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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivierung einer inaktiven Schnittstelle an einem Feldgerät der Prozessautomatisierung sowie ein hierfür geeignetes Feldgerät.
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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, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH-Redoxpotential-Messgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential 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. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein elektronische Komponenten verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
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Zur Kommunikation mit übergeordneten Einheiten, wie Prozessleitstellen oder Bedien- und Servicepersonal, aber auch zur Kommunikation untereinander verfügen Feldgeräte in der Regel über eine oder mehrere Schnittstellen. Aufgrund der hohen Robustheit werden zur Messwert-Übertragung als Übertragungs-Standards üblicherweise Einheits-Signale, wie beispielsweise 4–20 mA oder 0–10 V verwendet. Dadurch ist es möglich, über eine einzige Zweidraht-Leitung die Energie-Versorgung, die Übertragung von Messwerten sowie zusätzliche Datenübertragung zu realisieren, wenn hierfür geeignete Übertragungsprotokolle wie beispielsweise „HART“ oder „Profibus“ verwendet werden. Dadurch ist es für viele Anwendungen und Einsatzgebiete nicht erforderlich, dass das Feldgerät mehr als eine Schnittstelle besitzt.
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Um Parametrierungen oder Kalibrierungen vorzunehmen, kann es jedoch sehr dienlich sein, wenn das Feldgerät über eine oder mehrere zusätzliche Schnittstellen speziell für diese Zwecke verfügt. Diese zusätzlichen Schnittstellen können ebenfalls drahtgebunden sein. Es ist bietet sich jedoch an, dass es sich um drahtlose Schnittstellen handelt. Damit ist es möglich, Parametrierungen am fertiggestellten Gerät durchzuführen, ohne dass das Gehäuse für die Kalibration wieder geöffnet werden muss. Als drahtloser Übertragungsstandard kann beispielsweise wireless HART oder Bluetooth eingesetzt werden, wobei Bluetooth in fast allen heutigen mobilen Endgeräten installiert ist. Dadurch wird das Feldgerät auch über mobile Endgeräte, wie Mobiltelefone oder Tablet-PC’s, konfigurierbar.
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Insbesondere bei drahtlosen Schnittstellen, die ausschließlich während der Inbetriebnahme oder Fertigung benötigt werden, ist es zweckmäßig, diese nachträglich zu deaktivieren, damit sie beim späteren Einsatz nicht unberechtigten Dritten zugänglich ist. Außerdem wird hierdurch vermieden, dass im Falle von Funk-Schnittstellen nationale Funkzulassungen erwirkt werden müssen.
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Die Deaktivierung solcher Schnittstellen ist allerdings insofern irreversibel, als dass über diese Schnittstelle nach der Deaktivierung kein Datenverkehr mehr stattfinden kann. Dementsprechend können im Gegensatz zur Deaktivierung über diese Schnittstelle keinerlei Signale zur Reaktivierung gesendet werden.
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Somit ist es über diese Schnittstelle nicht möglich, bei Bedarf nachträglich Parametrier- oder Kalibrier-Daten einzugeben, beispielsweise wenn das Gerät einer Revision unterzogen wird oder wenn sich die Einsatz-Bedingungen des Feldgerätes ändern. Dies ist besonders einschränkend, wenn am Feldgerät kein weiteres Bedien-Interface (HMI, Human-Machine-Interface), wie beispielsweise eine Display-/Tasten-Einheit, vorhanden ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein hierfür geeignetes Feldgerät vorzuschlagen, welches eine Aktivierung einer inaktiven Schnittstelle ermöglicht.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Aktivierung zumindest einer inaktiven Schnittstelle eines Feldgeräts der Prozessautomatisierung mittels eines Aktivierungs-Signals. Das Verfahren umfasst dabei folgende Verfahrensschritte:
- – An einer aktiven Schnittstelle wird ein Eingangs-Signal empfangen,
- – das Eingangs-Signal wird von der aktiven Schnittstelle an eine intelligente Einheit geleitet,
- – von der intelligenten Einheit wird geprüft, ob es sich bei dem Eingangs-Signal um das Aktivierungs-Signal handelt,
- – für den Fall, dass es sich bei dem Eingangs-Signal um das Aktivierungs-Signal handelt, wird die zumindest eine inaktive Schnittstelle aktiviert.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es somit ermöglicht, eine inaktive Schnittstelle über eine aktive Schnittstelle (im simpelsten Fall die Spannungsversorgung) zu aktivieren. Es entfällt somit die Notwendigkeit eines HMI‘s am Feldgerät.
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Das Verfahren kann in verschiedenen Varianten weitergebildet werden.
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In einer ersten Weiterbildung umfasst das Verfahren folgende weitere Verfahrensschritte:
- – Ab dem Zeitpunkt der Aktivierung der zumindest einen Schnittstelle wird eine Zeitstoppung begonnen,
- – innerhalb eines vordefinierten Zeitfensters nach Beginn der Zeitstoppung wird an der zumindest einen Schnittstelle ein zweites Eingangs-Signal empfangen,
- – das zweite Eingangs-Signal wird von der zumindest einen Schnittstelle an die intelligente Einheit geleitet,
- – von der intelligenten Einheit wird geprüft, ob es sich bei dem zweiten Eingangs-Signal um ein zweites Aktivierungs-Signal handelt,
- – für den Fall, dass es sich bei dem zweiten Eingangs-Signal nicht um das zweite Aktivierungs-Signal handelt, wird die zumindest eine Schnittstelle nach Ablauf des Zeitfensters (ti–t0) deaktiviert.
Bei dieser Weiterbildung wird dadurch, dass über die zu aktivierende Schnittstelle ein zusätzliches Aktivierungs-Signal generiert werden muss, eine zusätzliche Sicherheitsfunktion durch Verifikation bereitgestellt.
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In einer alternativen Weiterbildung umfasst das Verfahren folgende weitere Verfahrensschritte:
- – Ab dem Zeitpunkt der Aktivierung der zumindest einen Schnittstelle wird eine Zeitstoppung begonnen,
- – nach Ablauf eines vordefinierten zweiten Zeitfensters nach Beginn der Zeitstoppung wird die zumindest eine Schnittstelle wieder deaktiviert.
Auch diese Weiterbildung erhöht die Zugriffs-Sicherheit über die aktivierte Schnittstelle dadurch, dass die Aktivierung nur temporär erfolgt.
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In einer besonders einfach ausführbaren Ausgestaltungsvariante wird das Aktivierungs-Signal durch manuelles Anlegen einer Versorgungs-Spannung in einer Sequenz aus zeitlich vordefinierten Zeitintervallen erzeugt. In diesem Fall muss also keine übergeordnete Einheit zur Erzeugung des Aktivierungssignals bereitgestellt werden.
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Alternativ dazu kann das Aktivierungs-Signal durch eine übergeordnete Einheit erzeugt werden. Sofern dies der Fall ist, ist es vorteilhaft, wenn das Aktivierungs-Signal in einem für Einheits-Signale geeigneten Protokoll, wie „HART“ oder „Foundation Fieldbus“ kodiert ist.
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Des Weiteren wird die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, gelöst durch ein Feldgerät zur Durchführung des in einem der vorhergehenden Ansprüche beschriebenen Verfahrens, umfassend:
- – Eine Sensor-/Aktor-Einheit zur Erfassung und/oder zur Beeinflussung von Prozessvariablen,
- – zumindest eine inaktive Schnittstelle,
- – eine aktive Schnittstelle, zum Empfangen eines Aktivierungs-Signals, wobei eine übergeordnete Einheit vorgesehen ist, die zum Senden des Aktivierungs-Signals und/oder zur Energieversorgung des Feldgeräts mit der aktiven Schnittstelle verbunden ist,
- – eine intelligente Einheit zur Erkennung des Aktivierungs-Signals, zur Aktivierung der inaktiven Schnittstelle bei Erkennung des Aktivierungs-Signals und/oder zur Steuerung der Sensor-/Aktor-Einheit.
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In einer vorteilhaften Form des Feldgerätes ist die aktive Schnittstelle derart ausgestaltet, dass sie zur Verarbeitung von Einheits-Signalen, insbesondere 4–20 mA Signalen oder 0–10 V Signalen, geeignet ist.
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Eine darauf basierende erfindungsgemäße Ausgestaltungsform des Feldgerätes sieht vor, dass es sich bei der aktiven Schnittstelle um eine 4–20 mA Schnittstelle handelt, wobei es sich bei der inaktiven Schnittstelle um eine „HART“ basierte Schnittstelle basierte handelt, und wobei es sich bei der 4–20 mA Schnittstelle und der HART Schnittstelle um dieselbe physikalische Schnittstelle handelt. In einer alternativen Ausgestaltungsvariante des Feldgerätes handelt es sich bei der zumindest einen inaktiven Schnittstelle um eine kabellose Schnittstelle, insbesondere eine Bluetooth Schnittstelle oder eine wireless HART Schnittstelle.
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Anhand der nachfolgenden Figuren wird die Erfindung erläutert. Es zeigt:
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1: ein Feldgerät 1 mit einer inaktiven Schnittstelle 3.
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2: ein Aktivierungs-Signal Sa, in Form einer sequentiell Q angelegten Versorgungs-Spannung UV.
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1 zeigt ein Feldgerät 1 mit einer inaktiven Schnittstelle 3. Das Feldgerät besitzt eine Sensor-/Aktor-Einheit 6 zur Erfassung von Prozessvariablen und/oder zur Steuerung von Prozessparametern.
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Die inaktive Schnittstelle 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als drahtlose Schnittstelle ausgelegt, so dass Drahtlos-Signale nach entsprechenden Standards wie beispielsweise Bluetooth empfangen, verarbeitet und gesendet werden können. Die Aktivierung der inaktiven Schnittstelle 3 wird durch eine intelligente Einheit 5, beispielsweise einen Mikrocontroller, gesteuert, wodurch sie sende- bzw. empfangsbereit wird. Ebenso kann durch die intelligente Einheit 5 eine erneute Deaktivierung der Schnittstelle 3 bewirkt werden.
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Die inaktive Schnittstelle 3 wird durch die intelligente Einheit 5 aktiviert, sobald die intelligente Einheit 5 ein vordefiniertes Aktivierungs-Signal Sa erkennt. Das Aktivierungs-Signal Sa wird der intelligenten Einheit 5 erfindungsgemäß über eine aktive Schnittstelle 2 zugeführt. Je nach Ausführungsart der aktiven Schnittstelle 2 kann das Aktivierungs-Signal Sa unterschiedlichen Charakter besitzen.
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Die aktive Schnittstelle 2 ist in der in 1 gezeigten Ausführungsvariante über eine drahtgebundene Verbindung mit einer übergeordneten Einheit 4 welches eine Prozessleitstelle oder ähnliches sein kann, verbunden. Die aktive Schnittstelle 2 kann je nach Ausführungsart unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Bei Auslegung der aktiven Schnittstelle 2 als 2-Draht Leitung mit entsprechendem Übertragungs-Standard, wie beispielsweise „HART“ oder „Profibus“, kann sie den von der Sensor-/Aktor-Einheit 6 ermittelten Messwert beispielsweise als Einheits-Signal, vorzugsweise 4–20 mA Signal, übermitteln. Gleichzeitig kann bei dieser Auslegung über die aktive Schnittstelle 2 Daten-Transfer mittels des entsprechenden Protokolls zwischen der intelligenten Einheit 5 und der übergeordneten Einheit 4 durchgeführt werden. Da Übertragungs-Protokolle wie „HART“ auf Einheits-Signalen wie 4–20 mA oder 0–10 V basieren, kann das Feldgerät 1 über die aktive Schnittstelle 2 außerdem gegebenenfalls mit der zum Betrieb notwendigen Versorgungsspannung UV versorgt werden. Bei solch entsprechender Ausgestaltung der aktiven Schnittstelle 2 bestehen mehrere Möglichkeiten zur Definition des Aktivierungs-Signals Sa.
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Eine erste Möglichkeit besteht darin, das Aktivierungs-Signal Sa gemäß einem 2-Draht-konformen Standard wie „Profibus“ oder „HART“ zu definieren. In diesem Fall wird das Aktivierungs-Signal Sa durch die übergeordnete Einheit 4 erzeugt und nach dem entsprechenden Standard an die intelligente Einheit 5 geleitet.
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Eine zweite Möglichkeit zur Definition des Aktivierungs-Signals Sa besteht darin, eine Versorgungs-Spannung UV in einer vordefinierten Sequenz Q anzulegen. Eine mögliche Definition solch einer Sequenz Q ist in 2 schematisch dargestellt. In dem gezeigten Fall besteht die Sequenz Q aus vier Abschnitten:
- – Eine erstes Zeitintervall t1, in dem die Versorgungsspannung UV angelegt wird,
- – eine darauf folgenden Periode, in der das Feldgerät nicht an der Versorgungsspannung angeschlossen ist,
- – ein nachfolgendes, längeres Zeitintervall t2 bei angelegter Versorgungsspannung UV, und
- – eine zweite Periode bei abgeschalteter Versorgungsspannung UV, bevor die Versorgungsspannung UV dauerhaft angelegt wird.
Es versteht sich von selbst, dass die Sequenz Q auch beliebig anders definiert sein kann.
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Bei derjenigen Ausgestaltungsvariante des Erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Versorgungs-Spannung UV in einer vordefinierten Sequenz Q angelegt wird, muss die übergeordnete Einheit 4 nur aus einer Spannungsquelle bestehen. In diesem Fall muss eine so genannte „Pre-power Fail“ Schaltung, die in vielen Feldgerätetypen vorhanden ist, in dem betroffenen Feldgerät 1 installiert sein. Solch eine Schaltung stellt sicher, dass eingegebene Daten, die der intelligenten Einheit übermittelt wurden, im Falle eines Stromausfalls gespeichert werden, bevor das Feldgerät 1 seine Funktionstüchtigkeit verliert. Somit wird sichergestellt, dass die Sequenz Q trotz zwischenzeitlicher Perioden mit abgeschalteter Versorgungsspannung von der intelligenten Einheit 4 erkannt wird.
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Sofern keine Pre-power Fail Schaltung vorhanden ist, gibt es alternativ die Möglichkeit, mithilfe einer Zählerschaltung und einem nichtflüchtigen Speicher zu erkennen, ob die Versorgungs-Spannung UV in einer vordefinierten Sequenz Q angelegt wurde: Bei einer derartigen Ausgestaltungsvariante zählt die Zählerschaltung direkt nach Anlegen der Versorgungsspannung UV z.B. im Sekundentakt hoch und schreibt bei jedem erneuten Anlegen der Versorgungsspannung UV den sich akkumulierenden Zählerwert in einen nichtflüchtigen Speicher. Des Weiteren wird bei jedem erneuten Anlegen der Versorgungsspannung der geschriebene Zählerwert ausgelesen und dadurch die abgelaufene Zeit vor der letztmaligen Spannungsunterbrechung erkannt. Dabei müssen geeignete Maßnahmen zur redundanten Speicherung dieses Zählwertes getroffen werden, da der Ausschaltzeitpunkt während eines Schreibvorgangs in den nichtflüchtigen Speicher stattfinden könnte.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Feldgerät
- 2
- Aktive Schnittstelle
- 3
- Inaktive Schnittstelle
- 4
- Übergeordnete Einheit
- 5
- Intelligente Einheit
- 6
- Sensor-/Aktor-Einheit
- Q
- Sequenz
- Sa
- Aktivierungs-Signal
- ti
- Zeitintervall
- UV
- Versorgungs-Spannung
