WO2024078790A1 - Method for operating a field device of process and automation technology - Google Patents

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WO2024078790A1
WO2024078790A1 PCT/EP2023/074329 EP2023074329W WO2024078790A1 WO 2024078790 A1 WO2024078790 A1 WO 2024078790A1 EP 2023074329 W EP2023074329 W EP 2023074329W WO 2024078790 A1 WO2024078790 A1 WO 2024078790A1
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mode
field device
energy
inductively transmitted
transmitted energy
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PCT/EP2023/074329
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Markus Kilian
Andrea Seger
Bert Von Stein
Christian Wandrei
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Endress+Hauser SE+Co. KG
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25289—Energy saving, brown out, standby, sleep, powerdown modus for microcomputer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a field device in process and automation technology, wherein the field device has an electronic unit and a receiver unit, wherein the electronic unit is designed to operate the field device in a first mode or in a second mode, wherein the electronic unit is designed to provide a plurality of functions of the field device in the first mode and to provide a subset of the plurality of functions in a second mode, wherein the receiver unit is designed to receive inductively transmitted energy.
  • field devices are often used to record and/or influence process variables.
  • Sensors such as level measuring devices, flow meters, pressure and temperature measuring devices, pH and redox potential measuring devices, conductivity measuring devices, etc. are used to record process variables, which record the corresponding process variables level, flow, pressure, density, temperature, pH value or conductivity.
  • Actuators such as valves or pumps are used to influence process variables, by means of which the flow of a liquid in a pipe section or the level in a container can be changed.
  • Field devices are all devices that are used close to the process and that provide or process process-relevant information. In connection with the invention, field devices are understood to include in particular remote I/Os, power supplies, radio adapters or generally devices that are arranged at the field level.
  • such field devices are manufactured as purely battery-operated field devices or at least as battery-supported field devices.
  • Purely battery-operated, self-sufficient field devices are characterized by the fact that a two-wire line or, if necessary, a four-wire line for supplying power to the field devices and/or for transmitting the measured values, e.g. using the 4...20 mA standard commonly used in automation technology.
  • an integrated battery or accumulator must be charged after a certain period of time as part of a field device's maintenance interval. This usually requires the self-contained field device to be opened. Furthermore, any connectors must be removed and screws loosened. This means a considerable amount of work, which must also be carried out under harsh environmental conditions that are not uncommon in automation systems. For example, opening the housing in rain or snow is generally not advisable or is only possible under difficult conditions.
  • the object to be achieved by the present invention is therefore to provide a method by means of which an energy budget of a, in particular self-sufficient, field device can be optimized.
  • the object is achieved by a method for operating a field device of process and automation technology, wherein the field device has an electronic unit and a receiver unit, wherein the electronic unit is designed to operate the field device in a first mode or in a second mode, wherein the electronic unit is designed to perform a plurality of functions of the field device and to provide a subset of the plurality of functions in a second mode, wherein the receiver unit is designed to receive inductively transmitted energy, the method comprising at least the following steps:
  • the field device is operated in a first or second mode depending on the reception of inductively transmitted energy, wherein only a subset of the functions of the field device can be used in the second mode.
  • the energy budget of the field device which it receives for example from an internal energy storage device or via an external energy supply, is optimized for the functions of the second mode, which represents a standard mode, for example. Additional functions that are only used occasionally or are very energy-intensive can only be provided in the first mode, which is then used to operate the field device when the field device receives additional energy in the form of the inductively transmitted energy.
  • the inductively transmitted energy is transmitted in particular wirelessly and in accordance with a Qi standard 1 .2.4 or a standard modified therefrom.
  • Qi technology allows the wireless inductive transmission of energy in a low-power range of up to 15 W in a transmission frequency range of 110 Hz to 205 kHz and an operating voltage of the transmitter of 19 V.
  • the transmitter unit and the receiver unit can have coils for this purpose, which are designed to be planar or slightly curved and are arranged opposite one another, typically at a distance of up to 5 mm.
  • the basic structure for Qi technology provides a base station with a transmitter coil that transmits energy to a Receiver unit with a receiver coil transmits.
  • the receiver unit is regularly coupled to a battery in order to charge it electrically.
  • the receiver unit also communicates unidirectionally with the transmitter unit via assigned monitoring units in order to be able to make a specific power adjustment via load modulation.
  • the procedure includes at least the following steps:
  • the field device By switching back from the first mode to the second mode after no more inductively transmitted energy is received, the field device can be operated again in the energy-optimized second mode.
  • the inductively transmitted energy is used to carry out at least one function that is not provided in the second mode.
  • the usual energy budget of the field device is not used for the additional functions available in the first mode, so that the energy budget is only available for the functions provided in the second mode.
  • functions that are not provided in the second mode include updating the firmware of the field device, recording and/or transmitting measurement data, diagnostics, historical data and/or other parameters, changing at least one parameter of the field device, activating a communication interface and/or accelerating a function that is provided in the first mode.
  • the functions mentioned consume a comparatively large amount of energy and are preferably only provided in the first mode.
  • a wireless interface is used as the communication interface.
  • Wireless interfaces are usually particularly energy-intensive and therefore generally difficult to operate with the energy budget available to the field device.
  • the field device in the second mode is mainly in a sleep mode and is only occasionally woken up to carry out a function. In order to continue to save energy, it is advantageous if the field device in the second mode is only woken up or activated or triggered when a function is to be carried out. Otherwise, the field device can be operated in a sleep mode in which mainly alarm and wake-up functions are active. The sleep mode can be integrated into the second mode.
  • a radar measuring device is used as a field device. Radar measuring devices are regularly installed at measuring locations where there is no power supply. The radar measuring device can therefore have an energy storage device.
  • a smartphone can be used as a transmitter unit.
  • the smartphone can be used as a transmitter unit anywhere and can also be used as an operating unit to operate the field device.
  • the field device preferably has an energy storage device.
  • the energy storage device is designed to store a predetermined amount of energy and to make it available to the field device.
  • the field device is preferably not connected to an external power supply, but only has an energy storage device. The proposed method is particularly advantageous for field devices designed in this way, since energy-intensive functions can be made available to the field device in the first mode.
  • the energy storage device is used exclusively for executing the functions provided in the second mode.
  • the energy storage device can thus be optimized for the functions provided in the second mode, while the functions that are only available in the first mode, by means of the inductively transmitted energy.
  • a battery or accumulator can be used as an energy storage device.
  • a lifetime of the energy storage device is calculated based on a frequency of execution of the functions provided in the second mode.
  • the energy storage device is advantageously charged while the inductively transmitted energy is being received. Since the energy storage device provides a limited energy budget, it is advantageous to charge the energy storage device using the inductively transmitted energy. In particular, if the transmitting unit transmits more inductively transmitted energy to the field device than is required to carry out the at least one function that is not provided in the second mode, the additional energy available can be used to charge the energy storage device. The charging of the energy storage device can take place in particular while the at least one function that is not provided in the second mode is being carried out.
  • Fig. 1 a schematic representation of a field device and a transmitter unit.
  • the present invention is applicable to all types of field devices, some of which were described above.
  • the present method is applicable to radar measuring devices.
  • FIG. 1 an exemplary field device 1 is shown, which has a
  • An optional sensor unit 9, which is designed to generate a measurement signal of a medium 7, can also be arranged in the field device 1.
  • the medium 7 can optionally be present in a container or be an open fluid, such as a body of water.
  • the sensor unit 9 is designed, for example, to emit electromagnetic waves in the direction of the medium 7.
  • the electronics unit 2 is designed to operate the field device 1 in a first mode or in a second mode and to provide a plurality of functions of the field device 1 in the first mode and to provide a subset of the plurality of functions in a second mode.
  • the second mode can be understood as a restricted mode.
  • the electronics unit 2 operates the field device 1 in the second mode.
  • the electronics unit 2 switches from the second mode to the first mode and the field device 1 is operated in the first mode.
  • at least one function that is not provided in the second mode is carried out, in particular this function is an update of the firmware of the field device 1, a recording and/or transmission of measurement data, diagnostics, historical data and/or other parameters, a change of at least one parameter of the field device 1, an activation of a communication interface 5 and/or an acceleration of a function that is provided in the first mode.
  • the inductively transmitted energy is used to carry out at least one function that is not provided in the second mode.
  • the electronic unit 2 causes a switch from the first mode to the second mode and operates the field device 1 (again) in the second mode.
  • the transmitting unit 4 can in particular be a smartphone.
  • the field device 1 can further comprise an energy storage device 6, for example a rechargeable battery or a battery. Due to the limited energy budget of the energy storage device 6, the field device 1 can be predominantly in a sleep mode in the second mode and only occasionally woken up to perform a function. However, this can also apply to field devices 1 with a limited external energy supply.
  • the energy storage device 6 is used exclusively for executing the functions provided in the second mode, so that functions that are only available in the first mode can only be executed using the inductively transmitted energy. However, it is also possible to charge the energy storage device 6 while receiving the inductively transmitted energy.

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Abstract

The invention relates to a method for operating a field device (1) of process and automation technology, wherein the field device (1) has an electronics unit (2) and a receiver unit (3), wherein the electronics unit (2) is configured to operate the field device (1) in a first mode or in a second mode, wherein the electronics unit (2) is configured to provide a multiplicity of functions of the field device (1) in the first mode and to provide a subset of the multiplicity of functions in a second mode, wherein the receiver unit (3) is configured to receive inductively transmitted energy, wherein the method comprises at least the following steps of: - operating the field device (1) in the second mode, - receiving inductively transmitted energy from a transmitting unit (4) and changing over from the second mode to the first mode as soon as inductively transmitted energy is received, - operating the field device (1) in the first mode, and - performing at least one function which is not provided in the second mode.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes der Prozess- und Automatisierungstechnik Method for operating a field device in process and automation technology
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes der Prozess- und Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät eine Elektronikeinheit und eine Empfängereinheit aufweist, wobei die Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, das Feldgerät in einem ersten Modus oder in einem zweiten Modus zu betreiben, wobei die Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, im ersten Modus eine Vielzahl an Funktionen des Feldgeräts bereitzustellen und in einem zweiten Modus eine Teilmenge der Vielzahl an Funktionen bereitzustellen, wobei die Empfängereinheit dazu ausgestaltet ist, induktiv übertragene Energie zu empfangen. The invention relates to a method for operating a field device in process and automation technology, wherein the field device has an electronic unit and a receiver unit, wherein the electronic unit is designed to operate the field device in a first mode or in a second mode, wherein the electronic unit is designed to provide a plurality of functions of the field device in the first mode and to provide a subset of the plurality of functions in a second mode, wherein the receiver unit is designed to receive inductively transmitted energy.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH- und Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Dichte, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also insbesondere auch Remote I/Os, Speisegeräte, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. In automation technology, particularly in process automation technology, field devices are often used to record and/or influence process variables. Sensors such as level measuring devices, flow meters, pressure and temperature measuring devices, pH and redox potential measuring devices, conductivity measuring devices, etc. are used to record process variables, which record the corresponding process variables level, flow, pressure, density, temperature, pH value or conductivity. Actuators such as valves or pumps are used to influence process variables, by means of which the flow of a liquid in a pipe section or the level in a container can be changed. Field devices are all devices that are used close to the process and that provide or process process-relevant information. In connection with the invention, field devices are understood to include in particular remote I/Os, power supplies, radio adapters or generally devices that are arranged at the field level.
Zunehmend werden derartige Feldgeräte als rein akkubetriebene Feldgeräte oder zumindest als akkugestützte Feldgeräte hergestellt. Rein akkubetriebene, autarke Feldgeräte zeichnen sich dabei dadurch aus, dass auf das Zuführen einer Zweidrahtleitung ggfls. auch einer Vierdrahtleitung zur Energieversorgung der Feldgeräte und/oder zur Übertragung der Messwerte, bspw. mittels dem in der Automatisierungstechnik üblichen 4...20 mA Standard, verzichtet werden kann. Increasingly, such field devices are manufactured as purely battery-operated field devices or at least as battery-supported field devices. Purely battery-operated, self-sufficient field devices are characterized by the fact that a two-wire line or, if necessary, a four-wire line for supplying power to the field devices and/or for transmitting the measured values, e.g. using the 4...20 mA standard commonly used in automation technology.
Der in der Automatisierungstechnik einsetzende Trend zur einfacheren Installation, zu verringerten Kosten und zu reduziertem Wartungsbedarf, sowie die Anforderung an eine lückenlose Erfassung von Informationen auch in unzugänglichen oder abwegigen Gebieten steigert den Bedarf an rein akkubetriebenen oder zumindest akkugestützten Feldgeräten weiter. Dem Trend folgend werden aktuell eine Vielzahl von Mechanismen zur Einsparung von Leistung und der besseren Vorhersagen zum aktuellen Leistungsstand sowie dem Leistungsbedarf entwickelt, woraus die zu erwartende Restlaufzeit respektive die Zeit bis zur nächsten Ladung immer präziser bestimmt werden soll. The trend in automation technology towards simpler installation, reduced costs and reduced maintenance requirements, as well as the requirement for seamless recording of information even in inaccessible or remote areas, is further increasing the need for purely battery-operated or at least battery-supported field devices. Following this trend, a large number of mechanisms are currently being developed to save power and to make better predictions about the current performance level and power requirements, from which the expected remaining running time or the time until the next charge can be determined with increasing precision.
Trotz aller Bemühungen, die Geräte-Laufzeit zu optimieren, muss ein integrierter Akku bzw. Akkumulator aber nach einer gewissen Zeit im Rahmen eines Wartungsintervalls des Feldgerätes aufgeladen werden. Hierbei ist es für gewöhnlich nötig, dass das autarke Feldgerät geöffnet wird. Ferner müssen mögliche Steckverbinder entfernt und Schrauben gelöst werden. Dies bedeutet einen nicht unerheblichen Arbeitsaufwand, der zusätzlich noch unter harschen Umgebungsbedingungen, die in Automatisierungsanlagen nicht ungewöhnlich sind, stattfinden muss. Beispielsweise ist ein Öffnen des Gehäuses bei Regen oder Schnee generell nicht ratsam bzw. nur unter erschwerten Bedingungen möglich. Despite all efforts to optimize the device's operating time, an integrated battery or accumulator must be charged after a certain period of time as part of a field device's maintenance interval. This usually requires the self-contained field device to be opened. Furthermore, any connectors must be removed and screws loosened. This means a considerable amount of work, which must also be carried out under harsh environmental conditions that are not uncommon in automation systems. For example, opening the housing in rain or snow is generally not advisable or is only possible under difficult conditions.
Die zu lösende Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mittels welchem ein Energiebudget eines, insbesondere autarken, Feldgeräts optimiert werden kann. The object to be achieved by the present invention is therefore to provide a method by means of which an energy budget of a, in particular self-sufficient, field device can be optimized.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes der Prozess- und Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät eine Elektronikeinheit und eine Empfängereinheit aufweist, wobei die Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, das Feldgerät in einem ersten Modus oder in einem zweiten Modus zu betreiben, wobei die Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, im ersten Modus eine Vielzahl an Funktionen des Feldgeräts bereitzustellen und in einem zweiten Modus eine Teilmenge der Vielzahl an Funktionen bereitzustellen, wobei die Empfängereinheit dazu ausgestaltet ist, induktiv übertragene Energie zu empfangen, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: According to the invention, the object is achieved by a method for operating a field device of process and automation technology, wherein the field device has an electronic unit and a receiver unit, wherein the electronic unit is designed to operate the field device in a first mode or in a second mode, wherein the electronic unit is designed to perform a plurality of functions of the field device and to provide a subset of the plurality of functions in a second mode, wherein the receiver unit is designed to receive inductively transmitted energy, the method comprising at least the following steps:
- Betreiben des Feldgeräts in dem zweiten Modus, - Operating the field device in the second mode,
- Empfangen von induktiv übertragener Energie von einer Sendeeinheit und Umschalten von dem zweiten Modus in den ersten Modus, sobald induktiv übertragene Energie empfangen wird,- Receiving inductively transmitted energy from a transmitting unit and switching from the second mode to the first mode as soon as inductively transmitted energy is received,
- Betreiben des Feldgeräts in dem ersten Modus, und - Operating the field device in the first mode, and
- Ausführen mindestens einer Funktion, welche im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist. - Execute at least one function that is not provided in the second mode.
Erfindungsgemäß wird das Feldgerät in Abhängigkeit eines Empfangens von induktiv übertragener Energie in einem ersten oder zweiten Modus betrieben, wobei im zweiten Modus nur eine Teilmenge der Funktionen des Feldgeräts genutzt werden kann. Auf diese Weise wird das Energiebudget des Feldgeräts, welches es beispielsweise durch einen internen Energiespeicher oder über eine externe Energieversorgung erhält, für die Funktionen des zweiten Modus optimiert, welcher beispielsweise einen Standardmodus darstellt. Zusätzliche Funktionen, welche nur gelegentlich genutzt werden oder sehr energieintensiv sind, können lediglich im ersten Modus bereitgestellt werden, welcher dann zum Betreiben des Feldgeräts genutzt wird, wenn das Feldgerät zusätzliche Energie in Form der induktiv übertragenen Energie empfängt. According to the invention, the field device is operated in a first or second mode depending on the reception of inductively transmitted energy, wherein only a subset of the functions of the field device can be used in the second mode. In this way, the energy budget of the field device, which it receives for example from an internal energy storage device or via an external energy supply, is optimized for the functions of the second mode, which represents a standard mode, for example. Additional functions that are only used occasionally or are very energy-intensive can only be provided in the first mode, which is then used to operate the field device when the field device receives additional energy in the form of the inductively transmitted energy.
Die induktiv übertragene Energie wird insbesondere drahtlos und gemäß einem Qi-Standard 1 .2.4 oder eines davon abgewandelten Standards übertragen. Die Qi-Technologie erlaubt das drahtlose induktive Übertragen von Energie in einem Low-Power-Bereich von bis zu 15 W in einem Übertragungsfrequenzbereich von 110 Hz bis 205 kHz und einer Betriebsspannung des Senders von 19 V. Die Sendeeinheit und die Empfängereinheit können hierzu Spulen aufweisen, welche planar oder leicht gewölbt ausgelegt und gegenüberliegend, typischerweise in einem Abstand von bis zu 5 mm angeordnet sind. Der Grundaufbau für die Qi-Technologie sieht eine Basisstation mit einer Sendespule vor, die Energie an eine Empfängereinheit mit einer Empfängerspule überträgt. Dabei ist die Empfängereinheit regelmäßig an einen Akkumulator gekoppelt, um diesen elektrisch aufzuladen. Die Empfängereinheit kommuniziert darüber hinaus unidirektional mit der Sendeeinheit über zugeordnete Überwachungseinheiten, um über eine Lastmodulation eine spezifische Leistungsanpassung vornehmen zu können. The inductively transmitted energy is transmitted in particular wirelessly and in accordance with a Qi standard 1 .2.4 or a standard modified therefrom. Qi technology allows the wireless inductive transmission of energy in a low-power range of up to 15 W in a transmission frequency range of 110 Hz to 205 kHz and an operating voltage of the transmitter of 19 V. The transmitter unit and the receiver unit can have coils for this purpose, which are designed to be planar or slightly curved and are arranged opposite one another, typically at a distance of up to 5 mm. The basic structure for Qi technology provides a base station with a transmitter coil that transmits energy to a Receiver unit with a receiver coil transmits. The receiver unit is regularly coupled to a battery in order to charge it electrically. The receiver unit also communicates unidirectionally with the transmitter unit via assigned monitoring units in order to be able to make a specific power adjustment via load modulation.
In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren zumindest die weiteren Schritte: In further training, the procedure includes at least the following steps:
- Beenden des Empfanges von induktiv übertragener Energie von der Sendeeinheit und Umschalten vom ersten Modus in den zweiten Modus, sobald keine induktiv übertragene Energie empfangen wird,- stopping the reception of inductively transmitted energy from the transmitting unit and switching from the first mode to the second mode as soon as no inductively transmitted energy is received,
- Betreiben des Feldgeräts im zweiten Modus. - Operating the field device in the second mode.
Durch das Zurückschalten vom ersten Modus in den zweiten Modus, nachdem keine induktiv übertragene Energie mehr erhalten wird, kann das Feldgerät wieder im energieoptimierten zweiten Modus betrieben werden. By switching back from the first mode to the second mode after no more inductively transmitted energy is received, the field device can be operated again in the energy-optimized second mode.
Bevorzugterweise wird die induktiv übertragene Energie für das Ausführen von mindestens einer Funktion, welche im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist, verwendet. Das übliche Energiebudget des Feldgeräts wird dabei nicht für die im ersten Modus zusätzlich vorhandenen Funktionen eingesetzt, so dass das Energiebudget lediglich für die im zweiten Modus bereitgestellten Funktionen verfügbar ist. Preferably, the inductively transmitted energy is used to carry out at least one function that is not provided in the second mode. The usual energy budget of the field device is not used for the additional functions available in the first mode, so that the energy budget is only available for the functions provided in the second mode.
In einer Ausgestaltung wird als Funktion, welche im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist, eine Aktualisierung der Firmware des Feldgerätes, eine Aufnahme und/oder Übertragung von Messdaten, Diagnosen, Historiendaten und/oder anderer Parameter, eine Änderung mindestens eines Parameters des Feldgeräts, eine Aktivierung einer Kommunikationsschnittstelle und/oder eine Beschleunigung einer Funktion, welche im ersten Modus bereitgestellt ist, ausgeführt. Die genannten Funktionen verbrauchen vergleichsweise viel Energie und werden bevorzugt nur im ersten Modus bereitgestellt. In one embodiment, functions that are not provided in the second mode include updating the firmware of the field device, recording and/or transmitting measurement data, diagnostics, historical data and/or other parameters, changing at least one parameter of the field device, activating a communication interface and/or accelerating a function that is provided in the first mode. The functions mentioned consume a comparatively large amount of energy and are preferably only provided in the first mode.
In einer weiteren Ausgestaltung wird als Kommunikationsschnittstelle eine drahtlose Schnittstelle verwendet. Drahtlose Schnittstelle sind in der Regel besonders energieintensiv und daher generell eher schwierig mit dem dem Feldgerät zur Verfügung stehenden Energiebudget zu betreiben. In a further embodiment, a wireless interface is used as the communication interface. Wireless interfaces are usually particularly energy-intensive and therefore generally difficult to operate with the energy budget available to the field device.
In einer Weiterbildung ist das Feldgerät im zweiten Modus vorwiegend in einem Schlafmodus ist und nur gelegentlich zur Durchführung einer Funktion aufgeweckt. Um weiterhin Energie zu sparen, ist es von Vorteil, wenn das Feldgerät im zweiten Modus nur dann aufgeweckt oder aktiviert oder getriggert wird, wenn eine Funktion durchgeführt werden soll. Ansonsten kann das Feldgerät in einem Schlafmodus betrieben werden, in welchem im Wesentlichen Alarm- und Weckfunktionen aktiv sind. Der Schlafmodus ist kann dabei in den zweiten Modus integriert sein. In a further development, the field device in the second mode is mainly in a sleep mode and is only occasionally woken up to carry out a function. In order to continue to save energy, it is advantageous if the field device in the second mode is only woken up or activated or triggered when a function is to be carried out. Otherwise, the field device can be operated in a sleep mode in which mainly alarm and wake-up functions are active. The sleep mode can be integrated into the second mode.
Insbesondere wird als Feldgerät ein Radarmessgerät verwendet. Radarmessgeräte werden regelmäßig an Messorten angebracht, an welchen keine Stromversorgung vorhanden ist. Das Radarmessgerät kann folglich einen Energiespeicher aufweisen. In particular, a radar measuring device is used as a field device. Radar measuring devices are regularly installed at measuring locations where there is no power supply. The radar measuring device can therefore have an energy storage device.
Als Sendeeinheit kann ein Smartphone verwendet werden. Das Smartphone als Sendeeinheit ist an allen Orten einsetzbar und kann ggf. zusätzlich als Bedieneinheit eingesetzt werden, um das Feldgerät zu bedienen. A smartphone can be used as a transmitter unit. The smartphone can be used as a transmitter unit anywhere and can also be used as an operating unit to operate the field device.
Bevorzugterweise weist das Feldgerät einen Energiespeicher auf. Der Energiespeicher ist dazu ausgestaltet, eine vorgegebene Menge an Energie zu speichern und diese dem Feldgerät zur Verfügung zu stellen. Das Feldgerät ist dabei bevorzugt an keine externe Stromversorgung angeschlossen, sondern weist lediglich einen Energiespeicher auf. Für derartig ausgestaltete Feldgeräte ist das vorgeschlagene Verfahren besonders vorteilhaft, da energieintensive Funktionen dem Feldgerät im ersten Modus bereitgestellt werden können. The field device preferably has an energy storage device. The energy storage device is designed to store a predetermined amount of energy and to make it available to the field device. The field device is preferably not connected to an external power supply, but only has an energy storage device. The proposed method is particularly advantageous for field devices designed in this way, since energy-intensive functions can be made available to the field device in the first mode.
In einer Weiterbildung wird der Energiespeicher ausschließlich für das Ausführen von den im zweiten Modus bereitgestellten Funktionen verwendet. Der Energiespeicher kann somit für die im zweiten Modus bereitgestellten Funktionen optimiert werden, während die Funktionen, welche lediglich im ersten Modus bereitgestellt werden, mittels der induktiv übertragenen Energie durchgeführt werden. In a further development, the energy storage device is used exclusively for executing the functions provided in the second mode. The energy storage device can thus be optimized for the functions provided in the second mode, while the functions that are only available in the first mode, by means of the inductively transmitted energy.
Insbesondere kann als Energiespeicher eine Batterie oder ein Akku verwendet werden. In particular, a battery or accumulator can be used as an energy storage device.
In einer Ausgestaltung wird eine Lebensdauer des Energiespeichers anhand einer Häufigkeit der Ausführung der im zweiten Modus bereitgestellten Funktionen berechnet. In one embodiment, a lifetime of the energy storage device is calculated based on a frequency of execution of the functions provided in the second mode.
Vorteilhafterweise wird der Energiespeicher während des Empfanges der induktiv übertragenen Energie geladen. Da der Energiespeicher ein begrenztes Energiebudget zur Verfügung stellt, ist es von Vorteil, den Energiespeicher mittels der induktiv übertragenen Energie zu laden. Insbesondere wenn die Sendeeinheit mehr induktiv übertragene Energie an das Feldgerät überträgt, als zur Durchführung der mindestens einen Funktion, welche im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist, benötigt wird, kann die zusätzlich vorhandene Energie zum Laden des Energiespeichers verwendet werden. Das Laden des Energiespeichers kann insbesondere während des Durchführens der mindestens einen Funktion, welche im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist, stattfinden. The energy storage device is advantageously charged while the inductively transmitted energy is being received. Since the energy storage device provides a limited energy budget, it is advantageous to charge the energy storage device using the inductively transmitted energy. In particular, if the transmitting unit transmits more inductively transmitted energy to the field device than is required to carry out the at least one function that is not provided in the second mode, the additional energy available can be used to charge the energy storage device. The charging of the energy storage device can take place in particular while the at least one function that is not provided in the second mode is being carried out.
Im Weiteren soll die vorliegende Erfindung anhand der nachfolgenden Figur Fig. 1 näher erläutert werden. Sie zeigt: The present invention will now be explained in more detail with reference to the following figure, Fig. 1. It shows:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Feldgeräts und einer Sendeeinheit. Fig. 1: a schematic representation of a field device and a transmitter unit.
Die vorliegende Erfindung ist auf alle Arten an Feldgeräten anwendbar, von welchen eingangs einige Arten beschrieben wurden. Insbesondere ist das vorliegende Verfahren auf Radarmessgeräte anwendbar. The present invention is applicable to all types of field devices, some of which were described above. In particular, the present method is applicable to radar measuring devices.
In Fig. 1 ist ein beispielhaftes Feldgerät 1 dargestellt, welches eineIn Fig. 1, an exemplary field device 1 is shown, which has a
Elektronikeinheit 2, eine Empfängereinheit 3 und eine optionaleElectronic unit 2, a receiver unit 3 and an optional
Kommunikationsschnittstelle 5 aufweist. Eine optionale Sensoreinheit 9, welche dazu ausgestaltet ist, ein Messsignal eines Mediums 7 zu erzeugen, kann ebenfalls im Feldgerät 1 angeordnet sein. Das Medium 7 kann ggf. in einem Behältnis vorliegen oder ein offenes Fluid, wie ein Gewässer sein. Im Falle eines Radar-Füllstandmessgeräts oder eines optischen bzw. fotometrischen oder spektroskopischen Analysemessgeräts ist die Sensoreinheit 9 beispielsweise dazu ausgestaltet, elektromagnetische Wellen in Richtung des Mediums 7 zu emittieren. Die Elektronikeinheit 2 ist dazu ausgestaltet, das Feldgerät 1 in einem ersten Modus oder in einem zweiten Modus zu betreiben und in dem ersten Modus eine Vielzahl an Funktionen des Feldgeräts 1 bereitzustellen und in einem zweiten Modus eine Teilmenge der Vielzahl an Funktionen bereitzustellen. Der zweite Modus kann als ein eingeschränkter Modus verstanden werden. communication interface 5. An optional sensor unit 9, which is designed to generate a measurement signal of a medium 7, can also be arranged in the field device 1. The medium 7 can optionally be present in a container or be an open fluid, such as a body of water. In the case of a radar level measuring device or an optical or photometric or spectroscopic analysis measuring device, the sensor unit 9 is designed, for example, to emit electromagnetic waves in the direction of the medium 7. The electronics unit 2 is designed to operate the field device 1 in a first mode or in a second mode and to provide a plurality of functions of the field device 1 in the first mode and to provide a subset of the plurality of functions in a second mode. The second mode can be understood as a restricted mode.
Im Regelfall betreibt die Elektronikeinheit 2 das Feldgerät 1 im zweiten Modus. Sobald induktiv übertragene Energie von einer Sendeeinheit 4 mittels der Empfängereinheit 3 empfangen wird, wird mittels der Elektronikeinheit 2 vom zweiten Modus in den ersten Modus umgeschaltet und das Feldgerät 1 im ersten Modus betrieben. Anschließend wird mindestens eine Funktion, welche im zweiten Modus nicht bereitgestellt wird, ausgeführt, insbesondere ist diese Funktion eine Aktualisierung der Firmware des Feldgerätes 1 , eine Aufnahme und/oder Übertragung von Messdaten, Diagnosen, Historiendaten und/oder anderer Parameter, eine Änderung mindestens eines Parameters des Feldgeräts 1 , eine Aktivierung einer Kommunikationsschnittstelle 5 und/oder eine Beschleunigung einer Funktion, welche im ersten Modus bereitgestellt ist. Insbesondere wird die induktiv übertragene Energie für das Ausführen mindestens einer Funktion, welcher im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist, verwendet. As a rule, the electronics unit 2 operates the field device 1 in the second mode. As soon as inductively transmitted energy is received from a transmitting unit 4 by means of the receiving unit 3, the electronics unit 2 switches from the second mode to the first mode and the field device 1 is operated in the first mode. Then at least one function that is not provided in the second mode is carried out, in particular this function is an update of the firmware of the field device 1, a recording and/or transmission of measurement data, diagnostics, historical data and/or other parameters, a change of at least one parameter of the field device 1, an activation of a communication interface 5 and/or an acceleration of a function that is provided in the first mode. In particular, the inductively transmitted energy is used to carry out at least one function that is not provided in the second mode.
Sobald keine induktiv übertragene Energie von der Sendeeinheit 4 mittels der Empfängereinheit 3 empfangen wird, veranlasst die Elektronikeinheit 2 ein Umschalten vom ersten Modus in den zweiten Modus und betreibt das Feldgerät 1 (wieder) im zweiten Modus. Die Sendeeinheit 4 kann insbesondere ein Smartphone sein. Das Feldgerät 1 kann weiterhin einen Energiespeicher 6, beispielsweise einen Akku oder eine Batterie, aufweisen. Aufgrund des begrenzten Energiebudgets des Energiespeicher 6 kann das Feldgerät 1 im zweiten Modus vorwiegend in einem Schlafmodus sein und nur gelegentlich zur Durchführung einer Funktion aufgeweckt werden. Dies kann jedoch auch auf Feldgeräte 1 mit einer begrenzten externen Energieversorgung zutreffen. Es kann vorgesehen sein, dass der Energiespeicher 6 ausschließlich für das Ausführen der im zweiten Modus bereitgestellten Funktionen verwendet wird, so dass Funktionen, welche lediglich im ersten Modus verfügbar sind, nur mittels der induktiv übertragenen Energie ausgeführt werden können. Allerdings ist es auch möglich, den Energiespeicher 6 während des Empfangens der induktiv übertragenen Energie zu laden. As soon as no inductively transmitted energy is received by the transmitting unit 4 via the receiving unit 3, the electronic unit 2 causes a switch from the first mode to the second mode and operates the field device 1 (again) in the second mode. The transmitting unit 4 can in particular be a smartphone. The field device 1 can further comprise an energy storage device 6, for example a rechargeable battery or a battery. Due to the limited energy budget of the energy storage device 6, the field device 1 can be predominantly in a sleep mode in the second mode and only occasionally woken up to perform a function. However, this can also apply to field devices 1 with a limited external energy supply. It can be provided that the energy storage device 6 is used exclusively for executing the functions provided in the second mode, so that functions that are only available in the first mode can only be executed using the inductively transmitted energy. However, it is also possible to charge the energy storage device 6 while receiving the inductively transmitted energy.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Feldgerät 1 field device
2 Elektronikeinheit 3 Empfängereinheit 2 Electronic unit 3 Receiver unit
4 Sendeeinheit 4 Transmitter unit
5 Kommunikationsschnittstelle 5 Communication interface
6 Energiespeicher 6 Energy storage
7 Medium 9 Sensoreinheit 7 Medium 9 Sensor unit

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes (1 ) der Prozess- und Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät (1 ) eine Elektronikeinheit (2) und eine Empfängereinheit (3) aufweist, wobei die Elektronikeinheit (2) dazu ausgestaltet ist, das Feldgerät (1 ) in einem ersten Modus oder in einem zweiten Modus zu betreiben, wobei die Elektronikeinheit (2) dazu ausgestaltet ist, im ersten Modus eine Vielzahl an Funktionen des Feldgeräts (1 ) bereitzustellen und in einem zweiten Modus eine Teilmenge der Vielzahl an Funktionen bereitzustellen, wobei die Empfängereinheit (3) dazu ausgestaltet ist, induktiv übertragene Energie zu empfangen, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: Patent claims Method for operating a field device (1) of process and automation technology, wherein the field device (1) has an electronic unit (2) and a receiver unit (3), wherein the electronic unit (2) is designed to operate the field device (1) in a first mode or in a second mode, wherein the electronic unit (2) is designed to provide a plurality of functions of the field device (1) in the first mode and to provide a subset of the plurality of functions in a second mode, wherein the receiver unit (3) is designed to receive inductively transmitted energy, wherein the method comprises at least the following steps:
- Betreiben des Feldgeräts (1 ) in dem zweiten Modus, - operating the field device (1) in the second mode,
- Empfangen von induktiv übertragener Energie von einer Sendeeinheit (4) und Umschalten von dem zweiten Modus in den ersten Modus, sobald induktiv übertragene Energie empfangen wird,- receiving inductively transmitted energy from a transmitting unit (4) and switching from the second mode to the first mode as soon as inductively transmitted energy is received,
- Betreiben des Feldgeräts (1 ) in dem ersten Modus, und - operating the field device (1 ) in the first mode, and
- Ausführen mindestens einer Funktion, welche im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Verfahren zumindest die weiteren Schritte aufweist: - Executing at least one function which is not provided in the second mode. Method according to claim 1, wherein the method comprises at least the further steps:
- Beenden des Empfanges von induktiv übertragener Energie von der Sendeeinheit (4) und Umschalten vom ersten Modus in den zweiten Modus, sobald keine induktiv übertragene Energie empfangen wird,- terminating the reception of inductively transmitted energy from the transmitting unit (4) and switching from the first mode to the second mode as soon as no inductively transmitted energy is received,
- Betreiben des Feldgeräts (1 ) im zweiten Modus. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -2, wobei die induktiv übertragene Energie für das Ausführen mindestens einer Funktion, welcher im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist, verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -3, wobei als Funktion, welche im zweiten Modus nicht bereitgestellt ist, eine Aktualisierung der Firmware des Feldgerätes (1 ), eine Aufnahme und/oder Übertragung von Messdaten, Diagnosen, Historiendaten und/oder anderer Parameter, eine Änderung mindestens eines Parameters des Feldgeräts (1 ), eine Aktivierung einer Kommunikationsschnittstelle (5) und/oder eine Beschleunigung einer Funktion, welche im ersten Modus bereitgestellt ist, ausgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, wobei als Kommunikationsschnittstelle (5) eine drahtlose Schnittstelle verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Feldgerät (1 ) im zweiten Modus vorwiegend in einem Schlafmodus ist und nur gelegentlich zur Durchführung einer Funktion aufgeweckt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, wobei als Feldgerät (1 ) ein Radar-Füllstandsmessgerät oder ein fotometrisches oder spektrometrisches Analysemessgerät verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, wobei als Sendeeinheit (4) ein Smartphone verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das Feldgerät (1 ) einen Energiespeicher (6) aufweist. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Energiespeicher (6) ausschließlich für das Ausführen von den im zweiten Modus bereitgestellten Funktionen verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 9-10, wobei als Energiespeicher (6) eine Batterie oder ein Akku verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 9-11 , wobei eine Lebensdauer des Energiespeichers (6) anhand einer Häufigkeit der Ausführung der im zweiten Modus bereitgestellten Funktionen berechnet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 9-12, wobei der Energiespeicher (6) während des Empfanges der induktiv übertragenen Energie geladen wird. - Operating the field device (1) in the second mode. Method according to one of claims 1 -2, wherein the inductively transmitted energy is used for carrying out at least one function which is not provided in the second mode. Method according to one of claims 1 -3, wherein, as a function which is not provided in the second mode, an update of the firmware of the field device (1), a recording and/or transmission of measurement data, diagnostics, history data and/or other parameters, a change of at least one parameter of the field device (1), an activation of a communication interface (5) and/or an acceleration of a function which is provided in the first mode is carried out. Method according to one of claims 1-4, wherein a wireless interface is used as the communication interface (5). Method according to one of claims 1-5, wherein the field device (1) is predominantly in a sleep mode in the second mode and is only occasionally woken up to carry out a function. Method according to one of claims 1-6, wherein a radar level measuring device or a photometric or spectrometric analysis measuring device is used as the field device (1). Method according to one of claims 1-7, wherein a smartphone is used as the transmitting unit (4). Method according to one of claims 1-8, wherein the field device (1) has an energy storage device (6). Method according to claim 9, wherein the energy store (6) is used exclusively for carrying out the functions provided in the second mode. Method according to one of claims 9-10, wherein a battery or an accumulator is used as the energy store (6). Method according to one of claims 9-11, wherein a service life of the energy storage device (6) is calculated based on a frequency of execution of the functions provided in the second mode. Method according to one of claims 9-12, wherein the energy storage device (6) is charged during the reception of the inductively transmitted energy.
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