DE102014117894A1

DE102014117894A1 - System zum Einsatz in der Automatisierungstechnik

Info

Publication number: DE102014117894A1
Application number: DE102014117894.7A
Authority: DE
Inventors: Björn Haase; Peter Seefeld; Joachim Schröder; Markus Hoh
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2016-06-09
Also published as: CN105892419B; US20160161934A1; CN105892419A

Abstract

System (1) zum Einsatz in der Automatisierungstechnik, umfassend:
– Feldgeräte (2) zum Messen und/oder Steuern einer Prozessgröße,
– einen Server (3) der mit den Feldgeräten (2) verbunden ist und der eine Life-List (4a) mit den mit dem Server (3) verbundenen Feldgeräten (2) vorhält, wobei in der Life-List (4a) für die Feldgeräte (2) die zum Verbindungsaufbau mit den Feldgeräten (2) benötigten Informationen (5) hinterlegt sind,
– ein Bediengerät (6) mit zumindest einer ersten Kommunikationsschnittstelle (7), wobei über die erste Kommunikationsschnittstelle (7) eine Verbindung zu dem Server (3) herstellbar ist, umso die Life-List (4a) und die für einen Verbindungsaufbau benötigten Informationen (5) auf dem Bediengerät (6) verfügbar zu machen, sodass eine Datenverbindung zwischen dem Bediengerät (6) und einem in der Life-List (4a) aufgeführten Feldgerät (2) anhand der Informationen (5) herstellbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Einsatz in der
Automatisierungstechnik
In der Prozessautomatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen dienen. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte bzw. Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, etc., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann.
Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Neben den zuvor genannten Messgeräten/Sensoren und Aktoren werden als Feldgeräte allgemein auch solche Einheiten bezeichnet, die direkt an einem Feldbus angeschlossen sind und zur Kommunikation mit den übergeordneten Einheiten dienen, wie z.B. Remote I/Os, Gateways, Linking Devices und Wireless Adapters.
Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress + Hauser-Gruppe hergestellt und vertrieben.
In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Feldbussysteme, wie z.B. Profibus^®, Foundation Fieldbus^®, HART^®, etc. mit übergeordneten Einheiten verbunden. Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Leitsysteme bzw. Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder einen PLC (Programmable Logic Controller). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, insbesondere von Sensoren, erfassten Messwerte werden über das angeschlossene Bussystem an eine oder gegebenenfalls auch an mehrere übergeordnete Einheit(en) übermittelt. Daneben ist auch eine Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an die Feldgeräte erforderlich; diese dient insbesondere zur Konfigurierung und Parametrierung von Feldgeräten oder zu Diagnosezwecken. Allgemein gesprochen, wird das Feldgerät über das Bussystem von der übergeordneten Einheit her bedient.
Neben einer drahtgebundenen Datenübertragung zwischen den Feldgeräten und der übergeordneten Einheit besteht auch die Möglichkeit einer drahtlosen Datenübertragung. Insbesondere in den Bussystemen Profibus^®, Foundation Fieldbus^® und HART^® ist eine drahtlose Datenübertragung über Funk spezifiziert. Ferner sind Funknetzwerke für Sensoren in dem Standard IEEE 802.15.4 näher spezifiziert. Die IEEE-Norm beschreibt lediglich die unteren beiden Layer (PHY und MAC) im ISO-OSI-Modell für WPANs (Wireless Personal Area Networks). Die höheren Protokollschichten werden durch andere Organisationen geregelt. Dies ermöglicht eine universelle Einsetzbarkeit des IEEE 802.15.4 Basislayers. Eine Vielzahl unterschiedlicher Technologien nutzen diesen Basislayer und erweiterten den Protokollstack nur auf den höheren Layern. So wurde bspw. mit dem IETF Standard 6LoWPAN eine Basis geschaffen für IP-basierte Sensornetzwerke.
Um eine drahtlose Datenübertragung zu ermöglichen weisen heutige Feldgeräte diverse Funkschnittstellen, wie bspw. WLAN, Bluetooth, und/oder Nahfeldkommunikation bzw. NFC, auf. Mittels dieser Schnittstellen lässt sich eine Verbindung zu dem entsprechenden Feldgerät herstellen, umso einen Zugriff auf dessen Prozessdaten und/oder Feldgerätedaten bzw. Parameter zu ermöglichen.
Für die Datenübertragung werden typischerweise Bediengeräte, vorzugsweise mobile Bediengeräte, verwendet, die ebenfalls diverse Funkschnittstellen aufweisen. Derartige Bediengeräte können bspw. proprietäre Geräte darstellen oder auch neuere Geräte wie bspw. Mobilfunktelefone, Notebooks oder auch IPads. Dabei werden je nach Funkschnittstelle unterschiedliche Wireless-Standards und -Technologien mit unterschiedlichen Protokollen verwendet.
Je nach Ausprägung der Schnittstelle und des benutzten Protokolls müssen die Bediener diese verschiedenen Verbindungs- und Kommunikationstechnologien bedienen können, um sich zu verbinden. Gerade bei Einsätzen direkt Vorort müssen verschiedene Feldgeräte mit verschiedenen Schnittstellen innerhalb kürzester Zeit nacheinander bedient werden. Dies hat zur Konsequenz, dass Bediener entsprechende Hardware und Software mit sich führen müssen, dass sie viel Knowhow über die technologiespezifischen unterschiedlichen Nutzung des Zugangsinterfaces und viel Zeit für die verschiedenen Verbindungsaufbauten brauchen.
Erschwerend kommt hinzu, dass bei Drahtlosverbindungen optisch für den Benutzer nicht offensichtlich erkennbar ist, welches Funkprotokoll (z. B. WLAN, Bluetooth, 6LoWPan) für bestimmte Feldgeräte zur Verfügung stehen. Dies erschwert eine Bedienung bzw. stellt mögliche Fehlerquellen dar und bedeutet einen erheblichen Zeitverlust für den Bediener bei der praktischen Nutzung derartiger Feldgeräte und Bediengeräte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine einfachere Bedienung von Feldgeräten mit unterschiedlichen Funkschnittstellen über ein Bediengerät zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System zum Einsatz in der Automatisierungstechnik gelöst, umfassend:

– Feldgeräte zum Messen und/oder Steuern einer Prozessgröße,
– einen Server der mit den Feldgeräten verbunden ist und der eine Life-List mit den mit dem Server verbundenen Feldgeräten vorhält, wobei in der Life-List für die Feldgeräte die zum Verbindungsaufbau mit den Feldgeräten benötigten Informationen hinterlegt sind,
– ein Bediengerät mit zumindest einer ersten Kommunikationsschnittstelle, wobei über die erste Kommunikationsschnittstelle eine Verbindung zu dem Server herstellbar ist, umso die Life-List und die für einen Verbindungsaufbau benötigten Informationen auf dem Bediengerät verfügbar zu machen, sodass eine Datenverbindung zwischen dem Bediengerät und einem in der Life-List aufgeführten Feldgerät anhand der Informationen herstellbar ist.

Unter einer Life-List ist in diesem Zusammenhang eine Liste zu verstehen, die alle Feldgeräte umfasst, die an den Server, bspw. über einen Feldbus, angebunden sind und somit ansprechbar sind.
Erfindungsgemäß ist also eine Life-List vorgesehen, die, neben den sich in einer Automatisierungsanlage befindlichen Feldgeräten, auch Informationen umfasst, die für einen gezielten Verbindungsaufbau mit einem der Feldgeräte aus der Life-List nötig sind. Insbesondere enthält die Life-List alle Informationen die das Bediengerät benötigt, um zu allen in der Life-List aufgeführten Feldgeräten eine Datenverbindung aufzubauen, ohne dass ein manueller Eingriff durch den Anwender (Bediener) erfolgen muss, bzw. eine passende manuelle Konfiguration für die jeweilige verwendete Kommunikationsschnittstelle erstellt werden muss.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems sieht vor, dass es sich bei den Informationen um zumindest eine der nachfolgenden Informationen handelt:

– ein Name des Feldgerätes,
– eine IP-Adresse des Feldgerätes,
– eine IP-Adresse eines Gateways, welches eine Verbindung zu einem Feldgerät vermittelt,
– eine alternative Kommunikationsart zu einem Feldgerät.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems sieht vor, dass Feldgeräte vorgesehen sind, die eine Direktverbindung mit dem Bediengerät ermöglichen und wobei das Bediengerät eine zweite Kommunikationsschnittstelle aufweist, über die die Direktverbindung zwischen dem Bediengerät und einem der Feldgeräte möglich ist, sodass eine direkte Datenübertragung erfolgt. Insbesondere sieht die Ausgestaltung vor, dass das Bediengerät über die zweite Kommunikationsschnittstelle einen Scan durchführt über den alle sich in Reichweite befindlichen Feldgeräte ermittelbar sind und wobei das Bediengerät eine lokale Life-List erstellt, die alle Feldgerät, die in Reichweite der zweiten Kommunikationsschnittstelle des Bediengerätes sind, umfasst. Insbesondere sieht die Ausgestaltung auch vor, dass das Bediengerät die auf dem Server vorgehaltene Life-List und die über den Scan ermittelte lokale Life-List zu einer vollumfänglichen Life-List zusammenführt. Ferner kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die zweite Kommunikationsschnittstelle eine Bluetooth- und/oder eine Nahfeldkommunikationsschnittstelle-Schnittstelle ist.
Hierbei kann der Fall auftreten, dass sich ein Feldgerät sowohl in der lokalen Life-List als auch in der auf dem Server vorgehaltenen Life-List befindet. Das Bediengerät kann nun, wenn eine Verbindung mit einem derartigen Feldgerät aufgebaut werden soll, eine Bewertung zugrunde legen, auf welche Weise die Verbindung mit dem Feldgerät durchgeführt wird. Dies kann ohne weiteres Zutun eines Anwenders bzw. Bedieners stattfinden. Ein mögliches Bewertungskriterium stellt dabei z.B. der Energieverbrauch dar. Somit kann eine sich im Bediengerät befindliche Softwarekomponente, bspw. ein Verbindungsmanager, automatisch die Verbindungsart auswählen, die bspw. einen geringeren Energieverbrauch benötigt.
Dem Anwender des Bediengerätes wird die Life-List mittels eines HM-Interface (Human-Machine-Interface) auf dem Bediengerät derart aufbereitet, dass kein zeitintensiver Anwender- bzw. Bedienereingriff erforderlich ist, um die zu verwendende Kommunikationsschnittstelle auszuwählen und entsprechen zu konfigurieren.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems sieht vor, dass der Server ein Accesspunkt oder ein Router ist und die verbundenen Feldgeräte ein IP-basiertes Feldgerätenetzwerk aufspannen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems sieht vor, dass die erste Kommunikationsschnittstelle des Bediengerätes eine WLAN-Schnittstelle ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems sieht vor, dass die mit dem Server verbundenen Feldgeräte über Ethernet oder 6LowWPAN mit dem Server verbunden sind.
Unter dem Begriff 6 LowWPan ist hierbei eine auf dem IEEE 802.15.4 aufsetzende Spezifikation zu verstehen, die eine effizientere Kommunikation von IPv6 Datenpaketen über IEEE 802.15.4 Netzwerken ermöglichen soll. Die Abkürzung bedeutet „IPv6 over Low power WPAN (Wireless Personal Area Network). Vorteile von 6 LowWPan sind eine bessere Embedded-Integrierbarkeit als IEEE 802.11 WLAN und gleichzeitig einen um den Faktor 100 geringeren Energieverbrauch.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1: ein aus dem Stand der Technik bekanntes System in der Automatisierungstechnik, und
2: ein erfindungsgemäßes System zum Einsatz in der Automatisierungstechnik.
1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes System 1 zum Einsatz in der Automatisierungstechnik. Das System 1 umfasst dabei eine übergeordnete Einheit 11, die über einen Feldbus 12, bspw. Ethernet, mit den drahtgebundenen Feldgeräten 2a verbunden ist. Die übergeordnete Einheit 11 ist zusätzlich mit einem Gateway 3 verbunden, das als Accesspunkt für Funk-Feldgeräte 2b dient. Die übergeordnete Einheit 11 zusammen mit den drahtgebundenen Feldgeräten 2a bildet dabei ein Hostsystem 13. Über das Gateway 3, welches als Systemschnittstelle zwischen dem Hostsystem 13 und dem Wireless-Netzwerk, bspw. ein 6LowWPAN-Netzwerk, dient, sind die Funk-Feldgeräte 2b an das Hostsystem 13 angebunden.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes System 1 zum Einsatz in der Automatisierungstechnik. Das erfindungsgemäße System 1 umfasst dabei neben den in 1 bereits beschriebenen Komponenten auch ein Bediengerät 6. Das Bediengerät 6 kann beispielsweise ein iOS Tablet mit WLAN als erste Kommunikationsschnittstelle und Bluetooth und/oder Bluetooth LE (Low Energy) als zweite Kommunikationsschnittstelle sein. Ein derartiges Bediengerät 6 kann seine Kommunikationsschnittstellen 7, 8 dynamisch zwischen verschiedenen Betriebsmodi, in dem Fall WLAN und Bluetooth, gemultiplext umschalten.
Das Gateway 3 in dient in diesem Ausführungsbeispiel nicht nur als Systemschnittstelle, sondern auch als Server 3, auf dem eine Life-List 4a mit den im Hostsystem 13 befindlichen Feldgeräten 2a und den über das Gateway angebundenen Funk-Feldgeräten 2b vorgehalten wird. Somit erfüllt das Gateway 3 eine Doppelfunktion, nämlich als Systemschnittstelle und als Server 3.
Neben diesem Ausführungsbeispiel sind auch Ausführungsbeispiele denkbar, in denen das Gateway 3 lediglich die Funktion als Systemschnittstelle übernimmt und zusätzlich ein Server 3, bspw. in Form eines Personal Computers (PC), vorgesehen ist, wobei auf dem Server 3 bzw. dem Personal Computer die Life-Liste 4a aller über das Ethernet 12 und über das Funknetzwerk ansprechbaren Feldgeräte 2 verwaltet wird.
In dieser Life-List sind die zum Verbindungsaufbau mit den entsprechenden Feldgeräten benötigten Informationen 5 hinterlegt. Derartige Informationen können bspw. sein:

– ein Name des Feldgerätes 5a;
– eine IP-Adresse des Feldgerätes 5b;
– eine IP-Adresse eines Gateways 5c, welches eine Verbindung zu einem Funk-Feldgerät 2b vermittelt;
– eine alternative Kommunikationsart 5d, die zum Datenaustausch zwischen diesem Feldgerät und dem Bediengerät verwendet werden kann;
– Gerätetyp des Feldgerätes;
– Software-Versionen des Feldgerätes;
– Protokolltyp.

Auf dem Bediengerät 6 laufen dabei drei Softwarekomponenten 14, 15, 16 ab. Eine erste Softwarekomponente 14, die eine vollumfängliche Life-List 4 verwaltet, in dem es die über die zweite Softwarekomponente 15 ermittelte lokale Life-List 4b und die über die dritte Softwarekomponente 16 ermittelte Life-List 4a des Servers 3 zusammen führt. Zur Ermittlung der lokalen Life-List 4b führt die zweite Softwarekomponente 15 einen Scan durch, sodass alle sich in Reichweite der zweiten Kommunikationsschnittstelle 8 befindlichen Funk-Feldgeräte 2b ermittelt werden. Die dritte Softwarekomponente 16, die auf dem Bediengerät 6 abläuft, baut eine Verbindung zum Server 3 auf und bezieht von diesem, die dort vorgehaltene Life-List 4a mit Informationen zu den anderweitig adressierbaren Feldgeräten, bspw. die über das Gateway ansprechbaren Funk-Feldgeräte 2b.
Das Bediengerät 6 arbeitet die lokale Life-List 4b für den Anwender auf und gibt dem Anwender über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle die Möglichkeit eine Datenverbindung zum gewünschten Feldgerät aufzubauen, ohne Angaben über die erforderlichen Kommunikationskanäle machen zu müssen.
Eine optionale Information die ebenfalls in der Life-List 4 hinterlegt sein kann, ist eine Information zur räumlichen Position der Feldgeräte 2 innerhalb der Anlage. Bei Auswahl des gewünschten Feldgerätes 2 kann so dem Anwender auch eine genaue Wegbeschreibung zum Feldgerät 2 zur Verfügung gestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: System
2a: Feldgeräte des Hostsystems
2b: Feldgeräte, die eine Direktverbindung mit dem Bediengerät ermöglichen, bspw. Funk-Feldgeräte
3: Server, Accesspoint, Gateway, etc.
4: Life-List
5: Zum Verbindungsaufbau benötigte Information(en)
6: Bediengerät
7: Erste Kommunikationsschnittstelle
8: Zweite Kommunikationsschnittstelle
9: Direktverbidnung
10: Lokale Life-List
11: Übergeordnete Einheit
12: Feldbus
13: Hostsystem
14: Erste Softwarekomponente
15: Zweite Softwarekomponente
16: Dritte Softwarekomponente

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Standard IEEE 802.15.4 [0006]
IEEE 802.15.4 [0006]
IEEE 802.15.4 [0022]
IEEE 802.15.4 [0022]
IEEE 802.11 WLAN [0022]

Claims

System (1) zum Einsatz in der Automatisierungstechnik, umfassend: – Feldgeräte (2) zum Messen und/oder Steuern einer Prozessgröße, – einen Server (3) der mit den Feldgeräten (2) verbunden ist und der eine Life-List (4a) mit den mit dem Server (3) verbundenen Feldgeräten (2) vorhält, wobei in der Life-List (4a) für die Feldgeräte (2) die zum Verbindungsaufbau mit den Feldgeräten (2) benötigten Informationen (5) hinterlegt sind, – ein Bediengerät (6) mit zumindest einer ersten Kommunikationsschnittstelle (7), wobei über die erste Kommunikationsschnittstelle (7) eine Verbindung zu dem Server (3) herstellbar ist, umso die Life-List (4a) und die für einen Verbindungsaufbau benötigten Informationen (5) auf dem Bediengerät (6) verfügbar zu machen, sodass eine Datenverbindung zwischen dem Bediengerät (6) und einem in der Life-List (4a) aufgeführten Feldgerät (2) anhand der Informationen (5) herstellbar ist.
System nach Anspruch 1, wobei es sich bei den Informationen um zumindest eine der nachfolgenden Informationen handelt: – ein Name des Feldgerätes (5a), – eine IP-Adresse des Feldgerätes (5b), – eine IP-Adresse eines Gateways (5c), welches eine Verbindung zu einem Feldgerät (2b) vermittelt, – eine alternative Kommunikationsart (5d) zu einem Feldgerät (2).
System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei Feldgeräte (2b) vorgesehen sind, die eine Direktverbindung (9) mit dem Bediengerät (6) ermöglichen und wobei das Bediengerät (6) eine zweite Kommunikationsschnittstelle (8) aufweist, über die die Direktverbindung (9) zwischen dem Bediengerät (6) und einem der Feldgeräte (2b) möglich ist, sodass eine direkte Datenübertragung erfolgt.
System nach Anspruch 3, wobei das Bediengerät (6) über die zweite Kommunikationsschnittstelle (8) einen Scan durchführt über den alle sich in Reichweite befindlichen Feldgeräte (2b) ermittelbar sind und wobei das Bediengerät (6) eine lokale Life-List (4b) erstellt, die alle Feldgerät (2b), die in Reichweite der zweiten Kommunikationsschnittstelle (8) des Bediengerätes (6) sind, umfasst.
System nach Anspruch 4, wobei das Bediengerät (6) die auf dem Server vorgehaltene Life-List (4a) und die über den Scan ermittelte lokale Life-List (4b) zu einer vollumfänglichen Life-List (4) zusammenführt.
System nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei die zweite Kommunikationsschnittstelle (8) eine Bluetooth- und/oder eine Nahfeldkommunikationsschnittstelle-Schnittstelle ist.
System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Server (3) ein Accesspunkt oder ein Router ist und die verbundenen Feldgeräte ein IP-basiertes Feldgerätenetzwerk aufspannen.
System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kommunikationsschnittstelle (7) des Bediengerätes (6) eine Funkschnittstelle, insbesondere WLAN-Schnittstelle, ist.
System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mit dem Server (3) verbundenen Feldgeräte (2) über Ethernet oder 6LowWPAN mit dem Server (3) verbunden sind.