-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von gerätespezifischen
Daten zwischen einem Feldgerät
der Automatisierungstechnik und einer Steuereinheit, wobei das Feldgerät und die
Steuereinheit über
mindestens ein Bussystem miteinander kommunizieren, und wobei dem
Feldgerät
mehrere räumlich
voneinander getrennt angeordnete Datenspeicher zugeordnet sind,
in denen die gerätespezifischen
Daten abgelegt sind.
-
In
der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt,
die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen verwendet
werden. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen 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 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
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
modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Bussysteme
(Profibus®, FOUNDATION
Fieldbus®,
HART®,
etc.) mit übergeordneten
Steuereinheiten verbunden. Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten
Steuereinheiten um Leitsysteme bzw. Steuereinheiten, wie beispielsweise
eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder eine PLC (Programmable
Logic Controller). Die übergeordneten
Steuereinheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung,
Prozessüberwachung
sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte.
-
Neben
einer drahtgebundenen Datenübertragung
zwischen den Feldgeräten
und der übergeordneten
Einheit besteht auch die Möglichkeit
einer drahtlosen (wireless) Datenübertragung. Insbesondere in
den Bussystemen Profibus®, FOUNDATION Fieldbus® und
HART® ist
eine drahtlose Datenübertragung über Funk
spezifiziert. Ferner sind Funknetzwerke für Feldgeräte in dem Standard IEEE 802.15.4 näher spezifiziert.
Zur Realisierung einer drahtlosen Datenübertragung sind neuere Feldgeräte, insbesondere
Sensoren und Aktoren, teilweise als Funk-Feldgeräte ausgebildet. Diese weisen
in der Regel eine Funkeinheit und eine Energiequelle, die eine autarke Energieversorgung
des Feldgerätes
ermöglicht,
als integralen Bestandteil auf.
-
Daneben
besteht die Möglichkeit,
Feldgeräte ohne
Funkeinheit, insbesondere Sensoren und Aktoren, durch Anschluss
an einen Wireless Adapter, der eine Funkeinheit aufweist, zu einem
Funk-Feldgerät aufzurüsten.
-
Zur
Bedienung von Feldgeräten,
insbesondere zur Parametrierung und Konfigurierung von Feldgeräten, ist
in der Steuereinheit in der Regel ein Bedienprogramm (Bedientool)
vorgesehen. Diese Bedienprogramme können eigenständig in
der Steuereinheit ablaufen (FieldCare, Endress + Hauser; Pactware;
AMS, Emerson; Simatic PDM, Siemens); sie können aber auch in Leitsystem-Anwendungen (Simatic
PCS7, Siemens; ABB Symphony, Delta V, Emerson) integriert sein.
Bei der Bedienung werden in der Regel Einstellungen, d. h. Parameterwerte
in einem Feldgerät
geändert
und an die Steuereinheit kommuniziert.
-
Bei
den Parametern handelt es sich um Angaben zum Messbereich, zu Grenzwerten,
zu physikalische Einheiten der Prozessvariablen, usw. Die Steuereinheit
kann dabei direkt in den Feldbus, an dem die betreffenden Feldgeräte angeschlossen sind,
integriert sein, oder sie ist an ein übergeordnetes Kommunikationsnetzwerk
angeschlossen.
-
So
sind oftmals die relativ langsamen Feldbusse in schnelle, auf Ethernetbasis
arbeitende Unternehmensnetzwerke integriert. Hierdurch ist es möglich, aus
unterschiedlichen Bereichen eines Unternehmens auf Prozess- bzw. Feldgerätedaten
zuzugreifen. Zur weltweiten Kommunikation können die Firmennetzwerke auch
mit öffentlichen
Netzwerken, z. B. dem Internet verbunden sein.
-
Moderne
Feldgeräte
weisen vielfach eine standardisierte Feldbusschnittstelle zur Kommunikation
mit einem offenen Feldbus und/oder eine proprietäre Schnittstelle zur herstellerspezifischen
Kommunikation mit der Service-/Bedieneinheit
auf. Bei der Service-/Bedieneinheit kann es sich um einen tragbaren
Kleinrechner (Laptop, Palm, PDA, usw.) handeln. Entsprechende Kleinrechner
sind aus dem Consumer-Electronic-Bereich (Büro- und Heim-Computer) allgemein
bekannt.
-
Die Überprüfung der
Feldgeräte
kann einerseits über
den Feldbus von dem Leitsystem aus oder über die Service-Schnittstelle
vor Ort mit der Service-/Bedieneinheit
erfolgen.
-
Zwecks
Parametrierung der Feldgeräte
werden die Parameter von der Steuereinheit zu den entsprechenden
Feldgeräten übertragen.
In der Regel wird jeder Parameter in einem Einzelkommando angefordert
und über
jeweils ein separates Feldbustelegramm übertragen. Die Übertragung
der Parameter in separaten Feldbustelegrammen führt zu einer starken Busbelastung.
Da weiterhin über
den Feldbus vorrangig Telegramme übertragen werden, die Steuerdaten
enthalten, welche die korrekte Funktion der Prozessanlage sicherstellen,
haben diese naturgemäß eine höhere Priorität als Telegramme,
die Parameterwerte übertragen.
-
Darüber hinaus
ist in diesem Zusammenhang zu beachten, dass die Anzahl der Parameter
eines Feldgeräts
sehr groß sein
kann. Bei einem Coriolis-Massedurchflussmessgerät kann die
Anzahl der Parameter größer sein
als 1000. Ein Parameter-Upload oder -Download, der bei einem Gerätetausch oder
bei der Inbetriebnahme eines Feldgeräts durchgeführt werden muss, ist daher
mit hohem Zeit- und folglich auch mit hohem Kostenaufwand verbunden.
-
Beim
Upload werden die Parameter aus dem betreffenden Feldgerät in einen
hierfür
vorgesehenen Speicher geladen und dort gespeichert. Der Speicher
ist in der Regel in einer Rechnereinheit, insbesondere in einer übergeordneten
Steuereinheit und/oder einem Bediengerät vorgesehen. Muss ein Feldgerät von seinem
Einsatzort entfernt werden, weil es beispielsweise extern kalibriert
oder repariert wird, so hat ein Benutzer häufig, um einen Stillstand der
Prozessanlage zu vermeiden, ein Feldgerät des gleichen Feldgerätetyps auf
Lager. Eine Parametrierung des Ersatzgeräts erfolgt dabei in der Regel
derart, dass die in dem Upload-Datensatz des bisher eingesetzten
Feldgerätes
enthaltenen Parametrierdaten in das Ersatzgerät geladen werden. Dieser Vorgang
wird dann aus Sicht der Steuereinheit als ”Download” bezeichnet, da die Daten
von dem der Steuereinheit zugeordneten Speicher in das Feldgerät geladen
werden. In der Regel wird auf die gleiche Weise vorgegangen, wenn
ein bisher eingesetztes Feldgerät
durch ein neues Feldgerät
ersetzt wird, oder wenn das Feldgerät sozusagen geklont wird – wenn also
baugleiche Feldgeräte
mit identischer Funktionalität
mit identischen Parametersätzen
versehen werden.
-
Bekannt
ist es auch, die Parameter eines ausgetauschten Feldgeräts in eine
aus dem Feldgerät
entnehmbare Speichereinheit zu schreiben, anschließend die
Speichereinheit in das Ersatzgerät
zu integrieren und so die Parameter in dem Ersatzgerät verfügbar zu
machen. Eine entsprechende Speichereinheit wird von der Endress
+ Hauser Gruppe unter der Bezeichnung DAT Modul angeboten und vertrieben.
Für den
Anschluss des DAT Moduls muss allerdings eine zusätzliche
Schnittstelle an dem Feldgerät vorgesehen
sein. Der Nachteil des Austauschs der Parameter mittels DAT Modul
gegenüber
dem Online-Austausch der Parameter über den Feldbus oder drahtlos,
z. B. per Funk ist darin zu sehen, dass das Bedienpersonal in der
unmittelbaren Umgebung des Feldgeräts agieren muss, wo eventuell
gefährliche oder
explosive Bedingungen herrschen. Weiterhin muss das Feldgerät geöffnet werden,
damit ein Zugang zu dem DAT Modul möglich ist. Das Öffnen des Feldgeräts ist insbesondere
in einer feuchten Atmospähre
kritisch, da Feuchtigkeit der Hauptgrund für Korrosion ist.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur schnellen
Parametrierung eines Feldgerätes
der Automatisierungstechnik bereitzustellen.
-
Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass die gerätespezifischen
Daten der getrennt angeordneten Datenspeicher gesammelt und in einem
Haupt-Datenspeicher
gespeichert werden, so dass sich in dem Haupt-Datenspeicher ein
Abbild bzw. eine Sicherungskopie aller gerätespezifischen Daten des Feldgeräts befindet,
und dass das Abbild bzw. die Sicherungskopie zwischen dem Feldgerät und der
Steuereinheit ausgetauscht wird. Es handelt sich hierbei kurz gesagt
um einen komprimierten Upload.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass
die gerätespezifischen
Daten komprimiert werden. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass
die gesammelten gerätespezifischen Daten
in Datenpakete aufgeteilt werden, wobei der Umfang der Datenpakete,
die über
das Bussystem verschickt werden, so bemessen ist, dass die in den
Datenpaketen für
die Datenübertragung
vorhandenen Übertragungsplätze zumindest
näherungsweise
vollständig
mit gerätespezifischen
Daten aufgefüllt
sind, und dass in der Steuereinheit das Abbild bzw. die Sicherungskopie der
feldgerätespezifischen
Daten des Feldgeräts
abgelegt wird.
-
Um
eine hohe Sicherheit bei der Datenübertragung zu gewährleisten,
werden die gerätespezifischen
Daten des Feldgeräts
verschlüsselt.
-
Eine
bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens schlägt vor,
dass eine Zwischenübertragung
der gerätespezifischen
Daten der Sicherungskopie bzw. des Abbilds der feldgerätespezifischen
Daten des Feldgeräts
an einen Busteilnehmer des Bussystems erfolgt, der unterhalb der Leitebene,
in der sich die Steuereinheit befindet, prozessnah in der Prozessebene
angeordnet ist. Beispielsweise handelt es sich bei diesem Busteilnehmer
um einen Field Controller, der mit mehreren Feldgeräten verbunden
ist. Anstelle des Field Controllers kommt beispielsweise auch eine
SPS – eine speicherprogrammierbare
Steuerung – oder
ein Remote I/O zum Einsatz. Da die übergeordnete Steuereinheit,
die in der Leitebene angesiedelt ist, nun nicht mehr zwecks Parametrierung
mit den einzelnen Feldgeräten über den
relativ langsamen Feldbus kommunizieren muss, sondern auf die in
dem Field Controller gespeicherte Sicherungskopie über einen schnellen
Bus Zugriff hat, lässt
sich die Zeit für
den Austausch der Parameter wesentlich reduzieren.
-
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht darüber hinaus
vor, dass beim Austauschen eines in dem Bussystem integrierten Feldgeräts geprüft wird,
ob das Ersatzgerät
baugleich ist, und dass im Falle der Baugleichheit die Sicherungskopie
bzw. das Abbild der feldgerätespezifischen
Daten des ursprünglich
in dem Bussystem integrierten Feldgeräts von der Steuereinheit bzw.
von dem zwischengeschalteten Busteilnehmer zu dem Ersatzgerät übertragen
wird.
-
Weiterhin
wird vorgeschlagen, dass im Falle einer Abänderung von mindestens einem
Parameter der feldgerätespezifischen
Daten des Feldgeräts eine
geeignete Signalisierung erfolgt, und dass bei Erkennen der Signalisierung
die geänderte
Sicherungskopie bzw. das Abbild oder zumindest das Datenpaket, in
dem der geänderte
Parameter enthalten ist, an die Steuereinheit bzw. an den Busteilnehmer
in der Prozessebene übermittelt
wird und dass die ursprüngliche
Sicherungskopie bzw. das Abbild oder das ursprüngliche Datenpaket durch die
geänderte Sicherungskopie
bzw. durch das geänderte
Abbild oder durch das geänderte
Datenpaket ersetzt wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass stets
der aktuelle Parametersatz eines Feldgeräts verfügbar ist. Wird nur das Datenpaket,
in dem der geänderte
Parameter enthalten ist, übertragen,
so lässt
sich die Uploadzeit erheblich herabsetzen.
-
Darüber hinaus
ist vorgesehen, dass es sich bei der Steuereinheit um einen Busteilnehmer
in der Prozessebene handelt und dass die Sicherungskopie bzw. die
geänderte
Sicherungskopie von dem Busteilnehmer in der Prozessebene an die
in der Leitebene angeordnete Leitsteuerung übertragen wird.
-
Als
besonders vorteilhaft wird es im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung erachtet, wenn dem Busteilnehmer, der prozessnah in der
Prozessebene angeordnet ist, die Sicherungskopien bzw. die Abbilder
der feldgerätespezifischen
Daten von einer Vielzahl von Feldgeräten, die in das Bussystem integriert
sind, gespeichert werden.
-
Darüber hinaus
wird vorgeschlagen, dass die Sicherungskopien zwischen der übergeordneten Leitsteuerung
und dem Busteilnehmer ausgetauscht werden.
-
Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es
zeigt:
-
1:
eine schematische Darstellung eines Kommunikationsnetzwerks in der
Automatisierungstechnik, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist,
-
2:
eine schematische Darstellung, wie ein Agent erfindungsgemäß die in
unterschiedlichen Datenspeichern eines Feldgeräts gespeicherten Parameter
in einer Sicherungskopie sammelt, und
-
3:
eine schematische Darstellung eines Kommunikationsnetzwerks, bei
dem eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Einsatz kommt.
-
In 1 ist
schematisch ein Kommunikationsnetzwerk KN, wie es in der Prozessautomatisierung
verwendet wird, dargestellt. An einen Datenbus D1 der Leitebene
sind hier mehrere Steuereinheiten (Workstations, Host-Rechner) WS1, WS2
angeschlossen. Diese Steuereinheiten WS1, WS2 dienen als übergeordnete
Einheiten bzw. Steuerstrukturen (Leitsystem, Leitsteuerung, Steuereinheit,
Bedienstation BE) zur Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung
und zum Engineering aber auch zum Bedienen und Überwachen von Feldgeräten F1,
F2, F3, F4. Es versteht sich von selbst, dass bereits eine der Steuereinheiten
ausreichend sein kann.
-
Bei
dem Datenbus D1 handelt es sich um einen schnellen Datenbus. Der
Datenbus D1 arbeitet beispielsweise nach dem Profibus® DP-Standard, dem
HSE ”High
Speed Ethernet”-Standard
der FOUNDATION Fieldbus®, dem HART-Standard oder einem
der bekannten in der Automatisierungstechnik verwendbaren Standards. Über ein
Gateway G1, das auch als Linking Device oder als Segmentkoppler
bezeichnet wird, ist in dem dargestellten Beispiel der Datenbus
D1 mit zumindest einem Feldbussegment SM1 verbunden. Das Feldbussegment
SM1 umfasst mehrere Feldgeräte
F1, F2, F3, F4, die über
einen relativ langsamen Feldbus FB miteinander kommunizieren. Bei
den Feldgeräten
F1, F2, F3, F4 handelt es sich um Sensoren und/oder um Aktoren oder
sonstige über
einen Feldbus D; FB ansprechbare Komponenten. Mit dem Feldbus FB
ist üblicherweise
temporär
eine tragbare Steuereinheit BE, z. B. ein Laptop, ein PDA, ein Palm
oder sonstiges verbunden. Über diese
Steuereinheit BE hat das Bedienpersonal auf die einzelnen Feldgeräte F1, F2,
F3, F4 Zugriff.
-
2 zeigt
eine schematische Darstellung, wie erfindungsgemäß die in unterschiedlichen
Datenspeichern DB1, ... DBm eines Feldgeräts F1 gespeicherten gerätespezifischen
Daten P1, ... Pn; P1, ... P0; P1, ... Pr gesammelt und in einer
Sicherungskopie COPY in einem Haupt-Datenspeicher F1DB gespeichert
werden. Zuständig
für das
Sammeln und Speichern der Parameter P1, ... Pn; P1, ... P0; P1,
... Pr ist ein Software-Agent.
Der Software-Agent ist bevorzugt in dem Feldgerät F1 installiert. Der Software-Agent
entscheidet darüber,
welche Daten in welcher Form in der Sicherungskopie COPY abgelegt werden.
Die Erstellung der Sicherungskopie COPY bzw. die Organisation der
Sicherungskopie COPY liegt folglich in dem Verantwortungsbereich
des Feldgeräts
F1. In dem Haupt-Datenspeicher DB befindet sich somit ein Abbild
bzw. eine Sicherungskopie COPY aller gerätespezifischen Daten P1, ...Pn;
P1, ... Po; P1, ... Pr des Feldgeräts F1.
-
In
dem zuvor geschilderten Fall hat das in 1 gezeigte
Gateway G1 in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung lediglich die Funktion
eines ”Platzhalters”, der den
Inhalt der der gespeicherten Daten nicht versteht. Falls es notwending
sein sollte, dass das Gateway G1 den Inhalt der Daten versteht,
sollte ein ähnlicher
Software-Agent, wie er im Feldgerät F1 vorhanden ist, auch in
das Gateway G1 kopiert werden.
-
Die
Daten werden in Telegrammen, in denen möglichst alle verfügbaren Plätze belegt
sind, an die Steuereinheit WS1; WS2; BE übertragen. Durch diese Maßnahme lässt sich
die Zeit für
den Austausch der gerätespezifischen
Daten P1, ... Pn; P1, ... P0; P1, ... Pr gegenüber einer Einzelübertragung
eines jeden Parameters erheblich reduzieren.
-
3 zeigt
eine schematische Darstellung eines Kommunikationsnetzwerks KN,
bei dem eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Einsatz kommt. Bei dieser Ausgestaltung werden die gerätespezifischen
Daten P1, ... Pn; P1, ... Po; P1, ... Pr quasi zweimal gesammelt. Zuständig sind
hierfür
Software-Agenten. In einem ersten Schritt werden die gerätespezifischen
Daten P1, ... Pn; P1, ... Po; P1, ... Pr, die jeweils in den einzelnen
verteilten Datenspeichern DB1, ... DBm der Feldgeräte F1, ...
Fn abgelegt sind, gesammelt und in einem jedem Feldgerät F1, ...
Fn zugeordneten Haupt-Datenspeicher F1DB, ... FnDB gespeichert. Die
gesammelten und als Sicherungskopien COPY1, .... COPYn in den Haupt-Datenspeichern
F1DB, ... FnDB gespeicherten gerätespezifischen
Daten P1, ... Pn; P1, ... Po; P1, ... Pr werden über den Feldbus FB zu einem
in der Prozessebene angeordneten Busteilnehmer übertragen. Bei dem Busteilnehmer
handelt es sich im dargestellten Fall um einen Field Controller.
In der dem Field Controller zugeordneten Datenbank DB* sind die
Sicherungskopien COPY aller feldgerätespezifischen Daten P1, ...
Pn; P1, ... P0; P1, ... Pr der einzelnen Feldgeräte F1, ... Fn abgelegt. Im Falle
eines Uploads der gerätespezifischen
Daten P1, ... Pn; P1, ... P0; P1, ... Pr von dem FieldController
zu der übergeordneten
Steuereinheit WS1 kann nunmehr die Datenübertragung über den schnellen Datenbus
D erfolgen.
-
Eine
Datenübertragung
erfolgt standardmäßig immer
dann, wenn eine Abänderung
von mindestens einem Parameter der feldgerätespezifischen Daten P1, ...
Pn; P1, ... Po; P1, ... Pr eines der Feldgeräte F1, ... Fn auftritt. Es kommt
dann zu einer geeigneten Signalisierung FLAG. Bei Erkennen der Signalisierung
FLAG wird die geänderte
Sicherungskopie bzw. das Abbild COPY' oder zumindest das Datenpaket, in dem
der geänderte
Parameter enthalten ist, an die Steuereinheit WS1; WS2 bzw. an den
Busteilnehmer, z. B. den FieldController, in der Prozessebene übermittelt.
Somit ist sichergestellt, dass jederzeit die aktuelle Version eines
Parametersatzes jedes der Feldgeräte F1, ... Fn in dem der Steuereinheit WS1;
WS2; BE zugeordneten Datenspeicher DB** verfügbar ist.