WO2023104493A1 - Field device - Google Patents

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WO2023104493A1
WO2023104493A1 PCT/EP2022/082671 EP2022082671W WO2023104493A1 WO 2023104493 A1 WO2023104493 A1 WO 2023104493A1 EP 2022082671 W EP2022082671 W EP 2022082671W WO 2023104493 A1 WO2023104493 A1 WO 2023104493A1
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WO
WIPO (PCT)
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radio module
field device
designed
mechanical holder
data processing
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/082671
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German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Voigt
Walter Rombach
Steffen Ziegler
Original Assignee
Endress+Hauser Flowtec Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Endress+Hauser Flowtec Ag filed Critical Endress+Hauser Flowtec Ag
Publication of WO2023104493A1 publication Critical patent/WO2023104493A1/en

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/06Indicating or recording devices
    • G01F15/061Indicating or recording devices for remote indication
    • G01F15/063Indicating or recording devices for remote indication using electrical means

Definitions

  • the invention relates to a field device.
  • a field device is a technical device in the field of automation technology that is directly related to a production process.
  • field refers to the area outside of control cabinets or control rooms.
  • Field devices in automation technology are often used in industrial plants.
  • field devices are often used that are used to record and/or influence process variables.
  • Measuring devices such as filling level measuring devices, flow measuring devices, pressure and temperature measuring devices, pH measuring devices, conductivity measuring devices, etc., which record the corresponding process variables filling level, flow rate, pressure, temperature, pH value or conductivity, are used to record process variables.
  • actuators such as actuators, valves or pumps are used, which can be used, for example, to change the flow of a liquid in a pipeline or the fill level of a medium in a container.
  • Instrument transformers measuring transducers, transmitters
  • field devices A large number of such field devices are offered and sold by the Endress+Hauser group of companies. Field devices can therefore be both actuators and sensors, but also measuring transducers in factory and process automation.
  • a field device is usually connected to a control system via a bus system. This can be used to control and parameterize the field device.
  • Wireless communication methods are available here, for example via smart devices or corresponding communication devices, for example via Bluetooth.
  • An integrated radio module with a defined antenna constellation in the field device is required for communication with field devices via Bluetooth.
  • different radio approvals are required in different countries.
  • the object of the invention is to provide wireless communication for a field device that can be certified independently and therefore not repeatedly for field devices, has small dimensions and is at the same time designed to be robust.
  • a field device comprising a data processing unit; a detachable radio module electrically connected to the data processing unit, wherein the radio module is designed to receive and send data and forward it to or from the data processing unit; and a mechanical mount configured to removably fixedly receive the wireless module.
  • the radio module itself receives the radio license and not the field device.
  • the radio module can then be introduced into (other) field devices with a corresponding interface.
  • the field device is designed to acquire at least one measured variable of a measured medium, comprising one or more sensory units, the sensory unit being designed to acquire the at least one measured variable of the measured medium.
  • the measured variable is the flow rate and the sensory units are designed as measuring electrodes, in particular as coils.
  • the field device comprises: an energy storage device, in particular a battery, with the radio module being supplied with energy exclusively from the energy storage device.
  • the field device can be taken from a current loop (i.e. a 4..20 mA connection), mains supply (e.g. 24 VDC) or via 115/230 VAC at e.g. 50/60 Hz.
  • the radio module includes one or more detachable electrical contacts, in particular including plug, pin or screw connections.
  • the radio module includes a chip to support Bluetooth, WLAN, ZigBee, ANT, ANT+, NFC, Long Range Wide Area Network, GSM, GPRS, EDGE, LTE, 5G or other radio standards.
  • the chip has dimensions of less than 10 mm ⁇ 10 mm ⁇ 2 mm.
  • the radio module is configured cylindrically with the dimensions of a button cell, in particular with a diameter of less than 20 mm, particularly less than 15 mm, in particular with a height of less than e mm, particularly less than 3 mm.
  • the mechanical mount is designed as a notch, blind hole, recess, indentation or the like, possibly including a thread, with the mechanical mount being designed in such a way that it accommodates the radio module, the mechanical mount being part of the electrical contacts of the radio module includes corresponding contacts.
  • the field device includes a cover, possibly including a thread, which closes the mechanical mount.
  • the field device includes a plug, with the mechanical mount being arranged with the radio module in the plug.
  • the field device includes a display unit, with the mechanical mount being arranged with the radio module in the display unit.
  • the field device includes at least one printed circuit board, with the mechanical mount being arranged with the radio module on the printed circuit board.
  • the data processing unit includes firmware for controlling the radio module.
  • One embodiment provides for the firmware of the radio module and/or the field device to be updated “over the air”, i.e. using the supported radio standard itself, i.e. in particular Bluetooth, WLAN, ZigBee, ANT, ANT+, NFC, Long Range Wide Area Network, GSM, GPRS, EDGE, LTE, 5G or other, is updated or modified.
  • the supported radio standard itself i.e. in particular Bluetooth, WLAN, ZigBee, ANT, ANT+, NFC, Long Range Wide Area Network, GSM, GPRS, EDGE, LTE, 5G or other, is updated or modified.
  • One embodiment provides that the sent and received data is protected by encryption and/or a password.
  • One embodiment provides that access to the data processing unit is protected by a password.
  • 1 a-b show the claimed field device in one embodiment in different views.
  • 2a-c show the claimed field device in one embodiment in different views.
  • 3 shows the claimed field device in one embodiment.
  • FIG. 5 shows the radio module from a second side in an exploded view.
  • Fig. 7 shows the holder together with the radio module.
  • the claimed field device in its entirety has the reference number 1 and is shown in a three-dimensional view in FIG. 1a.
  • 1 b shows the field device 1 from the side.
  • the field device 1 includes a housing 8 with a data processing unit 2 which is arranged in the housing 8 .
  • the field device 1 includes a detachable radio module 3 which is electrically connected to the data processing unit 2 .
  • the radio module 3 includes one or more detachable electrical contacts 4 for the electrical connection to the data processing unit 2.
  • the contacts 4 are designed as a plug, pin or screw connection.
  • the opposite side includes a corresponding plug, pin or screw connection 20, see below.
  • the radio module 3 is held in or on the field device 1 via a mechanical holder 9 .
  • the field device is connected to a fieldbus via a connector with appropriate cable (reference number "21", see below).
  • 1a-b show the field device 1 with the radio module 3, which is attached to the field device 1 as a separate plug-in component, the radio module 3 and the connection to the fieldbus 21 being configured via separate connections.
  • FIG. 2a-c show the field device 1 with the radio module 3, which is attached to the field device 1 as a separate plug-in component, the radio module 3 and the connection to the fieldbus 21 being configured via separate connections, these being arranged closer together .
  • FIG. 2a shows a sectional drawing in a three-dimensional view
  • FIG. 2b shows the field device without a flange 8a.
  • Fig. 2a shows the connections 20 for the radio module 3, in Fig. 2b the radio module 3 is used and is held and protected by a cap 19, see also Fig. 7.
  • Fig. 2a and Fig. 2b are the connection for the field bus 21 and the radio module 3 interchanged.
  • 2c shows the connections 20 in detail.
  • the firmware of the radio module 3 can also be updated via the contacts 20.
  • the field device 1 can be configured directly as a sensor 1a, see FIGS. 1a-b and 2a-c.
  • a sensor 1a is, for example, a flow sensor based on the principles of Coriolis, magnetic induction, vortex or ultrasound.
  • Other possible sensors are sensors for measuring the filling level according to the principles of guided and free-radiating radar and ultrasound, also for detecting a limit level, in which case capacitive methods can also be used to detect the limit level.
  • the sensor 1a comprises one or more sensory units 5 for detecting the corresponding measured variable.
  • the sensory unit 5 is in direct or indirect contact with the measurement medium.
  • the sensory unit 5 is only shown symbolically.
  • the field device 1 includes one or more data processing units 2, such as microcontrollers. These are arranged in the housing 8, so the sensor 1a and the data processing unit 2 form a unit 1.
  • the radio module can be arranged “from outside” on the field device 1, see also Fig. 6.
  • the sensory units are designed as coils.
  • a voltage is induced in a conductor moving in a magnetic field.
  • the induced voltage is proportional to the flow rate and is fed to a measuring amplifier via two measuring electrodes, ie the sensory units 5, in particular coils.
  • the amplifier can be part of the data processing unit 2 .
  • the flow volume is calculated using the pipe cross-section.
  • the direct magnetic field is generated, for example, by a switched direct current of alternating polarity. Typical nominal widths for the line cross-section are about DN25-300.
  • the field device 1 is connected to a pipeline or a container via flanges 8a.
  • the field device 1 can also be designed as a measuring transducer (transmitter), Fig. 3.
  • the field device 1 then comprises at least one plug-in connection 12, which is designed so that a sensor 1a is connected to it, for example via a cable 13, wherein the sensor 1a comprises a sensory unit 5 which is designed to detect the at least one measured variable of the medium to be measured.
  • Cable 13 and sensor 1a can form a unit, which is often referred to as a "cable sensor” or "fixed cable sensor”.
  • cable 13 and sensor 1a can also be connected to one another via plug-in connections 14a, 14b.
  • the plug-in connections 14a, 14b are designed, for example, as galvanically isolating interfaces, in particular as inductive interfaces.
  • the connectors 14a, 14b then include the two parts with a first part on the transmitter side and a second part on the sensor side. These can be coupled to one another by means of a mechanical plug connection. Data (bidirectional) and energy (unidirectional, ie in the direction from the transmitter to the sensor) are sent via this interface.
  • the sensor 1a can be a pH, redox potential, also ISFET, conductivity, turbidity, oxygen or temperature sensor. Accordingly, the sensor 1a comprises one or more sensory units 5 for detecting the corresponding measured variable.
  • the sensor 1a and the data processing unit 2 therefore do not form a unit and are connected to one another via the cable 13 .
  • the radio module 3 is arranged “inside” the field device 1 and is therefore drawn in dashed lines.
  • the field device 1 in turn includes a connection 21 to a fieldbus.
  • the field device 1 communicates with a control point, for example directly with a control system (not shown). Communication with the control system takes place, for example, via a two-wire bus, such as HART, PROFIBUS PA, Modbus or FOUNDATION Fieldbus, or a four-wire bus. It is also possible to design the interface to the bus additionally or alternatively as a wireless interface, for example according to the WirelessHART standard, with a connection being made directly to a control system via a gateway via WirelessHART, for example. In addition, a 4..20 mA interface is optionally or additionally provided in the case of the HART protocol (not shown). The interface to the field bus or the corresponding cable is marked with the reference number 21 .
  • Fig. 4 shows the radio module 3 and its contacts 4.
  • Fig. 5 shows the radio module 3 in an exploded view from the other side.
  • the radio module 3 is exclusively supplied with energy by an energy store 7 (shown in dashed lines), in particular a battery, for example a button cell, for example of the CR1250 type or others. "Exclusively" means that no energy is transmitted to the radio module via the contacts 4.
  • the radio module 3 can include only two contacts 4, the opposite side as well (reference number 20).
  • the radio module is also supplied with energy via the contacts 4, 20.
  • the energy can be taken from the current loop (i.e. the 4..20 mA connection), mains supply (e.g. 24 VDC) or via 115/230 VAC at 50/60 Hz.
  • An energy store 7 can also be provided when the power is supplied via the current loop or mains connection, for example for the case when insufficient energy is available via the supply and the radio module is nevertheless to be used.
  • the radio module is configured in a cylindrical shape with the dimensions of a button cell, in particular with a diameter of less than 20 mm, in particular less than 15 mm, in particular with a height of less than e mm, in particular less than e mm. For example, the module has a diameter of 19 mm and a height of 5 mm.
  • the radio module 3 is designed as a radio chip or includes a chip 6 that supports at least one of the following radio standards: Bluetooth, WLAN (from the IEEE 802.11 family), ZigBee, ANT, ANT+, NFC, Long Range Wide Area Network , GSM, GPRS, EDGE, LTE, 5G or other radio standards.
  • a combination of several radio standards on one chip 6 is also possible, such as ZigBee and Bluetooth.
  • this is at least Bluetooth 4.0 suitable, in particular with the Protocol II stack Bluetooth Low Energy.
  • the chip 6 itself or the radio module 3 include an antenna that corresponds to the radio protocol. This is preferably integrated, in particular in the chip 6.
  • the data processing unit 2 includes firmware for controlling the radio module 3.
  • the chip 6 itself has dimensions of less than 10 mm ⁇ 10 mm ⁇ 2 mm, for example.
  • the opposite side of the radio module 3 is a smartphone, tablet, phablet, notebook, handheld transmitter or the like, with this device (reference number 16, see below) supporting at least one radio standard of the radio module 3.
  • a display unit 10 for example with a touch screen, for displaying one or more parameters, for example the most important measurement parameter or parameters, for example the flow rate. Parameters of the field device 1 can also be set via the display unit 10 . This is shown in Fig. 2a.
  • the display unit 10 can also be arranged remotely, i.e. the display unit is connected to the field device 1 via a cable.
  • the radio module 3 is arranged in the display unit 10 via a mechanical holder 9 (see in particular the detail in FIG. 6 and the text below).
  • the mechanical mount 9 is designed to hold the radio module 3 in a detachable and fixed manner. That means the radio module 3 can be replaced.
  • the radio module 3 is firmly arranged in the holder 9 and is therefore protected against vibrations, movement or impact and therefore cannot be unintentionally released. However, it can be removed from the holder 9 on purpose.
  • the mechanical holder 9 comprises a screw or plug-in connection 11a
  • the radio module 3 comprises a corresponding screw or plug-in connection 11b, for example up to protection class IP68. on it will discussed further below in relation to Figure 6 .
  • the radio module 3 in the mount 9 can also be protected by a cap 19 .
  • Fig. 6 shows different application scenarios of the radio module 3.
  • the radio module 3 is designed to receive and send data and forward it to or from the data processing unit 2 to a corresponding remote station 16 .
  • the remote station 16 can be a smart device, smartphone, tablet, notebook, phablet, PC, industrial PC, handheld or the like. If the remote station 16 is connected to the field device 1 via the radio connection 15 via the chip 5 or the radio module 3, data can be exchanged via this. Possible data to be considered are measurement data, calibration data, configuration data, parameters of the field device 1, information about the operating state and others.
  • the radio module is arranged in a plug 17, on a display unit 10, a plug-in component 22 or on a printed circuit board 18.
  • the mechanical mount 9 is designed as a notch, blind hole, recess, indentation or the like. This can also include a thread.
  • the mount 9 then accommodates the radio module 3 , the mechanical mount 9 including electrical contacts 20 corresponding to the electrical contacts 4 of the radio module 2 and the signals from the radio module 3 or to the radio module 3 being forwarded to the data processing unit 2 .
  • a cover or a cap 19 can close the mechanical mount 9 and protect the radio module 3 from external influences; the cover 19 may have a thread or a corresponding closure, for example a bayonet-type closure.
  • the plug 17 can function as a connection 21 to the fieldbus. In the illustration in FIG. 6 this is on the lower part of the plug, while the connection on the left side is connected to the field device 1 . Connections to the bus and to the field device are implemented in one component here, while in the illustration in FIGS. 1a-b and 2a-c these are configured separately.
  • the radio module 3 can be connected and inserted into the plug-in component 22, which is secured according to the design on the plug 17 or display unit 10, if necessary with a cap 19.
  • the right-hand part of the plug-in component 22 is in the housing 8 of the field device 1.
  • the mechanical mount 9 is a clamp or plug-in fastener, for example, which is arranged over the radio module 3 and fixes it. In which case the closure is screwed, glued or soldered to the printed circuit board.
  • Contacting 20 is designed as a conductor track on the printed circuit board.
  • FIG. 7 shows a detailed photograph of the radio module 3 which is covered by the cover 19.
  • the module 3 is held in the holder 9 . This is the embodiment as

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Abstract

The invention relates to a field device, comprising: a data processing unit; a releasable radio module which is electrically connected to the data processing unit, the radio module being designed for receiving and transmitting data and forwarding them to or from the data processing unit; and a mechanical holder which is designed to detachably hold the radio module in a fixed manner.

Description

Feldgerät field device
Die Erfindung betrifft ein Feldgerät. The invention relates to a field device.
Ein Feldgerät ist eine technische Einrichtung im Bereich der Automatisierungstechnik, die mit einem Produktionsprozess in direkter Beziehung steht. „Feld“ bezeichnet in der Automatisierungstechnik den Bereich außerhalb von Schaltschränken bzw. Leitwarten. Feldgeräte der Automatisierungstechnik werden in industriellen Anlagen vielfach eingesetzt. Es werden zum Beispiel in der Prozessautomatisierungstechnik vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen dienen. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Messgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessgrößen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung der Prozessgrößen werden Aktoren, wie Stellglieder, Ventile oder Pumpen, verwendet, über die z.B. der Durchfluss einer Flüssigkeit in einer Rohrleitung oder der Füllstand eines Mediums in einem Behälter geändert wird. Auch können Messwandler (Messumformer, Transmitter) als Feldgeräte bezeichnet werden. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firmengruppe Endress+Hauser angeboten und vertrieben. Feldgeräte können somit sowohl Aktoren und Sensoren, aber auch Messumformer in der Fabrik- und Prozessautomation sein. A field device is a technical device in the field of automation technology that is directly related to a production process. In automation technology, "field" refers to the area outside of control cabinets or control rooms. Field devices in automation technology are often used in industrial plants. For example, in process automation technology, field devices are often used that are used to record and/or influence process variables. Measuring devices, such as filling level measuring devices, flow measuring devices, pressure and temperature measuring devices, pH measuring devices, conductivity measuring devices, etc., which record the corresponding process variables filling level, flow rate, pressure, temperature, pH value or conductivity, are used to record process variables. To influence the process variables, actuators such as actuators, valves or pumps are used, which can be used, for example, to change the flow of a liquid in a pipeline or the fill level of a medium in a container. Instrument transformers (measuring transducers, transmitters) can also be referred to as field devices. A large number of such field devices are offered and sold by the Endress+Hauser group of companies. Field devices can therefore be both actuators and sensors, but also measuring transducers in factory and process automation.
Ein Feldgerät ist in der Regel über ein Bussystem mit einem Leitsystem verbunden. Darüber kann das Feldgerät gesteuert und parametriert werden. A field device is usually connected to a control system via a bus system. This can be used to control and parameterize the field device.
Es besteht seitens des Anwenders der Wunsch, dass das Feldgerät nicht nur über das Leitsystem gesteuert wird, sondern direkt vor Ort am Feldgerät von entsprechendem Personal. Hierbei bieten sich drahtlose Kommunikationsmethoden an, beispielsweise über Smart Devices oder entsprechende Kommunikationsgeräte, beispielsweise über Bluetooth. The user wants the field device not only to be controlled via the control system, but also directly on site at the field device by appropriate personnel. Wireless communication methods are available here, for example via smart devices or corresponding communication devices, for example via Bluetooth.
Zur Kommunikation mit Feldgeräten über Bluetooth ist ein integriertes Funkmodul mit definierter Antennenkonstellation im Feldgerät notwendig. Um derartige Feldgeräte zu vertreiben, bedarf es in unterschiedlichen Ländern unterschiedliche Funkzulassungen. An integrated radio module with a defined antenna constellation in the field device is required for communication with field devices via Bluetooth. In order to sell such field devices, different radio approvals are required in different countries.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drahtloskommunikation für ein Feldgerät bereit zu stellen, die unabhängig und somit nicht wiederholend für Feldgeräte zertifiziert werden kann, geringe Abmessungen aufweist und gleichzeitig robust ausgestaltet ist. The object of the invention is to provide wireless communication for a field device that can be certified independently and therefore not repeatedly for field devices, has small dimensions and is at the same time designed to be robust.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Feldgerät, umfassend eine Datenverarbeitungseinheit; ein lösbares Funkmodul, das elektrisch mit der Datenverarbeitungseinheit verbunden ist, wobei das Funkmodul zum Empfang und Senden von Daten und Weiterleitung zur bzw. von der Datenverarbeitungseinheit ausgestaltet ist; und eine mechanische Halterung, die dazu ausgestaltet ist, das Funkmodul lösbar fest aufzunehmen. The object is achieved by a field device, comprising a data processing unit; a detachable radio module electrically connected to the data processing unit, wherein the radio module is designed to receive and send data and forward it to or from the data processing unit; and a mechanical mount configured to removably fixedly receive the wireless module.
Durch die Entnehmbarkeit erhält das Funkmodul selbst die Funkzulassung und nicht das Feldgerät. Das Funkmodul kann dann in (andere) Feldgeräte mit entsprechender Schnittstelle eingebracht werden. Due to the fact that it can be removed, the radio module itself receives the radio license and not the field device. The radio module can then be introduced into (other) field devices with a corresponding interface.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Feldgerät dazu ausgestaltet ist, zumindest eine Messgröße eines Messmediums zu erfassen, umfassend eine oder mehrere sensorische Einheiten, wobei die sensorische Einheit zur Erfassung der zumindest einer Messgröße des Messmediums ausgestaltet ist. One embodiment provides that the field device is designed to acquire at least one measured variable of a measured medium, comprising one or more sensory units, the sensory unit being designed to acquire the at least one measured variable of the measured medium.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei der Messgröße um den Durchfluss handelt und die sensorischen Einheiten als Messelektroden, insbesondere als Spulen, ausgestaltet sind. One embodiment provides that the measured variable is the flow rate and the sensory units are designed as measuring electrodes, in particular as coils.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Feldgerät umfasst: einen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie, wobei das Funkmodul ausschließlich vom Energiespeicher mit Energie versorgt wird. Alternativ kann das Feldgerät aus einer Stromschleife (also einem 4..20 mA-Anschluss), Netzversorgung (beispielsweise 24 VDC) oder über 115/230 VAC bei beispielsweise 50/60 Hz entnommen werden. One embodiment provides that the field device comprises: an energy storage device, in particular a battery, with the radio module being supplied with energy exclusively from the energy storage device. Alternatively, the field device can be taken from a current loop (i.e. a 4..20 mA connection), mains supply (e.g. 24 VDC) or via 115/230 VAC at e.g. 50/60 Hz.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Funkmodul ein oder mehrere lösbare elektrische Kontakte umfasst, insbesondere umfassend Steck-, Pin- oder Schraubverbindungen. One embodiment provides that the radio module includes one or more detachable electrical contacts, in particular including plug, pin or screw connections.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Funkmodul einen Chip zur Unterstützung von Bluetooth, WLAN, ZigBee, ANT, ANT+, NFC, Long Range Wide Area Network, GSM, GPRS, EDGE, LTE, 5G oder anderer Funkstandards umfasst. One embodiment provides that the radio module includes a chip to support Bluetooth, WLAN, ZigBee, ANT, ANT+, NFC, Long Range Wide Area Network, GSM, GPRS, EDGE, LTE, 5G or other radio standards.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Chip Abmessung von kleiner 10 mm x 10 mm x 2 mm aufweist. One embodiment provides that the chip has dimensions of less than 10 mm×10 mm×2 mm.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Funkmodul zylinderförmig ausgestaltet ist mit Abmessungen einer Knopfzelle, insbesondere mit einem Durchmesser kleiner 20 mm, besonders kleiner 15 mm, insbesondere mit einer Höhe kleiner e mm, besonders kleiner 3 mm. One embodiment provides that the radio module is configured cylindrically with the dimensions of a button cell, in particular with a diameter of less than 20 mm, particularly less than 15 mm, in particular with a height of less than e mm, particularly less than 3 mm.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die mechanische Halterung eine Schraub- oder Steckverbindung umfasst und wobei das Funkmodul eine korrespondierende Schraub- oderOne embodiment provides that the mechanical mount includes a screw or plug connection and the radio module has a corresponding screw or
Steckverbindung umfasst. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die mechanische Halterung als Einkerbung, Sackloch, Aussparung, Einbuchtung o.ä. ausgestaltet ist, gegebenenfalls umfasst diese ein Gewinde, wobei die mechanische Halterung so ausgestaltet ist, dass diese das Funkmodul aufnimmt, wobei die mechanische Halterung zu den elektrischen Kontakten des Funkmoduls korrespondierende Kontakte umfasst. Plug connection included. One embodiment provides that the mechanical mount is designed as a notch, blind hole, recess, indentation or the like, possibly including a thread, with the mechanical mount being designed in such a way that it accommodates the radio module, the mechanical mount being part of the electrical contacts of the radio module includes corresponding contacts.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Feldgerät einen Deckel umfasst, gegebenenfalls umfassend ein Gewinde, der die mechanische Halterung verschließt. One embodiment provides that the field device includes a cover, possibly including a thread, which closes the mechanical mount.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Feldgerät einen Stecker umfasst, wobei die mechanische Halterung mit dem Funkmodul im Stecker angeordnet ist. One embodiment provides that the field device includes a plug, with the mechanical mount being arranged with the radio module in the plug.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Feldgerät eine Displayeinheit umfasst, wobei die mechanische Halterung mit dem Funkmodul in der Displayeinheit angeordnet ist. One embodiment provides that the field device includes a display unit, with the mechanical mount being arranged with the radio module in the display unit.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Feldgerät zumindest eine Leiterplatte umfasst, wobei die mechanische Halterung mit dem Funkmodul auf der Leiterplatte angeordnet ist. One embodiment provides that the field device includes at least one printed circuit board, with the mechanical mount being arranged with the radio module on the printed circuit board.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Datenverarbeitungseinheit Firmware zur Steuerung des Funkmoduls umfasst. One embodiment provides that the data processing unit includes firmware for controlling the radio module.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Firmware des Funkmoduls und/oder des Feldgeräts „over the air“, also mittels des unterstützten Funkstandards selbst, also insbesondere Bluetooth, WLAN, ZigBee, ANT, ANT+, NFC, Long Range Wide Area Network, GSM, GPRS, EDGE, LTE, 5G oder anderer, aktualisiert oder verändert wird. One embodiment provides for the firmware of the radio module and/or the field device to be updated “over the air”, i.e. using the supported radio standard itself, i.e. in particular Bluetooth, WLAN, ZigBee, ANT, ANT+, NFC, Long Range Wide Area Network, GSM, GPRS, EDGE, LTE, 5G or other, is updated or modified.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die versendeten und empfangenen Daten durch Verschlüsselung und/oder ein Passwort geschützt sind. One embodiment provides that the sent and received data is protected by encryption and/or a password.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Zugriff auf die Datenverarbeitungseinheit durch ein Passwort geschützt sind. One embodiment provides that access to the data processing unit is protected by a password.
Dies wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. This is explained in more detail with reference to the following figures.
Fig. 1 a-b zeigen das beanspruchte Feldgerät in einer Ausgestaltung in verschiedenen Ansichten. 1 a-b show the claimed field device in one embodiment in different views.
Fig. 2a-c zeigen das beanspruchte Feldgerät in einer Ausgestaltung in verschieden Ansichten. Fig. 3 zeigt das beanspruchte Feldgerät in einer Ausgestaltung. 2a-c show the claimed field device in one embodiment in different views. 3 shows the claimed field device in one embodiment.
Fig. 4 zeigt das Funkmodul von einer ersten Seite. 4 shows the radio module from a first side.
Fig. 5 zeigt das Funkmodul von einer zweiten Seite in einer Explosionszeichnung. 5 shows the radio module from a second side in an exploded view.
Fig. 6 zeigt das Funkmodul mit verschiedenen mechanischen Halterungen. 6 shows the radio module with different mechanical mounts.
Fig. 7 zeigt die Halterung samt Funkmodul. Fig. 7 shows the holder together with the radio module.
In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In the figures, the same features are marked with the same reference symbols.
Das beanspruchte Feldgerät in seiner Gesamtheit hat das Bezugszeichen 1 und ist in einer dreidimensionalen Ansicht Fig. 1 a dargestellt. Fig. 1 b zeigt das Feldgerät 1 von der Seite. The claimed field device in its entirety has the reference number 1 and is shown in a three-dimensional view in FIG. 1a. 1 b shows the field device 1 from the side.
Das Feldgerät 1 umfasst ein Gehäuse 8 mit einer Datenverarbeitungseinheit 2, die im Gehäuse 8 angeordnet ist. Das Feldgerät 1 umfasst ein lösbares Funkmodul 3, das elektrisch mit der Datenverarbeitungseinheit 2 verbunden ist. Das Funkmodul 3 umfasst einen oder mehrere lösbare elektrische Kontakte 4 für die elektrische Verbindung zur Datenverarbeitungseinheit 2. Die Kontakte 4 sind als Steck-, Pin- oder Schraubverbindung ausgestaltet. Die Gegenseite umfasst eine korrespondierende Steck-, Pin- oder Schraubverbindung 20, siehe unten. Das Funkmodul 3 wird über eine mechanische Halterung 9 im oder am Feldgerät 1 gehalten. Das Feldgerät ist mit einem Feldbus über einen Anschluss mit entsprechendem Kabel (Bezugszeichen „21“, siehe unten) verbunden. The field device 1 includes a housing 8 with a data processing unit 2 which is arranged in the housing 8 . The field device 1 includes a detachable radio module 3 which is electrically connected to the data processing unit 2 . The radio module 3 includes one or more detachable electrical contacts 4 for the electrical connection to the data processing unit 2. The contacts 4 are designed as a plug, pin or screw connection. The opposite side includes a corresponding plug, pin or screw connection 20, see below. The radio module 3 is held in or on the field device 1 via a mechanical holder 9 . The field device is connected to a fieldbus via a connector with appropriate cable (reference number "21", see below).
Die Fig. 1 a-b zeigen das Feldgerät 1 mit dem Funkmodul 3, das als separates Einsteckbauteil am Feldgerät 1 angebracht wird, wobei das Funkmodul 3 und der Anschluss an den Feldbus 21 über separate Anschlüsse ausgestaltet ist. 1a-b show the field device 1 with the radio module 3, which is attached to the field device 1 as a separate plug-in component, the radio module 3 and the connection to the fieldbus 21 being configured via separate connections.
Die Ausgestaltung in Fig. 2a-c zeigen das Feldgerät 1 mit dem Funkmodul 3, das als separates Einsteckbauteil am Feldgerät 1 angebracht wird, wobei das Funkmodul 3 und der Anschluss an den Feldbus 21 über separate Anschlüsse ausgestaltet ist, wobei diese näher beieinanderliegend angeordnet sind. Fig. 2a zeigt eine Schnittzeichnung in einer dreidimensionalen Ansicht, Fig. 2b zeigt das Feldgerät ohne Flansch 8a. Fig. 2a zeigt die Anschlüsse 20 für das Funkmodul 3, in Fig. 2b ist das Funkmodul 3 eingesetzt und wird durch eine Kappe 19 gehalten und geschützt, siehe dazu auch Fig. 7. In Fig. 2a und Fig. 2b sind der Anschluss für den Feldbus 21 und das Funkmodul 3 vertauscht. Fig. 2c zeigt die Anschlüsse 20 im Detail. Es handelt sich beispielsweise um vier Kontakte (VDD, GND, Tx, Rx), also zwei Kontakte zur Energieversorgung und zwei für die Kommunikation, die mit der Datenverarbeitungseinheit 2 verbunden sind, etwa zur seriellen Kommunikation. Ausgestaltungen mit weniger Kontakten (siehe unten) sind möglich. Über die Kontakte 20 ist auch ein Update der Firmware des Funkmoduls 3 möglich. The configuration in Fig. 2a-c show the field device 1 with the radio module 3, which is attached to the field device 1 as a separate plug-in component, the radio module 3 and the connection to the fieldbus 21 being configured via separate connections, these being arranged closer together . FIG. 2a shows a sectional drawing in a three-dimensional view, FIG. 2b shows the field device without a flange 8a. Fig. 2a shows the connections 20 for the radio module 3, in Fig. 2b the radio module 3 is used and is held and protected by a cap 19, see also Fig. 7. In Fig. 2a and Fig. 2b are the connection for the field bus 21 and the radio module 3 interchanged. 2c shows the connections 20 in detail. There are, for example, four contacts (VDD, GND, Tx, Rx), ie two contacts for the power supply and two for communication, which are connected to the data processing unit 2, for example for serial communication. Configurations with fewer contacts (see below) are possible. The firmware of the radio module 3 can also be updated via the contacts 20.
Das Feldgerät 1 kann direkt als Sensor 1a ausgestaltet sein, siehe die Fig. 1a-b und Fig. 2a-c. Ein solcher Sensor 1a ist beispielsweise ein Durchflusssensor nach den Prinzipien Coriolis, magnetische Induktion, Vortex oder Ultraschall. Weitere mögliche Sensoren sind Sensoren zur Messung des Füllstands nach den Prinzipien geführtes und frei strahlendes Radar sowie Ultraschall, auch zur Erkennung eines Grenzstandes, wobei zur Erkennung des Grenzstandes auch kapazitive Verfahren zur Anwendung kommen können. Der Sensor 1 a umfasst entsprechend eine oder mehrere sensorische Einheiten 5 zur Erfassung der entsprechenden Messgröße. Die sensorische Einheit 5 hat direkt oder indirekt Kontakt mit dem Messmedium. Die sensorische Einheit 5 ist nur symbolisch dargestellt. Das Feldgerät 1 umfasst ein oder mehrere Datenverarbeitungseinheiten 2, etwa Mikrocontroller. Diese sind im Gehäuse 8 angeordnet, Sensor 1 a und Datenverarbeitungseinheit 2 bilden also eine Einheit 1. In diesem Beispiel kann das Funkmodul „von außen“ am Feldgerät 1 angeordnet werden, siehe auch Fig. 6. The field device 1 can be configured directly as a sensor 1a, see FIGS. 1a-b and 2a-c. Such a sensor 1a is, for example, a flow sensor based on the principles of Coriolis, magnetic induction, vortex or ultrasound. Other possible sensors are sensors for measuring the filling level according to the principles of guided and free-radiating radar and ultrasound, also for detecting a limit level, in which case capacitive methods can also be used to detect the limit level. Accordingly, the sensor 1a comprises one or more sensory units 5 for detecting the corresponding measured variable. The sensory unit 5 is in direct or indirect contact with the measurement medium. The sensory unit 5 is only shown symbolically. The field device 1 includes one or more data processing units 2, such as microcontrollers. These are arranged in the housing 8, so the sensor 1a and the data processing unit 2 form a unit 1. In this example, the radio module can be arranged “from outside” on the field device 1, see also Fig. 6.
Wird beispielsweise wie in den Fig. 1a-b und Fig. 2a-c das Prinzip über magnetische Induktion angewandt, sind die sensorischen Einheiten als Spulen ausgestaltet. Gemäß dem Faraday’schen Induktionsgesetz wird in einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt, eine Spannung induziert. Beim magnetisch-induktiven Messprinzip entspricht das fließende Messmedium dem bewegten Leiter. Die induzierte Spannung verhält sich proportional zur Durchflussgeschwindigkeit und wird über zwei Messelektroden, also den sensorischen Einheiten 5, insbesondere Spulen, einem Messverstärker zugeführt. Der Verstärker kann Teil der Datenverarbeitungseinheit 2 sein. Über den Rohrleitungsquerschnitt wird das Durchflussvolumen errechnet. Das magnetische Gleichfeld wird beispielsweise durch einen geschalteten Gleichstrom wechselnder Polarität erzeugt. Typische Nennweiten für den Leitungsquerschnitt sind etwa DN25-300. Über Flansche 8a ist das Feldgerät 1 an eine Rohrleitung oder eine Behältnis angeschlossen. If, for example, the principle of magnetic induction is used as in FIGS. 1a-b and 2a-c, the sensory units are designed as coils. According to Faraday's law of induction, a voltage is induced in a conductor moving in a magnetic field. With the magnetic-inductive measuring principle, the flowing measuring medium corresponds to the moving conductor. The induced voltage is proportional to the flow rate and is fed to a measuring amplifier via two measuring electrodes, ie the sensory units 5, in particular coils. The amplifier can be part of the data processing unit 2 . The flow volume is calculated using the pipe cross-section. The direct magnetic field is generated, for example, by a switched direct current of alternating polarity. Typical nominal widths for the line cross-section are about DN25-300. The field device 1 is connected to a pipeline or a container via flanges 8a.
In einer Ausgestaltung kann das Feldgerät 1 auch als Messumformer (Transmitter) ausgestaltet sein, Fig. 3. Dann umfasst das Feldgerät 1 zumindest eine Steckverbindung 12, die dazu ausgestaltet ist, dass daran ein Sensor 1a angeschlossen wird, beispielsweise über ein Kabel 13, wobei der Sensor 1a eine sensorische Einheit 5 umfasst, die zur Erfassung der zumindest einer Messgröße des Messmediums ausgestaltet ist. Kabel 13 und Sensor 1 a können eine Einheit bilden, was häufig als „Kabelsensor“ oder „Festkabelsensor“ bezeichnet wird. Ebenso können aber Kabel 13 und Sensor 1a über Steckverbindungen 14a, 14b miteinander verbunden werden. Die Steckverbindungen 14a, 14b sind beispielsweise als galvanisch trennende, insbesondere als induktive Schnittstellen ausgestaltet. Die Steckverbindungen 14a, 14b umfassen dann die zwei Teile mit einem ersten Teil auf der Transmitterseite und einem zweiten Teil auf der Sensorseite. Diese sind mittels einer mechanischen Steckverbindung miteinander koppelbar. Es werden über diese Schnittstelle Daten (bidirektional) und Energie (unidirektional, d.h. in Richtung von dem Transmitter zum Sensor) gesendet. Bei dem Sensor 1a kann es sich etwa um einen pH-, Redoxpotential-, auch ISFET-, Leitfähigkeit-, Trübungs-, Sauerstoff- oder Temperatur-Sensor handeln. Der Sensor 1 a umfasst entsprechend eine oder mehrere sensorische Einheiten 5 zur Erfassung der entsprechenden Messgröße. Sensor 1a und Datenverarbeitungseinheit 2 bilden also keine Einheit und sind über das Kabel 13 miteinander verbunden. In diesem Beispiel ist das Funkmodul 3 „im Inneren“ des Feldgeräts 1 angeordnet und deswegen gestrichelt gezeichnet. Das Feldgerät 1 wiederum umfasst einen Anschluss 21 an einen Feldbus. In one embodiment, the field device 1 can also be designed as a measuring transducer (transmitter), Fig. 3. The field device 1 then comprises at least one plug-in connection 12, which is designed so that a sensor 1a is connected to it, for example via a cable 13, wherein the sensor 1a comprises a sensory unit 5 which is designed to detect the at least one measured variable of the medium to be measured. Cable 13 and sensor 1a can form a unit, which is often referred to as a "cable sensor" or "fixed cable sensor". However, cable 13 and sensor 1a can also be connected to one another via plug-in connections 14a, 14b. The plug-in connections 14a, 14b are designed, for example, as galvanically isolating interfaces, in particular as inductive interfaces. The connectors 14a, 14b then include the two parts with a first part on the transmitter side and a second part on the sensor side. These can be coupled to one another by means of a mechanical plug connection. Data (bidirectional) and energy (unidirectional, ie in the direction from the transmitter to the sensor) are sent via this interface. The sensor 1a can be a pH, redox potential, also ISFET, conductivity, turbidity, oxygen or temperature sensor. Accordingly, the sensor 1a comprises one or more sensory units 5 for detecting the corresponding measured variable. The sensor 1a and the data processing unit 2 therefore do not form a unit and are connected to one another via the cable 13 . In this example, the radio module 3 is arranged “inside” the field device 1 and is therefore drawn in dashed lines. The field device 1 in turn includes a connection 21 to a fieldbus.
In jeder der erläuterten Varianten kommuniziert das Feldgerät 1 mit einer Steuerstelle, etwa direkt mit einem Leitsystem (nicht dargestellt). Die Kommunikation zum Leitsystem erfolgt beispielsweise über einen Zweileiterbus, etwa über HART, PROFIBUS PA, Modbus oder FOUNDATION Fieldbus, oder einen Vierleiterbus. Es ist auch möglich die Schnittstelle zum Bus zusätzlich oder alternativ als drahtlose Schnittstelle auszugestalten, etwa nach dem WirelessHART Standard, wobei beispielsweise über WirelessHART eine Anbindung direkt an ein Leitsystem via einem Gateway erfolgt. Darüber hinaus ist optional oder zusätzlich im Falle des HART-Protokolls eine 4..20 mA Schnittstelle vorgesehen (nicht dargestellt). Die Schnittstelle zum Feldbus bzw. das entsprechende Kabel ist mit dem Bezugszeichen 21 gekennzeichnet. In each of the variants explained, the field device 1 communicates with a control point, for example directly with a control system (not shown). Communication with the control system takes place, for example, via a two-wire bus, such as HART, PROFIBUS PA, Modbus or FOUNDATION Fieldbus, or a four-wire bus. It is also possible to design the interface to the bus additionally or alternatively as a wireless interface, for example according to the WirelessHART standard, with a connection being made directly to a control system via a gateway via WirelessHART, for example. In addition, a 4..20 mA interface is optionally or additionally provided in the case of the HART protocol (not shown). The interface to the field bus or the corresponding cable is marked with the reference number 21 .
Fig. 4 zeigt das Funkmodul 3 und dessen Kontakte 4. Fig. 5 zeigt das Funkmodul 3 in einer Explosionsansicht von der anderen Seite. Fig. 4 shows the radio module 3 and its contacts 4. Fig. 5 shows the radio module 3 in an exploded view from the other side.
In einer Ausgestaltung wird das Funkmodul 3 von einem Energiespeicher 7 (gestrichelt dargestellt), insbesondere einer Batterie, beispielsweise einer Knopfzelle, etwa vom Typ CR1250 oder anderen, ausschließlich mit Energie versorgt. „Ausschließlich“ bedeutet, dass über die Kontakte 4 keine Energie an das Funkmodul übertragen wird. In dieser Ausgestaltung kann das Funkmodul 3 lediglich zwei Kontakte 4 umfassen, die Gegenseite entsprechend ebenso (Bezugszeichen 20). In one embodiment, the radio module 3 is exclusively supplied with energy by an energy store 7 (shown in dashed lines), in particular a battery, for example a button cell, for example of the CR1250 type or others. "Exclusively" means that no energy is transmitted to the radio module via the contacts 4. In this embodiment, the radio module 3 can include only two contacts 4, the opposite side as well (reference number 20).
In einer Ausgestaltung wird das Funkmodul über die Kontakte 4, 20 ebenfalls mit Energie versorgt. Die Energie kann aus der Stromschleife (also dem 4..20 mA-Anschluss), Netzversorgung (beispielsweise 24 VDC) oder über 115/230 VAC bei 50/60 Hz entnommen werden. Ein Energiespeicher 7 kann auch bei Versorgung über die Stromschleife oder Netzanschluss dennoch vorgesehen sein, etwa für den Fall, wenn nicht ausreichend Energie über die Versorgung zur Verfügung steht und dennoch das Funkmodul verwendet werden soll. Das Funkmodul ist zylinderförmig ausgestaltet mit Abmessungen einer Knopfzelle, insbesondere mit einem Durchmesser kleiner 20 mm, besonders kleiner 15 mm, insbesondere mit einer Höhe kleiner e mm, besonders kleiner e mm. Beispielsweise hat das Modul Abmessungen von 19 mm im Durchmesser bei einer Höhe von 5 mm. In one embodiment, the radio module is also supplied with energy via the contacts 4, 20. The energy can be taken from the current loop (i.e. the 4..20 mA connection), mains supply (e.g. 24 VDC) or via 115/230 VAC at 50/60 Hz. An energy store 7 can also be provided when the power is supplied via the current loop or mains connection, for example for the case when insufficient energy is available via the supply and the radio module is nevertheless to be used. The radio module is configured in a cylindrical shape with the dimensions of a button cell, in particular with a diameter of less than 20 mm, in particular less than 15 mm, in particular with a height of less than e mm, in particular less than e mm. For example, the module has a diameter of 19 mm and a height of 5 mm.
Das Funkmodul 3 ist als Funk-Chip ausgestaltet bzw. umfasst einen Chip 6, der zumindest einen der folgenden Funkstandards unterstützt: Bluetooth, WLAN (aus der IEEE-802.11- Familie), ZigBee, ANT, ANT+, NFC, Long Range Wide Area Network, GSM, GPRS, EDGE, LTE, 5G oder andere Funkstandards. Auch ist eine Kombination von mehreren Funkstandards auf einem Chip 6 möglich, etwa ZigBee und Bluetooth. Bei der Ausgestaltung als Bluetooth- Chip, ist dieser mindestens Bluetooth 4.0 geeignet, insbesondere mit dem Proto ko II stapel Bluetooth Low Energy. Der Chip 6 selbst oder das Funkmodul 3 umfassen eine dem Funkprotokoll entsprechende Antenne. Bevorzugt ist diese integriert, insbesondere in den Chip 6. Die Datenverarbeitungseinheit 2 umfasst Firmware zur Steuerung des Funkmoduls 3. Der Chip 6 selbst hat Abmessungen beispielsweise von kleiner 10 mm x 10 mm x 2 mm. The radio module 3 is designed as a radio chip or includes a chip 6 that supports at least one of the following radio standards: Bluetooth, WLAN (from the IEEE 802.11 family), ZigBee, ANT, ANT+, NFC, Long Range Wide Area Network , GSM, GPRS, EDGE, LTE, 5G or other radio standards. A combination of several radio standards on one chip 6 is also possible, such as ZigBee and Bluetooth. In the design as a Bluetooth chip, this is at least Bluetooth 4.0 suitable, in particular with the Protocol II stack Bluetooth Low Energy. The chip 6 itself or the radio module 3 include an antenna that corresponds to the radio protocol. This is preferably integrated, in particular in the chip 6. The data processing unit 2 includes firmware for controlling the radio module 3. The chip 6 itself has dimensions of less than 10 mm×10 mm×2 mm, for example.
Die Gegenseite des Funkmoduls 3 ist etwa ein Smartphone, Tablet, Phablet, Notebook, Handheld-Transmitter oder ähnliches, wobei dieses Gerät (Bezugszeichen 16, siehe unten) entsprechenden zumindest einen Funkstandard des Funkmoduls 3 unterstützt. The opposite side of the radio module 3 is a smartphone, tablet, phablet, notebook, handheld transmitter or the like, with this device (reference number 16, see below) supporting at least one radio standard of the radio module 3.
In das Gehäuse 8 des Feldgeräts 1 integriert ist beispielsweise eine Anzeigeeinheit 10, etwa mit Touchbildschirm, zum Darstellen einiger oder mehrere Parameter, etwa des oder der wichtigsten Messparameter, etwa den Durchfluss. Über die Anzeigeeinheit 10 können auch Parameter des Feldgeräts 1 eingestellt werden. Dies zeigt Fig. 2a. Die Anzeigeeinheit 10 kann auch abgesetzt angeordnet sein, d.h. die Anzeigeeinheit ist mit dem Feldgerät 1 über ein Kabel verbunden. Integrated into the housing 8 of the field device 1 is, for example, a display unit 10, for example with a touch screen, for displaying one or more parameters, for example the most important measurement parameter or parameters, for example the flow rate. Parameters of the field device 1 can also be set via the display unit 10 . This is shown in Fig. 2a. The display unit 10 can also be arranged remotely, i.e. the display unit is connected to the field device 1 via a cable.
In der in Fig. 1a dargestellten Ausgestaltung ist das Funkmodul 3 über eine mechanische Halterung 9 in der Anzeigeeinheit 10 angeordnet (siehe dazu insbesondere den Ausschnitt in Fig. 6 und den Text unten). In the embodiment shown in FIG. 1a, the radio module 3 is arranged in the display unit 10 via a mechanical holder 9 (see in particular the detail in FIG. 6 and the text below).
Generell ist die mechanische Halterung 9 dazu ausgestaltet, das Funkmodul 3 lösbar fest aufzunehmen. Das bedeutet, das Funkmodul 3 kann ausgewechselt werden. Das Funkmodul 3 ist zwar fest in der Halterung 9 angeordnet, und damit gegen Vibrationen, Bewegung oder Stöße geschützt und deswegen nicht unabsichtlich lösbar. Dennoch ist es aber gewollt aus der Halterung 9 entfernbar. Die mechanische Halterung 9 umfasst dazu etwa eine Schraub- oder Steckverbindung 11a, und das Funkmodul 3 umfasst dazu eine korrespondierende Schraub- oder Steckverbindung 11 b, z.B. bis Schutzart IP68. Darauf wird in Bezug zu Fig. 6 unten weiter eingegangen. Auch kann das Funkmodul 3 in der Halterung 9 über eine Kappe 19 geschützt werden. In general, the mechanical mount 9 is designed to hold the radio module 3 in a detachable and fixed manner. That means the radio module 3 can be replaced. The radio module 3 is firmly arranged in the holder 9 and is therefore protected against vibrations, movement or impact and therefore cannot be unintentionally released. However, it can be removed from the holder 9 on purpose. For this purpose, the mechanical holder 9 comprises a screw or plug-in connection 11a, and the radio module 3 comprises a corresponding screw or plug-in connection 11b, for example up to protection class IP68. on it will discussed further below in relation to Figure 6 . The radio module 3 in the mount 9 can also be protected by a cap 19 .
Fig. 6 zeigt verschiedene Anwendungsszenarien des Funkmoduls 3. Fig. 6 shows different application scenarios of the radio module 3.
Das Funkmodul 3 ist zum Empfang und Senden von Daten und Weiterleitung zur bzw. von der Datenverarbeitungseinheit 2 an eine entsprechende Gegenstelle 16 ausgestaltet. Die Gegenstelle 16 kann etwa ein Smart Device, Smartphone, Tablet, Notebook, Phablet, PC, Industrie-PC, Handheld oder ähnliches sein. Wird über die Funkverbindung 15 die Gegenstelle 16 über den Chip 5 bzw. das Funkmodul 3 mit dem Feldgerät 1 verbunden, können darüber Daten ausgetauscht werden. Mögliche in Frage kommende Daten sind Messdaten, Kalibrierdaten, Konfigurationsdaten, Parameter des Feldgeräts 1 , Informationen über den Betriebszustand und weitere. The radio module 3 is designed to receive and send data and forward it to or from the data processing unit 2 to a corresponding remote station 16 . The remote station 16 can be a smart device, smartphone, tablet, notebook, phablet, PC, industrial PC, handheld or the like. If the remote station 16 is connected to the field device 1 via the radio connection 15 via the chip 5 or the radio module 3, data can be exchanged via this. Possible data to be considered are measurement data, calibration data, configuration data, parameters of the field device 1, information about the operating state and others.
Von oben nach unten, im Uhrzeigersinn, ist das Funkmodul angeordnet in einem Stecker 17, an einer Anzeigeeinheit 10, einem Einsteckbauteil 22 oder auf einer Leiterplatte 18. From top to bottom, clockwise, the radio module is arranged in a plug 17, on a display unit 10, a plug-in component 22 or on a printed circuit board 18.
Im Falle der Ausgestaltung am Stecker 17 und an der Anzeigeeinheit 10 ist die mechanische Halterung 9 als Einkerbung, Sackloch, Aussparung, Einbuchtung o.ä. ausgestaltet. Diese kann hierbei auch ein Gewinde umfassen. Die Halterung 9 nimmt dann das Funkmodul 3 auf, wobei die mechanische Halterung 9 zu den elektrischen Kontakten 4 des Funkmoduls 2 korrespondierende elektrische Kontakte 20 umfasst und die Signale vom Funkmodul 3 oder zum Funkmodul 3 an die Datenverarbeitungseinheit 2 weitergeleitet werden. Ein Deckel oder eine Kappe 19 kann die mechanische Halterung 9 verschließen und das Funkmodul 3 vor äußeren Einflüssen schützen, gegebenenfalls umfasst der Deckel 19 ein Gewinde oder entsprechenden Verschluss, beispielsweise einen bajonettartigen Verschluss. In the case of the design on the plug 17 and on the display unit 10, the mechanical mount 9 is designed as a notch, blind hole, recess, indentation or the like. This can also include a thread. The mount 9 then accommodates the radio module 3 , the mechanical mount 9 including electrical contacts 20 corresponding to the electrical contacts 4 of the radio module 2 and the signals from the radio module 3 or to the radio module 3 being forwarded to the data processing unit 2 . A cover or a cap 19 can close the mechanical mount 9 and protect the radio module 3 from external influences; the cover 19 may have a thread or a corresponding closure, for example a bayonet-type closure.
Der Stecker 17 kann als Anschluss 21 zum Feldbus funktionieren. In der Abbildung in Fig. 6 ist dieser am unteren Teil des Steckers, während der Anschluss auf der linken Seite am Feldgerät 1 angeschlossen wird. Hier sind Anschluss zum Bus und zum Feldgerät in einem Bauteil realisiert, während in der Abbildung in Fig. 1a-b und Fig. 2a-c diese separat ausgestaltet sind. The plug 17 can function as a connection 21 to the fieldbus. In the illustration in FIG. 6 this is on the lower part of the plug, while the connection on the left side is connected to the field device 1 . Connections to the bus and to the field device are implemented in one component here, while in the illustration in FIGS. 1a-b and 2a-c these are configured separately.
In das Einsteckbauteil 22 kann das Funkmodul 3 angeschlossen und eingeführt werden, diese wird entsprechend der Ausgestaltung am Stecker 17 oder Anzeigeeinheit 10 gesichert, gegebenenfalls mit Kappe 19. In der Darstellung ist der rechte Teil des Einsteckbauteils 22 im Gehäuse 8 des Feldgeräts 1. The radio module 3 can be connected and inserted into the plug-in component 22, which is secured according to the design on the plug 17 or display unit 10, if necessary with a cap 19. In the illustration, the right-hand part of the plug-in component 22 is in the housing 8 of the field device 1.
Im Falle der Leiterplatte 18 ist die mechanische Halterung 9 etwa ein Klemm- oder Steckverschluss, der über dem Funkmodul 3 angeordnet ist und dieses fixiert. Gegebenenfalls wird der Verschluss auf die Leiterplatte geschraubt, geklebt oder gelötet. Die elektrischeIn the case of the printed circuit board 18, the mechanical mount 9 is a clamp or plug-in fastener, for example, which is arranged over the radio module 3 and fixes it. In which case the closure is screwed, glued or soldered to the printed circuit board. The electric
Kontaktierung 20 ist als Leiterbahn auf der Leiterplatte ausgestaltet. Contacting 20 is designed as a conductor track on the printed circuit board.
Fig. 7 zeigt eine Detailaufnahme des Funkmoduls 3, das durch den Deckel 19 abgedeckt wird. Das Modul 3 wird in der Halterung 9 gehalten. Diese ist der Ausgestaltung alsFIG. 7 shows a detailed photograph of the radio module 3 which is covered by the cover 19. The module 3 is held in the holder 9 . This is the embodiment as
Einsteckmodul 22. plug-in module 22.
Bezugszeichenliste Feldgerät a Sensor Datenverarbeitungseinheit Funkmodul elektrische Kontakte von 3 sensorische Einheit Chip Energiespeicher Gehäuse a Flansch mechanische Halterung Anzeigeeinheit 1 a Schraub- oder Steckverbindung 1 b korrespondierende Schraub- oder Steckverbindung2 Steckverbindung 3 Kabel 4a Steckverbindung 4b korrespondierende Steckverbindung 5 Funkverbindung 6 Funk-Gegenstelle 7 Stecker 8 Leiterplatte 9 Deckel 0 elektrische Kontakte in 9 1 Feldbusanschluss 2 Einsteckbauteil List of reference symbols field device a sensor data processing unit radio module electrical contacts of 3 sensory unit chip energy storage housing a flange mechanical holder display unit 1 a screw or plug connection 1 b corresponding screw or plug connection 2 plug connection 3 cable 4a plug connection 4b corresponding plug connection 5 radio connection 6 radio remote station 7 plug 8 Printed circuit board 9 cover 0 electrical contacts in 9 1 fieldbus connection 2 plug-in component

Claims

Patentansprüche patent claims
1 . Feldgerät (1), umfassend 1 . Field device (1), comprising
- eine Datenverarbeitungseinheit (2); - a data processing unit (2);
- ein lösbares Funkmodul (3), das elektrisch mit der Datenverarbeitungseinheit (2) verbunden ist, wobei das Funkmodul (3) zum Empfang und Senden von Daten und Weiterleitung zur bzw. von der Datenverarbeitungseinheit (2) ausgestaltet ist; und - A detachable radio module (3) which is electrically connected to the data processing unit (2), wherein the radio module (3) is designed for receiving and sending data and forwarding to or from the data processing unit (2); and
- eine mechanische Halterung (9), die dazu ausgestaltet ist, das Funkmodul (3) lösbar fest aufzunehmen. - A mechanical holder (9) which is designed to accommodate the radio module (3) in a detachable manner.
2. Feldgerät (1) nach Anspruch 1 , das dazu ausgestaltet ist, zumindest eine Messgröße eines Messmediums zu erfassen, umfassend 2. Field device (1) according to claim 1, which is designed to detect at least one measurement variable of a measurement medium, comprising
- eine oder mehrere sensorische Einheiten (5), wobei die sensorische Einheit (5) zur Erfassung der zumindest einer Messgröße des Messmediums ausgestaltet ist. - One or more sensory units (5), wherein the sensory unit (5) is designed to detect the at least one measured variable of the medium to be measured.
3. Feldgerät (1) nach Anspruch 2, wobei es sich bei der Messgröße um den Durchfluss handelt und die sensorischen Einheiten (5) als Messelektroden, insbesondere als Spulen, ausgestaltet sind. 3. Field device (1) according to claim 2, wherein the measured variable is the flow rate and the sensory units (5) are designed as measuring electrodes, in particular as coils.
4. Feldgerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen Energiespeicher (7), insbesondere eine Batterie, wobei das Funkmodul (3) ausschließlich vom Energiespeicher (7) mit Energie versorgt wird. 4. Field device (1) according to any one of the preceding claims, comprising an energy store (7), in particular a battery, wherein the radio module (3) is supplied with energy exclusively from the energy store (7).
5. Feldgerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Funkmodul (3) ein oder mehrere lösbare elektrische Kontakte (4) umfasst, insbesondere umfassend Steck-, Pin- oder Schraubverbindungen. 5. Field device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the radio module (3) comprises one or more detachable electrical contacts (4), in particular comprising plug, pin or screw connections.
6. Feldgerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei Funkmodul (3) einen Chip (6) zur Unterstützung von Bluetooth, WLAN, ZigBee, ANT, ANT+, NFC, Long Range Wide Area Network, GSM, GPRS, EDGE, LTE, 5G oder anderer Funkstandards umfasst. 6. Field device (1) according to one of the preceding claims, wherein the radio module (3) has a chip (6) to support Bluetooth, WLAN, ZigBee, ANT, ANT+, NFC, Long Range Wide Area Network, GSM, GPRS, EDGE, LTE , 5G or other wireless standards.
7. Feldgerät (1) nach dem vorherige Anspruch, wobei der Chip (6) Abmessung von kleiner 10 mm x 10 mm x 2 mm aufweist. 7. Field device (1) according to the preceding claim, wherein the chip (6) has dimensions of less than 10 mm×10 mm×2 mm.
8. Feldgerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Funkmodul (3) zylinderförmig ausgestaltet ist mit Abmessungen einer Knopfzelle, insbesondere mit einem Durchmesser kleiner 20 mm, besonders kleiner 15 mm, insbesondere mit einer Höhe kleiner e mm, besonders kleiner 3 mm. 8. field device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the radio module (3) is configured cylindrically with the dimensions of a button cell, in particular with a diameter of less than 20 mm, in particular less than 15 mm, in particular with a height of less than e mm, in particular less than 3 mm.
9. Feldgerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mechanische Halterung (9) eine Schraub- oder Steckverbindung (11 a) umfasst und wobei das Funkmodul (3) eine korrespondierende Schraub- oder Steckverbindung (11 b) umfasst. 9. Field device (1) according to one of the preceding claims, wherein the mechanical holder (9) comprises a screw or plug connection (11a) and wherein the radio module (3) comprises a corresponding screw or plug connection (11b).
10. Feldgerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mechanische Halterung (9) als Einkerbung, Sackloch, Aussparung, Einbuchtung o.ä. ausgestaltet ist, gegebenenfalls umfasst diese ein Gewinde, wobei die mechanische Halterung (9) so ausgestaltet ist, dass diese das Funkmodul (3) aufnimmt, wobei die mechanische Halterung (9) zu den elektrischen Kontakten (4) des Funkmoduls (3) korrespondierende Kontakte (20) umfasst. 10. Field device (1) according to one of the preceding claims, wherein the mechanical holder (9) is designed as a notch, blind hole, cutout, indentation or the like, possibly including a thread, the mechanical holder (9) being designed in this way that this receives the radio module (3), wherein the mechanical holder (9) to the electrical contacts (4) of the radio module (3) comprises corresponding contacts (20).
1 1 . Feldgerät (1) nach dem vorherige Anspruch, umfassend einen Deckel (19), gegebenenfalls umfassend ein Gewinde, der die mechanische Halterung (9) verschließt. 1 1 . Field device (1) according to the preceding claim, comprising a cover (19), optionally comprising a thread, which closes the mechanical holder (9).
12. Feldgerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen Stecker, wobei die mechanische Halterung mit dem Funkmodul im Stecker angeordnet ist. 12. Field device (1) according to any one of the preceding claims, comprising a connector, wherein the mechanical holder is arranged with the radio module in the connector.
13. Feldgerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Anzeigeeinheit (10), wobei die mechanische Halterung (9) mit dem Funkmodul (3) in der Anzeigeeinheit (10) angeordnet ist. 13. Field device (1) according to one of the preceding claims, comprising a display unit (10), wherein the mechanical holder (9) is arranged with the radio module (3) in the display unit (10).
14. Feldgerät (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend zumindest eine Leiterplatte (18), wobei die mechanische Halterung (9) mit dem Funkmodul (3) auf der Leiterplatte (18) angeordnet ist. 14. Field device (1) according to any one of the preceding claims, comprising at least one circuit board (18), wherein the mechanical holder (9) is arranged with the radio module (3) on the circuit board (18).
15. Feldgerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Datenverarbeitungseinheit (2) Firmware zur Steuerung des Funkmoduls (3) umfasst. 15. Field device (1) according to one of the preceding claims, wherein the data processing unit (2) comprises firmware for controlling the radio module (3).
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