschlüsse 204 die Versorgungskomponente 202 mit elektrischer Energie ver sorgt. Dabei können die mehreren Versorgungsanschlüsse 204 von unterschiedlichen Energieversorgungen 210 (beispielsweise Spannungsversorgungen) gespeist werden.
Die Versorgungskomponente 202 kann sicherstellen, dass unterschiedlichen Span nungsversorgungen gleichmäßig belastet werden. Alternativ oder ergänzend kann eine Überspannungs- und Unterspannungserkennung durch die Versorgungskomponente 202 sichergestellt werden, und optional Fehlermeldungen bei Überlastung oder unge- wohnlichen Betriebszuständen von der Versorgungskomponente 202 ausgegeben wer den, beispielsweise als die Statusinformationen. Diese Fehlermeldungen können über eine Schnittstelle 208 als einfacher DO oder eine digitale Meldung als die Statusinforma tion, beispielsweise an die Steuerkomponente 130, übermittelt werden.
Die Schnittstelle 208 kann beispielsweise zur seriellen und/oder parallele Übermittlung und optional zur elektrische Versorgung ausgebildet sein, d.h. zur Versorgung der Steu erkomponente 130 mit elektrischer Energie von der Versorgungskomponente 202 über die Schnittstelle 208. Dabei kann die Steuerkomponente 130 einen aktuellen Status der Energieversorgung von der Versorgungskomponente 202 erfassen. Der Status kann un ter anderem Meldungen über die angeschlossene Energieversorgung 210, beispiels weise Netzteile, zur Verfügung stellen. Beispielsweise können das Vorhandensein einer Energieversorgung 210 oder mehrerer Energieversorgungen 210 und/oder derer Funk tion angegeben werden. Alternativ oder ergänzend können Differenzen in der Stromauf nahme oder Temperaturen der Energieversorgungen 210 oder einer Schaltung der Ver sorgungskomponente 202 als die Statusinformationen bereitgestellt sein.
In einem Normalbetrieb können die Versorgungsspannungen der beiden Spannungs quellen über die Versorgungsleitung 209 und/oder den Steckplatz 126 an die entspre chenden lOAs 170 und/oder an die Feldgeräte 140 weitergeleitet werden.
Die redundante Spannungsversorgung 202 kann unter anderem in zwei Ausbaustufen zur Verfügung stehen. Eine erste Ausbaustufe kann unter anderem die Überwachung der beiden Energieversorgungen 210 umfassen. Eine zweite Ausbaustufe kann ergänzend zu der ersten Ausbaustufe ebenfalls in der Lage sein, Veränderungen in der Energieent nahme zu registrieren. Die Aufnahme der Energieentnahme kann ferner zum Erzeugen von automatisierten Meldungen der Versorgungskomponente 202 und/oder der Steuer vorrichtung 130, beispielsweise an das Steuersystem 150, genutzt werden.
Die Verwendung der Net-Base 100 kann auf Basis bestehender Technologien erfolgen, wobei einzelne Komponenten 120 und/oder 130 und/oder 202 aus dem Stand der Tech nik weitergebildet werden können, beispielsweise indem die konfigurierbaren I/O-Ports integriert sind. Die elektrisch leitende Verbindung zum Austauschen der elektrischen Signale (die auch als Vernetzung bezeichnet werden kann) kann verschiedene Verbindungsverfahren um fassen. Dabei kann das Steuersystem 150 beispielsweise direkt mit der Steuerkompo nente 130 elektrisch leitend verbunden sein. Ferner kann das Steuersystem 150 die Steu- erung des Feldsteuersystems 100 beziehungsweise der Steuerkomponente 130 zeit weise oder teilweise übernehmen.
Das Steuersystem 150 kann ferner auf Basis eines Real-Time Bus (beispielsweise ge mäß der Architektur "OPC UA") mit der Steuerkomponente 130 kommunizieren. Die OPC UAfür "Open Platform Communications United Architecture" ist ein Datenaustauschstan- dard für die industrielle Kommunikation, beispielsweise von Feldgerät 140 zu Steuerkom ponente 130 und/oder von der Steuerkomponente 130 zum Steuersystem 150.
Die Steuerkomponente 130 kann ferner einen industriellen Datenbus zur Kommunikation nutzen. Weiterhin kann das Steuersystem 150 ebenfalls Schnittstelle eines industriellen Datenbusses aufweisen. Vorzugsweise erfolgt die Kommunikation zwischen der Steuer- komponente 130 und dem Steuersystem 150 mittels des industriellen Datenbusses. Fer ner kann das Steuersystem 150 über das Verbindungsmodul 136 der Steuerkomponente 130 mit dem Signalverarbeitungsmodul 170 kommunizieren, vorzugsweise wobei die Kommunikation ebenfalls über einen industriellen Datenbus durchgeführt wird.
Ferner kann durch den Steuerkomponentenanschluss 124 und/oder 128 und/oder den Verarbeitungskomponentenanschluss 132 ein redundanter Betrieb einer SAFETY-Appli- kationen ermöglicht werden.
Eine Vernetzung mehrerer Net-Bases (als Feldsteuersysteme 100) kann ferner mittels eines industriellen Datenbusses über die Schnittstelle 402 realisiert sein.
Ferner kann das Feldsteuersystem 100 von redundanten externen Steuermodulen 160 gesteuert werden. Dabei können diese separat mittels des externen Steuerkomponen tenanschlusses 124 mit dem Feldsteuersystem 100 elektrisch leitend verbunden werden. Ferner kann das Gehäuse 101 der Feldsteuerung 100 eine zusätzliche (d.h. weitere) Steuerkomponente 130 umfassen oder (beispielsweise bei Steuerung durch das Steuer system 150) keine Steuerkomponente aufweisen. Die externen Steuermodule 160 können jeweils als eine Steuerkomponente 130 ausge bildet sein, wobei die als Steuerkomponente ausgebildeten externen Steuermodule opti onal zum Anordnen oder mechanischen Verbinden in dem Steuerkomponentenschacht des Gehäuses 101 ausgebildet sein können. Ferner kann jedes der externen Steuermo dule 160 einzeln oder redundant mit dem Base-Element 100 verbunden sein.
Die Verbindung 124 zwischen Feldsteuersystem 100 und dem externen Steuermodule 160 kann die mechanische Verbindung und/oder die elektrisch leitende Verbindung (fach sprachlich mittels "Interfaces") umfassen.
Für die Verbindung wenigstens der Verarbeitungskomponente 120 mit der Steuerkom ponente 130 kann das Gehäuse 101 einen Systembus als Feldsteuersystemschnittstelle 102 umfassen, vorzugsweise wobei der Systembus 102 ebenfalls zur Verbindung der externen Steuermodule 160 verwendet werden kann.
Ferner kann der Systembus 102 Sicherheitsanforderungen erfüllen, welche beispiels weise eine Anforderung gemäß der Norm IEC 61508 und/oder der Norm IEC 61511 (die auch als Sicherheitsstufe oderSicherheits-lntegritätslevel, fachsprachlich "safety integrity level" oder SIL), vorzugsweise bis SIL3, umfassen kann. Dabei kann die Sicherheitsan forderung ebenfalls die Firmware der jeweiligen Steuerungen umfassen.
Weiterhin kann ein erstes oder mehrere erste Feldsteuersysteme 100 mittels der Steuer komponente 130 als Buskoppler über die Feldsteuersystemverbindungsanschluss 402 mit einem zweiten Feldsteuersystem 100 vernetzt werden. Ferner kann das Feldsteuer system 100 dazu ausgebildet sein, mit einem Feldsteuersystem 100 eines unterschiedli chen Typs beziehungsweise unterschiedlicher Produktion vernetzt zu werden, wobei das Feldsteuersystem 100 auf die für das Feldsteuersystem 100 relevanten Funktionen zu greifen beziehungsweise diese relevanten Funktionen steuern kann.
Beispielsweise kann der Buskoppler 130 des ersten Feldsteuersystems 100 die Steuer komponente 130 eines anderen Feldsteuersystems 100 steuern, vorzugsweise wobei der Buskoppler 130 die Kommunikation zwischen seinem Feldsteuersystem 100 und mit den anderen (beispielsweise den nachfolgenden) Feldsteuersystemen 100 ermöglicht. Dabei kann das Feldsteuersystem 100 des Buskopplers 130 als Master und/oder kann bei den nachfolgenden Feldsteuersystemen 100 von sogenannten Slaves gesprochen werden. Die Steuerkomponenten 130 der Slaves 100 können jeweils ferner einen Kommunikati ons-Controller zum Anschluss 402 umfassen, vorzugsweise welcher die Ankopplung an den internen Systembus 138 und/oder die Kommunikation mit dem Buskoppler 130 des Masters 100 ermöglicht. Mehrere Slaves 100 können mittels des Systembusses 402 und/oder 138 an den entsprechenden Buskoppler 130 angekoppelt werden.
Der Kommunikations-Controller kann eine spezielle Ausbildung der Steuerkomponente 130 sein oder anstelle des Steuermoduls 134 verwendet werden, vorzugsweise wobei der Kommunikations-Controller die Funktionalität zu den lOAs 170 (beispielsweise die konfigurierbaren IO-Ports) gewährleisten kann. Ferner kann der Kommunikations-Con- troller dazu ausgebildet sein, die universellen Input- und Output-Kanäle (d.h. die konfigu rierbaren IO-Ports) des Verbindungsmoduls 136 zu konfigurieren und/oder die jeweiligen elektrischen Signale zu verarbeiten.
Der Systembus 402 und/oder 138 kann als ein redundant ausgeführter Kommunikations bus ausgebildet sein, welcher die Kommunikation zwischen dem Buskoppler 130 des Masters 100 und den Kommunikations-Controllern der Slaves 100 sicherstellt. Dieser Systembus (auch: Kommunikationsbus) kann ferner Sicherheitsanforderungen erfüllen, wie beispielsweise SIL Anforderungen, vorzugsweise bis SIL3. Dabei kann die Sicher heitsanforderung ebenfalls die Firmware der jeweiligen Kommunikations-Controller um fassen. Ferner kann der jeweilige Kommunikations-Controller eine zusätzlich serielle Kommuni kation auf einem industriellen Standard zur Verfügung stellen.
Ausführungsbeispiele des Feldsteuersystems 100 (d.h. die Net-Base) können jeweils als sogenannte SAFETY-Variante und Non-SAFETY-Variante existieren, beispielsweise dazu ausgebildet sein, in einer unsichereren beziehungsweise in einer sicheren Umge- bung betrieben zu werden. Ferner kann die SAFETY-Variante Sicherheitsanforderungen umfassen, wie beispielsweise SIL-Anforderungen, vorzugsweise bis SIL3. Dabei kann die Sicherheitsanforderung ebenfalls die Firmware des jeweiligen Feldsteuersystems 100 umfassen. Die elektrischen Signale (beispielsweise die Statusinformationen) des Feldsteuersys tems 100 oder der Feldsteuersysteme 100 können ferner an das Steuersystem 150 (bei spielsweise einer Leitwarte oder einem Leitsystem) zur Verfügung gestellt werden. Fer ner können diese Informationen Grundlage zur Erzeugung von Alarmen in dem Leitsys- tem sein. Alternativ oder ergänzend können diese Meldungen und/oder Alarme beson dere Prioritäten erhalten, so dass das Feldsystem 100 und/oder das Leitsystem 150 die elektrischen innerhalb definierter Latenzzeiten oder Zykluszeiten verarbeitet.
Ebenso können vom Base-Element 100, beispielsweise den Slaves 100, elektrische Sig nale (vorzugsweise Statusinformationen, beispielsweise gesammelte Informationen be- ziehungsweise Daten) mittels entsprechender Schnittstellen dem Leitsystem 150 zur Ver fügung gestellt werden.
Alle zur Verfügung stehenden elektrischen Signale, vorzugsweise Statusinformationen (Feldinformationen, Energiemanagement, IOA-Daten, usw.) können beispielsweise vom Steuersystem 150 oder der Steuerkomponente 130 abgerufen bzw. gesendet werden. Ferner können diese Informationen mittels eines Cloud-basierten System (Cloudsystem) ausgetauscht werden, welches beispielsweise mit dem Internet und/oder einem Intranet verbunden ist. Ferner kann dieses Cloudsystem zum Speichern, Verarbeiten oder Ana lysen der Informationen ausgebildet sein. Ebenso können die ausgetauschten elektri schen Signale (vorzugsweise Statusinformationen) mit entsprechenden Sicherheitsme- chanismen (beispielsweise einer Ende-zu-Ende-Verschlüsselung) geschützt sein.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorge nommen werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können. Ferner können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Prozesssteue- rung, eine bestimmte Anlage oder bestimmte Feldgeräte an die Lehre der Erfindung an zupassen. Folglich ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele be schränkt, sondern umfasst alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Bezugszeichenliste
Feldsteuersystem, auch: Net-Base oder Basiselement 100
Gehäuse des Feldsteuersystems 101
Feldsteuersystemschnittstelle des Feldsteuersystems 102
Verarbeitungskomponente 120
Feldgeräteanschluss der Verarbeitungskomponente 122
Externer Steuerkomponentenanschluss der Verarbeitungskomponente 124 Steckplatz für Signalverarbeitungsmodul 126
Elektrische und/oder mechanische Verbindung zur Steuerkomponente, vorzugsweise Steuerkomponentenanschluss, beispielsweise Steckverbinderhälfte 128
Steuerkomponente, auch: Buskoppler 130
Elektrische und/oder mechanische Verbindung zur Verarbeitungskomponente, vorzugsweise Verarbeitungskomponentenanschluss, beispielsweise Steckverbinderhälfte 132
Steuermodul der Steuerkomponente 134
Verbindungsmodul der Steuerkomponente 136
Systemanschluss der Steuerkomponente 138
Feldgerät 140
Steuersystem 150
Externes Steuermodul 160
Signalverarbeitungsmodul, auch: "input/output accessory" oder IOA 170
Steckverbinderhälfte des Signalverarbeitungsmoduls 172
Versorgungskomponente, vorzugsweise Spannungsversorgung 202
Versorgungsanschluss der Versorgungskomponente 204
Versorgungskommunikationsanschluss 206
Versorgungsleitung und/oder Datenleitung zur Steuerkomponente 208
Versorgungsleitung zur Verarbeitungskomponente 209
Energieversorgung 210
Feldsteuersystemverbindungsanschluss 402

Claims

Patentansprüche
1. Feldsteuersystem (100), umfassend:
- eine Steuerkomponente (130), die dazu ausgebildet ist, elektrische Signale mit wenigstens einem Feldgerät (140) auszutauschen; und - eine Verarbeitungskomponente (120), die dazu ausgebildet ist, die zwischen dem wenigstens einen Feldgerät (140) und der Steuerkomponente (130) ausgetausch ten elektrischen Signale zu verarbeiten, wobei die Verarbeitungskomponente (120) und die Steuerkomponente (130) elektrisch leitend und mechanisch verbunden oder verbindbar sind, und wobei im ver- bundenen Zustand die elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldge rät (140) und einem an das Feldsteuersystem (100) angeschlossenen Steuersys tem (150) mittels der Verarbeitungskomponente (120) und der Steuerkompo nente (130) austauschbar sind.
2. Feldsteuersystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungskomponente (120) und die Steuerkomponente (130) mittels eines gemeinsamen Gehäuses und/oder ir reversibel mechanisch verbunden sind.
3. Feldsteuersystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerkomponente (130) ferner dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Feldgerät (140) zu steuern oder zu regeln, vorzugsweise nach Maßgabe des Steuersystems (150).
4. Feldsteuersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verarbeitungs komponente (120) und die Steuerkomponente (130) im verbundenen Zustand ferner dazu ausgebildet sind, Statusinformationen der Verarbeitungskomponente (120) an die Steuerkomponente (130) zu übertragen.
5. Feldsteuersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verarbeitungs- komponente (120) und die Steuerkomponente (130) jeweils einen Steuerkomponen tenanschluss (128) beziehungsweise einen Verarbeitungskomponentenan schluss (132) umfassen, die dazu ausgebildet sind, die Verarbeitungskompo nente (120) und die Steuerkomponente (130) im verbunden Zustand miteinander elektrisch leitend, vorzugsweise und mechanisch, zu verbinden.
6. Feldsteuersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend:
- ein Gehäuse zur mechanischen Verbindung der Steuerkomponente (130) und der Verarbeitungskomponente (120) mittels eines Steuerkomponentenschachts, der dazu ausgebildet ist, die Steuerkomponente (130) aufzunehmen, und eines Ver- arbeitungskomponentenschachts, der dazu ausgebildet ist, die Verarbeitungs komponente (120) aufzunehmen; und
- eine Feldsteuersystemschnittstelle (102), die dazu ausgebildet ist, die Steuerkom ponente (130) und die Verarbeitungskomponente (120) im verbundenen Zustand zum Austauschen der elektrischen Signale miteinander elektrisch leitend zu ver- binden.
7. Feldsteuersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend:
- eine Versorgungskomponente (202) zur Versorgung der Steuerkomponente (130) und/oder der Verarbeitungskomponente (120) und/oder des Feldsteuersys tems (100) mit elektrischer Energie, wobei die Versorgungskomponente (202) we- nigstens einen Versorgungsanschluss (204) zur Aufnahme der elektrischen Ener gie zur Versorgung eines Steckplatzes (126) der Verarbeitungskomponente (120) und/oder zur Versorgung der Steuerkomponente (130) umfasst.
8. Feldsteuersystem (100) nach Anspruch 7, wobei die Versorgungskomponente (202) zwei oder mehr Versorgungsanschlüsse (204.1; 204.2) aufweist und die Versor- gungskomponente (202) dazu ausgebildet ist, die elektrische Energie wahlweise von einem ersten Versorgungsanschluss (204.1) der zwei oder mehr Versorgungsan schlüsse (204.1; 204.2) und von einem zweiten Versorgungsanschluss (204.2) der zwei oder mehr Versorgungsanschlüsse (204.1; 204.2) aufzunehmen.
9. Feldsteuersystem (100) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Versorgungs- komponente (202) ferner dazu ausgebildet ist, Statusinformationen der Versorgungs komponente (202) an das Feldsteuersystem (100), vorzugsweise an die Steuerkom ponente (130), zu übertragen.
10. Verarbeitungskomponente (120) zur Ausbildung eines Feldsteuersystems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und zum Verarbeiten von zwischen dem wenigstens einen Feldgerät (140) und der Steuerkomponente (130) ausgetauschten elektrischen Signalen, umfassend:
- wenigstens einen Feldgeräteanschluss (122), der zum elektrisch leitenden Ver binden mit dem wenigstens einem Feldgerät (140) außerhalb des Feldsteuersys tems (100) ausgebildet ist; und
- einen Steuerkomponentenanschluss (128), der zum elektrisch leitenden Verbin den mit der Steuerkomponente (130) innerhalb des Feldsteuersystems (100) aus gebildet ist, wobei die Verarbeitungskomponente (120) dazu ausgebildet ist, die zwischen dem wenigstens einen Feldgeräteanschluss (122) und dem Steuerkomponentenan schluss (128) ausgetauschten elektrischen Signale zu verarbeiten.
11. Verarbeitungskomponente (120) nach Anspruch 10, ferner umfassend:
- einen externen Steuerkomponentenanschluss (124), der zum elektrisch leitenden Verbinden mit einem externen Steuermodul (160), vorzugsweise einer speicher programmierbare Steuerung, SPS, oder einem Prozessleitsystem, PLS, außer halb des Feldsteuersystems (100) ausgebildet ist, wobei die Verarbeitungskomponente (120) ferner dazu ausgebildet ist, zwischen dem wenigstens einen Feldgeräteanschluss (122) und dem externen Steuerkomponen tenanschluss (124) ausgetauschte elektrische Signale zu verarbeiten.
12. Verarbeitungskomponente (120) nach Anspruch 10 oder 11 , ferner umfassend:
- wenigstens einen Steckplatz (126), der jeweils dazu ausgebildet ist, ein Signal verarbeitungsmodul (170) elektrisch leitend und mechanisch mit der Verarbei tungskomponente (120) zu verbinden; und
- wenigstens ein in den wenigstens einen Steckplatz (126) gestecktes oder steck bares Signalverarbeitungsmodul (170), das dazu ausgebildet ist, die zwischen dem wenigstens einen Feldgeräteanschluss (122) und dem Steuerkomponenten anschluss (128) und/oder dem externen Steuerkomponentenanschluss (124) ausgetauschten elektrischen Signale zu verarbeiten.
13. Verarbeitungskomponente (120) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Ver arbeitungskomponente (120) ferner dazu ausgebildet ist, Statusinformationen der Verarbeitungskomponente (120), vorzugsweise Statusinformationen des wenigstens einen Signalverarbeitungsmoduls (170), am Steuerkomponentenanschluss (128) und/oder am externen Steuerkomponentenanschluss (124) bereitzustellen.
14. Steuerkomponente (130) zur Ausbildung eines Feldsteuersystems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder zum elektrisch leitenden und mechanischen Verbin- den mit einer Verarbeitungskomponente (120) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, umfassend:
- ein Steuermodul (134), vorzugsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung, SPS, das dazu ausgebildet ist, die elektrischen Signale mit dem wenigstens einen Feldgerät (140) auszutauschen; - wenigstens ein konfigurierbares Verbindungsmodul (136) und einen Verarbei tungskomponentenanschluss (132), die dazu ausgebildet sind, das Steuermodul (134) mit der Verarbeitungskomponente (120) zum Austauschen der elektrischen Signale über das konfigurierbare Verbindungsmodul (136) elektrisch leitenden zu verbinden; und - wenigstens einen Systemanschluss (138) über den das Steuermodul (134) mit ei nem Steuersystem (150) elektrisch leitend verbunden oder verbindbar ist, wobei im verbundenen Zustand die elektrischen Signale mit dem Steuersystem (150) austauschbar sind.
15. Steuerkomponente (130) nach Anspruch 14, wobei der Verarbeitungskomponenten- anschluss (132) ferner dazu ausgebildet ist, die Steuerkomponente (130) mit der Ver arbeitungskomponente (120) mechanisch zu verbinden.
16. Steuerkomponente (130) nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Steuermodul (134) ferner dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Feldgerät (140), vorzugsweise nach Maßgabe des Steuersystems (150), zu steuern.
17. Steuerkomponente (130) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das wenigstens eine konfigurierbare Verbindungsmodul (136) nach Maßgabe einer Konfiguration des konfigurierbaren Verbindungsmoduls (136) dazu ausgebildet ist, an wenigstens einer Verbindungsleitung des Verarbeitungskomponentenanschlusses (132) - die elektrischen Signale wahlweise zu erfassen oder auszugeben; und/oder
- wahlweise analoge oder digitale elektrische Signale zu verarbeiten.
18. Steuerkomponente (130) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das Steuermo dul (134) ferner dazu ausgebildet ist, Statusinformationen der Verarbeitungskompo nente (120) zu erfassen und/oder mittels des Systemanschlusses (138) an das Steu- ersystem (150) zu übertragen.
19. Steuerkomponente (130) nach Anspruch 17 und 18, wobei das Steuermodul (134) ferner dazu ausgebildet ist, die Konfiguration des konfigurierbaren Verbindungsmo duls (136) in Reaktion auf die erfassten Statusinformationen der Verarbeitungskom ponente (120) zu verändern.
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