DE102004048766A1

DE102004048766A1 - Feldbusanwendung mit mehreren Feldgeräten

Info

Publication number: DE102004048766A1
Application number: DE102004048766A
Authority: DE
Inventors: Eugenio Ferreira Da Silva Neto
Original assignee: Endress and Hauser Process Solutions AG
Current assignee: Endress and Hauser Process Solutions AG
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2006-04-06
Also published as: WO2006037784A1; US20090016462A1; EP1797484A1

Abstract

Bei einer Feldbusanwendung mit mehreren Feldgeräten ist neben einem Feldbus als drahtgebundenes Kommunikationsnetzwerk KN1 ein Funknetzwerk KN2 vorgesehen, das eine vom Kommunikationsnetzwerk KN1 unabhängige Datenkommunikation zwischen den einzelnen Feldgeräten F1, F2, F3, WAP ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Feldbusanwendung mit mehreren Feldgeräten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der Automatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Massedurchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte etc., die als Sensoren die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck bzw. Temperatur erfassen.

Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, die z. B. als Ventile den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt oder als Pumpen den Füllstand in einem Behälter ändern können.

Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die an einer Prozesskomponente eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern, verarbeiten oder speichern.

Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.

In der Regel sind Feldgeräte in modernen Industrieanlagen über Bussysteme (Profibus, Foundation Fieldbus, etc.) mit übergeordneten Einheiten (Leitsystemen oder Steuereinheiten) verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Über die Feldbussysteme ist ein Austausch von digitalen Informationen zwischen den Feldgeräten und den übergeordneten Einheiten möglich.

Die heutigen Feldbussysteme sind im Wesentlichen für die Aufgaben Kommunikation von Messdaten und Steuerdaten konzipiert. Die verwendeten Protokolle und Dienste sind diesen Aufgaben entsprechend angepasst. Für weitere Aufgaben sind Feldbussysteme teilweise gar nicht oder nur bedingt geeignet. So ist die Inbetriebnahme eines Feldbusses, insbesondere die Konfigurierung und Parametrierung der einzelnen Feldgeräte sehr zeitaufwendig.

Die entsprechenden Daten müssen über den Feldbus, der meist nur eine geringe Datenübertragungsrate erlaubt, zu jedem einzelnen Feldgerät übertragen werden.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Systeme besteht darin, dass an einer Prozesskomponente, z. B. einem Lagertank, keinerlei Informationen über die Prozesskomponente bzw. die Anwendung vorliegen. Weiterhin besitzt keines der Feldgeräte an einer Prozesskomponente Informationen über die in seiner nächsten Umgebung angeordneten weiteren Feldgeräte.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb eine Feldbusanwendung mit mehreren Feldgeräten zu schaffen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist, die insbesondere eine verbesserte Kommunikation zwischen den Feldgeräten ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dass neben dem Feldbussystem als erstes Kommunikationsnetzwerk ein zweites drahtlos arbeitendes Funknetzwerk zwischen den Feldgeräten vorgesehen ist. Über dieses Funknetzwerk können unabhängig vom drahtgebunden Netzwerk des Feldbusses zusätzliche Daten zwischen den Feldgeräten ausgetauscht werden. Die Feldgeräte weisen für die Kommunikation über das Funknetzwerk entsprechende Funkmodule auf.

In einfacher Weise ist das Funknetzwerk nur auf die unmittelbare Umgebung einer Prozesskomponente beschränkt.

Um die Inbetriebnahme des Feldbußsystems zu erleichtern, ist ein Feldgerät an der Prozesskomponente als Netzknoten mit ausreichendem Speicherplatz, insbesondere für Konfigurationsdaten, ausgebildet.

Die Inbetriebnahme des Funknetzwerkes sollte so einfach wie möglich durchzuführen sein. Deshalb sind die Funkmodule so ausgebildet, dass sie eine automatische Organisation des Funknetzwerkes ermöglichen.

In einer Weiterentwicklung der Erfindung ist das Funknetzwerk in Mesh-Technologie ausgeführt.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 Feldbussystem;
2 mehrere Feldgeräte eines Feldbussystems.
In 1 ist ein Feldbussystem der Automatisierungstechnik näher dargestellt. An einen Datenbus D1 sind mehrere Rechnereinheiten Workstations WS1, WS2, WS3 angeschlossen. Diese Rechnereinheiten dienen als übergeordnete Einheiten z. B. zur Prozessvisualisierung, zur Prozessüberwachung, zur Prozesssteuerung, zum Engineering oder zur Anlagenüberwachung. Der Datenbus D1 arbeitet zum Beispiel nach dem Profibus DP-Standard oder nach dem HSE (High Speed Ethernet-Standard) der Foundation Fieldbus. Über eine Verbindungseinheit V ist der Datenbus D1 mit einem Feldbussegment SM1 verbunden. Die Verbindungseinheit V kann ein einfache Netzwerkbrücke (z. B. Gateway, Linking Device, Segmentkoppler) sein oder aber eine aufwendigere Steuerung (z. B. SPS oder Leitsystem). Das Feldbussegment SM1 besteht im Wesentlichen aus mehreren an einem Lagertank T angeordneten Feldgeräten F1, F2, F3, WAP, die über einen Feldbus FB miteinander verbunden sind. Bei den Feldgeräten F1, F2, F3 handelt es sich sowohl um Sensoren wie auch um Aktoren. Im dargestellten Fall wird das Feldgerät WAP nicht unmittelbar zur Prozesssteuerung eingesetzt. Der Feldbus arbeitet nach einem der bekannten Kommunikationsstandards der Automatisierungstechnik Profibus, Foundation Fieldbus oder HART.
Nachfolgend ist die Funktionsweise der Erfindung näher erläutert. Die Feldgeräte F1, F2, F3 kommunizieren über den Feldbus FB in herkömmlicher Weise (drahtgebunden) untereinander bzw. über die Verbindungseinheit V mit den Rechnereinheiten WS1, WS2 oder WS3. In der Regel werden über den Feldbus FB Messdaten, die von den Sensoren aufgenommen werden, und Steuerdaten für die Aktoren kommuniziert. Der Feldbus FB dient als drahtgebundenes erstes Kommunikationsnetzwerk K1. Neben diesem drahtgebundenen Kommunikationsnetzwerk KN1 sind die Feldgeräte F1, F2, F3, WAP noch über ein weiteres Kommunikationsnetzwerk, ein Funknetzwerk, KN2 miteinander verbunden. Hierfür weisen die Feldgeräte F1, F2, F3, WAP entsprechende Funkmodule FM auf.
Dieses Funknetzwerk KN2 dient im Wesentlichen zur Übertragung von Zusatzinformationen, wie z. B. Konfigurierdaten und Parametrierdaten in der Nähe einer Prozesskomponente. Deshalb ist das Funknetzwerk KN2 auf den Nahbereich um eine Prozesskomponente beschränkt. Daten im Funknetzwerk KN2 müssen auch übertragen werden können, wenn der Feldbus FB nicht oder noch nicht arbeitet, bzw. wenn ein neues Feldgerät an einer Prozesskomponente, dem Lagertank T, eingesetzt wird und dieses neue Feldgerät noch nicht über den Feldbus kommunizieren kann.
Auch sollte kein Fachpersonal für die Konfigurierung des Funknetzwerkes KN2 notwendig sein.
Deshalb sind die Funkmodule FM so ausgebildet, dass sie eine automatische Organisation des Funknetzwerkes KN2 ermöglichen. Solche Ad-hoc Funknetzwerke sind bereits bekannt. In solchen Netzwerken wird ein neuer Teilnehmer d. h. ein neues Feldgerät automatisch erkannt und in das Netzwerk integriert.
Das Feldgerät WAP dient als Netzknoten und somit zentrale Einheit im Funknetzwerk KN2. So kann das Feldgerät WAP durch Abfrage der einzelnen Funkmodule FM u. a. erkennen, welche Feldgeräte in seiner näheren Umgebung angeordnet sind.
Wenn das Feldgerät WAP Informationen über die Prozesskomponente hier Lagertank und über die entsprechende Applikation z. B. „Überfüllsicherung" besitzt, können entsprechende Konfigurier- und Parametrierwerte aus einem vorgegebenen Datensatz, der im Feldgerät WAP gespeichert ist, ausgewählt werden und per Funk an die Felgeräte F1, F2, F3 übertragen werden.
Gegebenenfalls kann das Feldgerät WAP, durch eine intelligente Software auch selbständig aus den Informationen Feldgeräte F1 ist ein Füllstandsensor, Feldgerät F2 ein Ventil und Feldgerät F3 ein Durchflussmesser, schließen dass es sich bei der Applikation um eine Überfüllsicherung an einem Lagertank handelt.
Im Feldgerät WAP sind genügend Speicherkapazitäten vorhanden um eine Vielzahl von Daten (Applikations-, Inbetriebnahmedaten etc.) sowie auch aufwendigere Programmroutinen speichern zu können.
Weiterhin besteht die Möglichkeit im Feldgerät WAP auch eine komplexere Anwendung z. B. ein Expertensystem für Diagnose auszuführen. Hier können dann auch aufwendige Diagnoseverfahren, die die unterschiedlichsten Informationen z. B. von mehreren Feldgeräten benötigen ablaufen. Das Feldgerät WAP ist auch sehr gut für eine Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) der Feldgeräte am Lagertank T geeignet.
Zusätzlich kann im Feldgerät WAP ein GPS System installiert sein, das eine Echtzeituhr zur Verfügung stellt um z. B. Ereignisse und Alarme an einer Prozesskomponente, zeitlich sehr genau bestimmen zu können.
Das Feldgerät WAP kann auch eine Liste der an das Feldbussegment SIM1 angeschlossenen Feldgeräte (Lifelist) erzeugen. Durch die Abweichung dieser feldbusbasierenden Lifelist von einer Teilnehmerliste des Funknetzwerks KN2, kann im Feldgerät WAP einfach festgestellt werden, dass ein neues Feldgerät an das Feldbussegment SIM1 angeschlossen wurde.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann das Feldgerät WAP auch per Funk mit einer übergeordneten Einheit WS1, WS2, WS3 oder mit der Verbindungseinheit V oder einem an einer anderen Prozesskomponente vorgesehenen Feldgerät, das entsprechend dem Feldgerät WAP, ausgebildet ist, kommunizieren.
In einer sehr einfacheren Ausgestaltung besitzt das Feldgerät WAP keine Verbindung mit dem Feldbus FB.
In 2 ist noch einmal zur Verdeutlichung wie die Feldgeräte F1, F2, F3 und WAP über die beiden Kommunikationsnetzwerke KN1 und KN2 unabhängig voneinander kommunizieren. Das Funknetzwerk KN2 kann dabei erheblich leichter und schneller an die entsprechenden Aufgaben angepasst werden. Das Funknetzwerk KN2 ist nicht speziell für die Übertragung von Mess- und Steuerdaten ausgelegt.
Das Feldgerät WAP dient im Wesentlichen als Netzknoten (Wireless Access Point) an einer Prozesskomponente. Vor allem erlaubt es, ohne großen Aufwand, das automatische Abfragen und Erkennen von Feldgeräten in seiner unmittelbaren Umgebung. Es erleichtert und unterstützt die Inbetriebnahme von Feldgeräten an einer Prozesskomponente. Das Funknetzwerk KN2 erlaubt Funktionalitäten, die ein Feldbussystem nicht ermöglicht.

Claims

Feldbusanwendung mit mehreren Feldgeräten, die mit einem Feldbus FB der Automatisierungstechnik verbunden sind, der als drahtgebundenes Kommunikationsnetzwerk KN1 dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldgeräte Funkmodule FM aufweisen, die ein Funknetzwerk KN2 bilden, das eine vom Kommunikationsnetzwerk KN1 unabhängige Datenkommunikation zwischen den einzelnen Feldgeräten F1, F2, F3, WAP ermöglicht.
Feldbusanwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Funknetzwerk auf den Nahbereich um eine Prozesskomponente (z. B. Lagertank T) beschränkt ist.
Feldbusanwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Prozesskomponente ein als Netzknoten des Funknetzwerkes KN2 ausgebildetes Feldgerät WAP vorgesehen ist.
Feldbusanwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkmodule FM so ausgebildet sind, dass die Organisation des Funknetzwerkes automatisch erfolgt.
Feldbusanwendung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Funknetzwerk KN2 in Mesh-Technik aufgebaut ist.