DE102006054146A1

DE102006054146A1 - Verfahren zum Parametrieren eines Feldgerätes der Prozessautomatisierungstechnik

Info

Publication number: DE102006054146A1
Application number: DE102006054146A
Authority: DE
Inventors: Alain Dr. Chomik; Udo Fuchs; Pierre Harnist
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2007-10-31
Also published as: WO2007122117A1; US8614620B2; US20090309692A1; EP2018603A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Parametrieren eines Feldgerätes der Prozessautomatisierungstechnik, das über ein Bussystem mit einer Steuereinheit verbunden ist, werden Parameterwerte in Telegramme der zyklischen Dienste verpackt und an das betreffende Feldgerät, dessen Parameterwerte geändert werden sollen, gesendet. Für die Änderung von Parameterwerten werden keine azyklischen Dienste benötigt (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Parametrieren eines Feldgerätes der Prozessautomatisierungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Prozessautomatisierungstechnik 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, z. B. 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.
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.
Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Steuereinheiten (SPS-Steuerungen). Bei dem Bussystem (Profibus PA oder DP) fungieren diese Steuereinheiten als Master Klasse 1. Sie sind für den zyklischen Datenverkehr auf dem Bussystem zuständig.
Zur Parametrierung und Diagnose von Feldgeräten werden heute in der Regel zusätzlich Bedieneinheiten mit entsprechenden Bedienprogrammen (z. B. PDM Fa. Siemens, FieldCare Fa. Endress + Hauser) eingesetzt, die mit den Feldgeräten azyklisch kommunizieren und als Master Klasse 2 fungieren.
Seit kurzem wurden die Profibus Spezifikation angepasst, so dass auch Master Klasse 1 Einheiten über azyklische Dienste verfügen können. D. h. mit Steuereinheiten, die den neuen Spezifikationen entsprechen, ist nun auch eine Parametrierung von Feldgeräten möglich.
Momentan sind in den bestehenden Anwendungen fast ausschließlich Steuereinheiten der älteren Generation anzutreffen, die über keine azyklischen Dienste verfügen. Auch in zukünftigen Anwendungen dürften aus Bewährtheitsgründen häufig noch Steuereinheiten der älteren Generation eingesetzt werden.
Um die neu spezifizierten azyklischen Dienste nutzen zu können, müssten die älteren Steuereinheiten gegen neue Steuereinheiten ausgetauscht werden.
Hierfür wäre eine Stilllegung der Anlage und somit eine Unterbrechung des Steuerungsprozesses notwendig. Die Integration der neuen Steuereinheiten könnte nur von hochqualifiziertem Fachpersonal durchgeführt werden. Alle diese Maßnahmen wären für den Anwender extrem aufwendig und mit erheblichen Kosten verbunden. Der Die Wahrscheinlichkeit dass ältere Steuerungen weiterhin im Einsatz sind, ist deshalb recht hoch.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Parametrieren eines Feldgerätes der Prozessautomatisierungstechnik anzugeben, das mit einer Steuereinheit nur über zyklischen Dienste Daten austauscht, durchführbar ist und das einfach und kostengünstig ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, Parametrierdaten über Telegramme des zyklischen Datenverkehrs an Feldgeräte zu senden.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 Profibus-Netzwerk in schematischer Darstellung
2 Profibus-Zustandsmaschine für das Feldgerät F1 gemäß 1
In 1 ist ein kleines Profibus Netzwerk mit drei Feldgeräten F1, F2, F3, einer Steuereinheit SPS und einer weiteren übergeordneten Einheit WS1 dargestellt.
Als Anwendung ist eine Überfüllsicherung bei einem Flüssigkeitstank angegeben. Das Feldgerät F1 misst den Füllstand in einem Behälter. Das Feldgerät F2 ist ein Ventil und regelt den Abfluss der Flüssigkeit aus dem Behälter. Weiterhin ist noch als Grenzstandschalter das Feldgerät F3 vorgesehen, welches den maximalen Füllstand im Behälter erfasst.
Ein Steuerprogramm in der Steuereinheit SPS, die z. B. eine SPS-Einheit (speicherprogrammierbare Steuerung) oder eine PLC-Einheit (Programable Logic Controller) sein kann, regelt den Füllstand in einem Behälter. Die Steuereinheit SPS ist ein Profibus-Master. Die Feldgeräte F1, F2, F3 sind Profibus-Slaves.
Die Kommunikation zwischen der Steuereinheit SPS und den Feldgeräten F1, F2, F3 erfolgt entsprechend den bekannten Profibus-Standards.
In 2 ist eine Profibus-Zustandsmaschine für das Feldgerät F1 schematisch dargestellt. Nach dem Einschalten der Spannungsversorgung (Zustand Power On) geht das System in den Zustand „Warten auf Parametrierung" (Wait Param) über. Nach erfolgreicher Parametrierung geht das System in den Zustand „Warten auf Konfigurierung" (Wait Cfg) über. Nach erfolgreicher Konfigurierung wird der Zustand „Datenaustausch" (Data Exch) erreicht.
Nachdem alle Feldgeräte F1, F2, F3 sich im Zustand „Datenaustausch" befinden, können sie mit der Steuereinheit SPS zyklisch Daten austauschen.
Nachfolgend werden zunächst die Profibus Dienste erläutert bevor das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben wird.
Der zyklische Datenaustausch zwischen der Steuereinheit SPS (Master Klasse 1) und den Feldgeräten F, F2, F3 (Slaves) erfolgt über sogenannte Funktions-Blöcke die in den Feldgeräten implementiert sind.
Bei den Funktionsblöcken handelt es sich beispielsweise um einen „Analog Input Block" (Al-Block), einen "Totalizer-Block" (TOT-Block) oder um weitere herstellerspezifische Funktionsblöcke. Diese verarbeiten z. B. die Messgrößen Volumenfluss, Massefluss, Dichte sowie Temperatur von einzelnen Feldgeräten. Die Ergebnisse der Verarbeitung werden über Al-Blöcke (analog Input) als ,Input' Daten dem Master Klasse 1 bereitgestellt.
Der Master Klasse 1 kann auch mit Hilfe des zyklischen Datenverkehrs Daten in ein Feldgerät schreiben. Dabei handelt es sich um ,Output' Daten. Diese werden in den Funktionsblöcken ,Analog Output (AO-Block)' oder Digital Output (DO-Block)' im Feldgerät verarbeitet. Dabei kann es sich um eine beliebige Prozessgrößen handeln, die als Referenz im Feldgerät dienen. Mit Hilfe eines DO-Blocks können definierte Aktionen im Gerät ausgelöst werden.
Neuere Feldgeräte der Firma Endress + Hauser Flowtec AG verfügen stets über einen AO-Block und DO-Block.
Über azyklische Dienste (Master Klasse 1 bzw. 2) können sämtliche Parameter eines Feldgeräts angesprochen werden. Den Parametern sind bestimmte Adressen zugeordnet. Bei Profibus besteht eine Adresse aus der Angabe Slot-Index.
Weiterhin stehen über azyklische Dienste auch umfangreiche Diagnosedienste zur Verfügung.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, einen AO-Block und einen DO-Block in einem Feldgerät zu nutzen, um den azyklischen Schreibzugriff nachzubilden. Dabei werden im AO-Block alle notwendigen Informationen wie z. B. die Adresse des Parameters codiert. Mit bestimmten Kontrollsequenzen können über den DO-Block die jeweiligen Dienste ausgelöst werden.
Nachstehend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand mehrerer Requests, die der Master an den Slave sendet, näher erläutert. Die Request enthalt jeweils einen AO und einen DO-Bereich
Normalerweise werden im zyklischen Datenverkehr Prozessdaten vom Feldgerät ausgelesen bzw. ins Feldgerät geschrieben. Beide Zugriffe erfolgen ohne eine Adressenangabe zu den entsprechenden Datenwerten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zuerst der Adresswert (Slot/Index) des Parameters der geändert werden soll in ein Telegramm des zyklischen Datenverkehrs (z. B. AO-Block) mit dem ein Prozessdatum geschrieben wird, verpackt. Dieses Telegramm kann noch weitere Zusatzinformationen enthalten.
Anschließend wird das Telegramm an das Feldgerät z. B. F1 gesendet und der AO-Block mit den entsprechenden Werten beschrieben. Somit kann im Feldgerät F1 der Adresswert des zu ändernden Parameterwertes ermittelt werden.
In einem folgenden Telegramm wird der Parameterwert in dem entsprechenden AO-Block ans Feldgerät F1 übertragen.
Im Feldgerät F1 können aus diesen beiden Telegrammen somit die notwendigen Informationen (Adressewert/neuer Parameterwert) gewonnen werden.
Anschließend wird der neue Parameterwert an die entsprechende Adresse geschrieben.
Adresswert und Parametrierwert können auch in getrennten Telegrammen übertragen werden (z. B. wenn mehr als 4 Byte zu übertragen sind).
Über zyklische Telegramme können auch Dienste im Feldgerät F1 aufgerufen werden. Dies ist z. B. über den DO-Block möglich. Eine Änderung um 1 bedeutet z. B. „Set Info" eine Änderung um 2 „Set Value".
Im Prinzip reicht es aus, wenn im Feldgerät ein AO- und ein DO-Modul vorgesehen sind.
Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren dokumentiert wie ein azyklischer Schreibzugriff durch eine Steuereinheit SPS, die als Master Klasse 1 fungiert, mit Hilfe der zyklischen Datenkommunikation realisiert werden kann.
Das azyklische Schreiben wird mit den bestehenden AO und DO Blöcken im Feldgerät nachgebildet. Im zyklischen Datenaustausch können diese Blöcke mit bestimmten Informationen und Kontrollsequenzen beschrieben werden. Durch vordefinierte Kontrollsequenzen im DO wird der im AO definierte Dienst im Feldgerät ausgelöst.
Dadurch können auch Master Klasse 1 der älteren Generation Werte auf eine Vielzahl von im Feldgerät vorhandenen Parametern schreiben, d. h. Parameteränderungen vornehmen.
Das bisher beschriebene Verfahren funktioniert nur, wenn sich das Feldgerät im Zustand „Datenaustausch" befindet.
Um bereits zu einem früheren Zeitpunkt eine Parameteränderung vornehmen zu können, ist alternativ vorgesehen, zwei Konfigurierungsdienste Set_Slave_Add bzw. Set_Prm für diesen Zweck auszunutzen.
Diese beiden Dienste, über die das Ändern der Stationsadresse bzw. das Senden von Parametrierdaten erfolgt, werden normalerweise von jedem Profibus Gerät unterstützt.
Nachfolgend ist der Telegramm-Aufbau dieser beiden Dienste näher dargestellt.
Aufbau des Set_Prm Telegramms:
Aufbau des Set_Slave_Add Telegramms:
Die Usr_Prm_Data besitzen nachfolgenden Aufbau.
Im Abschnitt Usr_Prm_Data der jeweiligen Dienste werden die notwendigen Informationen, die zum Ändern von Parametern notwendig sind, codiert. Der erste Abschnitt des Telegramms beinhaltet eine Kontrollsequenz, die einen zusätzlichen Sicherheitsmechanismus darstellt. Danach erfolgt in einem weiteren Abschnitt das Kommando, das ausgeführt werden soll. Derzeit wird nur das Schreib-Kommando unterstützt. Der folgende Abschnitt umfasst spezielle Angaben zum Parameter, der geändert werden soll, wie Slot/Index, Anzahl der zu schreibenden Bytes und die Daten die geschrieben werden sollen.
Nach dem vollständigen Erhalt eines dieser Telegramme wird die entsprechende Schreib-Aktion in dem betreffenden Feldgerät z. B. F1 ausgeführt.
Im Fall von Set_Prm werden die Bytes von „Station Status" bis „Id Num Low", d. h. die 6 ersten Bytes, die Norm spezifisch sind, ignoriert.
In beiden Fällen Set_Prm oder Set_Slave_Add wird nur die Inhalte von Usr_Prm_Data ausgewertet.
Auch mit den zyklischen Diensten Set_Slave_Add und Set_Prm können somit Parameterwerte in Feldgeräten geändert werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich unabhängig vom aktuellen Zustand eines Feldgerätes Parameterwerte im Feldgerät von einer Steuereinheit aus zu ändern, wobei die Steuereinheit herkömmlich arbeitet und über keine azyklischen Dienste verfügen muss.

Claims

Verfahren zum Parametrieren eines Feldgerätes der Prozessautomatisierungstechnik, das über ein Bussystem mit einer Steuereinheit verbunden ist und das im zyklischen Datenverkehr Telegramme mit der Steuereinheit austauscht, wobei der zyklische Datenverkehr dazu dient, Prozessdaten im Feldgerät ohne Adressenangabe zu lesen bzw. zu schreiben, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: A. Verpacken von Adresswert und zugehörigem Parametrierwert in mindestens ein Telegramm eines zyklischen Dienstes in der Steuereinheit B. Übertragung des Telegramms bzw. der Telegramme ans Feldgerät C. Ermittlung des Adresswertes und des zugehörigen Parametrierwertes aus dem/den empfangenen Telegramm(en) im Feldgerät D. Schreiben des Parametrierwertes in die durch den Adresswert vorgegebene Speicheradresse im Feldgerät.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Adresswert und Parametrierwert in getrennten Telegrammen übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Telegramme Prozessdaten enthalten, die im Feldgerät Dienste auslösen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Adresswert eine Slot/Index-Kennung ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Feldgerät ein Analog-Out-Modul und eine Digital-Out-Modul vorgesehen sind, die im zyklischen Datenverkehr ohne Adressenangabe beschrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste spezielle Abschnitt des Telegramms, der mindestens die Adresse des zur Änderung vorgesehenen Parameterwertes enthält, für das Analog-Out-Modul bestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter speziellen Abschnitt des Telegramms für das Digital-Out-Modul bestimmt ist und eine Information in Bezug auf den ersten speziellen Abschnitt enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der neue Parameterwert byteweise auf mehrere Telegramme aufgeteilt wird und mindestens ein drittes Telegramm im zyklischen Datenverkehr von der Steuereinheit an das Feldgerät übertragen wird, das im ersten speziellen Abschnitt einen weiteren Teil des Parameterwertes enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem dem Profibus-Standard entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zyklische Dienst ein Konfigurierdienst ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Konfigurierdienst dem Profibus-Dienst Set_Slave_Add bzw. Set_Prm entspricht.