DE102017206769A1

DE102017206769A1 - Gateway-Modul und Modulanordnung

Info

Publication number: DE102017206769A1
Application number: DE102017206769.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Hoffmeister; Thomas Berndorfer; Achim Ziegele; Olaf Westrik; Sven Haugstetter; Thomas Heubach; Matthias Prinzen
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2018-10-25
Also published as: WO2018192911A1; US20230101035A1; CN110521189B; US11881965B2; CN110521189A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gateway-Modul (1), umfassend: ein Modulgehäuse (7), eine am Modulgehäuse (7) angeordnete Bedieneinrichtung (8), die durch Benutzerbetätigung in mehrere visuell voneinander unterscheidbare Bedieneinrichtungs-Zustände versetzbar ist, eine erste Kommunikationsschnittstelle (9) zur Kommunikation mit Feldebene-Geräten (2), eine zweite Kommunikationsschnittstelle (9) zur Kommunikation mit einem externen Server (3), und eine Steuereinheit (12), die konfiguriert ist, Felddaten von den Feldebene-Geräten (12) über die erste Kommunikationsschnittstelle (9) zu empfangen und die Felddaten dem externen Server (3) über die zweite Kommunikationsschnittstelle (11) bereitzustellen, wobei die Steuereinheit (12) ferner konfiguriert ist, abhängig davon, in welchem Bedieneinrichtungs-Zustand sich die Bedieneinrichtung (8) befindet, eine Manipulationsfunktion zur Beeinflussung des Betriebs des Gateway-Moduls (1) und/oder der Feldebene-Geräte (2) bereitzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gateway-Modul mit einem Modulgehäuse, einer ersten Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit Feldebene-Geräten und einer zweiten Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem externen Server. Das Gateway-Modul verfügt über eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, Felddaten von den Feldebene-Geräten über die erste Kommunikationsschnittstelle zu empfangen und die Felddaten dem externen Server über die zweite Kommunikationsschnittstelle bereitzustellen. Die Steuereinheit ist ferner konfiguriert, eine Manipulationsfunktion bereitzustellen, die dazu dient, den Betrieb des Gateway-Moduls und/oder den Betrieb der Feldebene-Geräte zu beeinflussen.
Das Gateway-Modul ist beispielsweise als Internet-of-Things-Gateway ausgebildet und dient dazu, die Felddaten von den Feldebene-Geräten einem externen Server bereitzustellen. Die Bereitstellung der Felddaten erfolgt insbesondere über das Internet. Der externe Server kann insbesondere eine Public Cloud oder eine Private Cloud sein. Auf dem externen Server kann vorzugsweise eine Auswertung, insbesondere eine statistische Auswertung, der Felddaten erfolgen, z.B. zu Diagnosezwecken. Bei der Auswertung handelt es sich insbesondere um eine Big-Data-Analyse.
Wie erwähnt verfügt das Gateway-Modul über eine Manipulationsfunktion. Die Manipulationsfunktion dient insbesondere dazu, den Betrieb des Gateway-Moduls und/oder der Feldebene-Geräte zu ändern, insbesondere durch einen externen Zugriff, beispielsweise über die erste und/oder die zweite Kommunikationsschnittstelle. Die Manipulationsfunktion kann beispielsweise eine Konfigurationsfunktion sein, mit der sich konfigurieren lässt, welchem externen Server die Felddaten bereitgestellt werden sollen. Ferner kann es sich bei der Manipulationsfunktion um eine Steuerfunktion handeln, mit der direkt Einfluss auf die Feldgeräte genommen werden kann.
Die Bereitstellung einer Manipulationsfunktion auf einem solchen, mit einem externen Server kommunizierenden Gateway-Modul birgt grundsätzlich das Risiko, dass ein Unberechtigter von außen auf die Manipulationsfunktion zugreift und diese beispielsweise dazu nutzt, um unberechtigterweise Felddaten abzurufen und/oder unberechtigterweise Einfluss auf die Feldgeräte zu nehmen. Eine Maßnahme, dieses Risiko zu verringern, besteht darin, die Manipulationsfunktion nicht bereitzustellen bzw. zu deaktivieren, wenn sie nicht zwingend benötigt wird. Die Betriebssicherheit des Gateway-Moduls hängt dann davon ab, ob die Manipulationsfunktion auch tatsächlich ordnungsgemäß nicht bereitgestellt wird bzw. deaktiviert wurde.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Betriebssicherheit des genannten Gateway-Moduls zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch ein Gateway-Modul gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Gateway-Modul eine am Modulgehäuse angeordnete Bedieneinrichtung, die durch Benutzerbetätigung in mehrere visuell voneinander unterscheidbare Bedieneinrichtungs-Zustände versetzbar ist. Ferner ist die Steuereinheit konfiguriert, abhängig davon, in welchem Bedieneinrichtungs-Zustand sich die Bedieneinrichtung befindet, die Manipulationsfunktion zur Beeinflussung des Betriebs des Gateway-Moduls und/oder der Feldebene-Geräte bereitzustellen.
Die Manipulationsfunktion wird in Abhängigkeit des aktuellen Bedieneinrichtungs-Zustand bereitgestellt. Durch die Wahl eines entsprechenden Bedieneinrichtungs-Zustands kann die Manipulationsfunktion nicht bereitgestellt bzw. deaktiviert werden. Dadurch, dass die Bedieneinrichtung am Modulgehäuse angeordnet ist, und die Bedieneinrichtungs-Zustände visuell voneinander unterschieden werden können, kann das Gateway-Modul bzw. die Bedieneinrichtung sehr einfach in einen Bedieneinrichtungs-Zustand versetzt werden, in dem die Manipulationsfunktion nicht bereitgestellt bzw. deaktiviert ist. Ferner ist es aufgrund der visuellen Unterscheidbarkeit der Bedieneinrichtungs-Zustände sehr einfach, zu überprüfen, ob die Manipulationsfunktion momentan bereitgestellt wird oder nicht. Insgesamt wird dadurch das Risiko verringert, dass die Manipulationsfunktion zu einem Zeitpunkt bereitgestellt wird, zu dem sie nicht bereitgestellt werden sollte. Folglich kann die Betriebssicherheit des Gateway-Moduls verbessert werden.
Bei den Feldebene-Geräten handelt es sich insbesondere um Geräte, die sich ganz oder teilweise in der Feldebene befinden und/oder direkt mit einem Produktionsprozess interagieren. Insbesondere handelt es sich bei den Feldebene-Geräten um Aktoren, Aktor-Antriebe und/oder um Sensoren. Ferner kann es sich bei den Feldebene-Geräten auch um Geräte für die Feldebene handeln, also auch um solche Geräte, die direkt mit der Feldebene interagieren, beispielsweise Geräte, die zwischen der Feldebene und der Steuerebene angeordnet sind. Beispielsweise handelt es sich bei den Feldebene-Geräten auch um Ein-/Ausgabe-Geräte, nachfolgend auch als E/A-Geräte bezeichnet. Ein E/A-Gerät kann beispielsweise ausgebildet sein, von einer übergeordneten Steuerung aus der Steuerebene, beispielsweise einer SPS, Steuerbefehle zu erhalten und an ein Feldgerät entsprechende Signale zur Ansteuerung des Feldgeräts ausgeben. Ferner kann ein E/A-Gerät ausgebildet sein, Sensorsignale von einem in der Feldebene angeordneten Sensor zu empfangen und diese an eine übergeordnete Steuerung und/oder an das Gateway-Modul zu übertragen.
Die Felddaten umfassen insbesondere Identifikationsdaten zur Identifikation der Feldebene-Geräte 2, beispielsweise Seriennummern, Produktschlüssel, Revisionsnummern, MAC-Adressen und/oder Produktbezeichnungen. Die Felddaten können ferner Gerätedaten umfassen, die die Feldebene-Geräte 2 und insbesondere deren Eigenschaften beschreiben. Ferner können die Felddaten Diagnoseinformationen in Bezug auf die Feldebene-Geräte 2, Parameterinformationen über Parameter der Feldebene-Geräte 2 und/oder Prozessdaten umfassen. Schließlich können die Felddaten auch Indikationsdaten umfassen, die beispielsweise eine Anzahl von Schaltspielen, Zykluszeiten und/oder zeitliche Abstände zwischen definierten Ereignissen in einem Feldebene-Gerät 2 umfassen, und insbesondere dazu dienen, eine Prognose hinsichtlich der verbleibenden Lebensdauer bzw. eines Ausfalls treffen zu können. Zweckmäßigerweise ist der externe Server 3 ausgebildet, eine solche Prognose zu treffen.
Die Erfindung betrifft ferner ein als Reihenmodul ausgebildetes Gateway-Modul, das dazu geeignet ist, zusammen mit einem oder mehreren als Reihenmodule ausgebildeten Feldebene-Geräten eine Reihenmodulanordnung zu bilden, umfassend eine erste Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit den Feldebene-Geräten, eine zweite Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem externen Server, und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, Felddaten über die erste Kommunikationsschnittstelle von den Feldebene-Geräten zu empfangen und die Felddaten über die zweite Kommunikationsschnittstelle dem externen Server bereitzustellen, wobei die Steuereinheit ferner konfiguriert ist, die Kommunikation zu den Feldebene-Geräten und/oder dem externen Server über einen Internet-of-Things-Protokollstapel durchzuführen.
Ein solches als Reihenmodul ausgebildetes Gateway-Modul mit einem Internet-of-Things-Protokollstapel ermöglicht eine Bereitstellung einer Internet-of-Things-Anbindung direkt in einer Reihenmodulanordnung.
Die Erfindung betrifft ferner eine Reihenmodulanordnung umfassend eine Mehrzahl von in einer Reihenrichtung aufgereihten Reihenmodulen, wobei die Reihenmodule ein erfindungsgemäßes Gateway-Modul umfassen, sowie wenigstens ein Feldebene-Gerät, wobei das Gateway-Modul über die erste Kommunikationsschnittstelle mit dem wenigstens einen Feldebene-Gerät verbunden ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Exemplarische Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Gateway-Modul,
2 eine perspektivische Ansicht eines Gateway-Moduls, und
3 eine schematische Darstellung einer Reihenmodulanordnung.

Die 1 zeigt ein System 10 mit einem Gateway-Modul 1, Feldebene-Geräten 2, einem externen Server 3 und einer Konfigurationseinheit 4. Das System 10 stellt einen rein exemplarischen Anwendungsfall des Gateway-Moduls 1 dar.
Das Gateway-Modul 1 umfasst ein Modulgehäuse 7. Das Gateway-Modul 1 umfasst ferner eine Bedieneinrichtung 8, die am Modulgehäuse 7 angeordnet ist. Die Bedieneinrichtung 8 kann durch Benutzerbetätigung in mehrere visuell voneinander unterscheidbare Bedieneinrichtungs-Zustände versetzt werden. Das Gateway-Modul 1 umfasst ferner eine erste Kommunikationsschnittstelle 9. Die erste Kommunikationsschnittstelle 9 dient der Kommunikation mit den Feldebene-Geräten 2. Zudem umfasst das Gateway Modul 1 eine zweite Kommunikationsschnittstelle 11. Die zweite Kommunikationsschnittstelle 11 dient der Kommunikation mit dem externen Server 3. Ferner umfasst das Gateway-Modul eine Steuereinheit 12. Die Steuereinheit 12 ist konfiguriert, Felddaten von den Feldebene-Geräten 2 über die erste Kommunikationsschnittstelle 9 zu empfangen und die Felddaten dem externen Server 3 über die zweite Kommunikationsschnittstelle 11 bereitzustellen. Ferner ist die Steuereinheit 12 konfiguriert, abhängig davon, in welchem Bedieneinrichtungs-Zustand sich die Bedieneinrichtung 8 befindet, eine Manipulationsfunktion zur Beeinflussung des Betriebs des Gateway-Moduls 1 und/oder der Feldebene-Geräte 2 bereitzustellen.
Folglich lässt sich durch Benutzerbetätigung der Bedieneinrichtung 8 direkt am Gateway-Modul 1 festlegen und auch visuell direkt am Gateway-Modul 1 feststellen, ob die Manipulationsfunktion bereitgestellt wird oder nicht.
Nachstehend werden exemplarische Konfigurationen des Gateway-Moduls 1, des Systems 10, einer Reihenmodulanordnung 20 sowie deren Komponenten erläutert.
Die 1 zeigt, wie vorstehend bereits erwähnt, einen rein exemplarischen Anwendungsfall des Gateway-Moduls 1. Das Gateway-Modul 1 ist über eine erste Kommunikationsschnittstelle 9 exemplarisch mit zwei Feldebene-Geräten 2 kommunikativ verbunden. Beispielhaft sind die Feldebene-Geräte 2 über eine gemeinsame Kommunikationsleitung 21 mit der ersten Kommunikationsschnittstelle 9 verbunden. Bei der Kommunikationsleitung 21 handelt es sich beispielsweise um eine Busleitung, zweckmäßigerweise um eine Ethernet-Leitung. Alternativ dazu können die Feldebene-Geräte 2 auch jeweils über eine eigene Leitung mit dem Gateway-Modul 1 verbunden sein. Ferner können die Feldebene-Geräte 2 auch drahtlos mit dem Gateway-Modul 1 kommunizieren.
Das Gateway-Modul 1 ist über die zweite Kommunikationsschnittstelle 11 mit dem externen Server 3 kommunikativ verbunden. Exemplarisch ist das Gateway-Modul 1 über ein lokales Netzwerk 5 und ein Weitverkehrsnetz 6 mit dem externen Server 3 verbunden. Bei dem lokalen Netzwerk 5 handelt es sich beispielsweise insbesondere um ein LAN und/oder ein WLAN, zweckmäßigerweise ein auf Ethernet basierendes LAN. Bei dem Weitverkehrsnetz 6 handelt es sich beispielsweise um das Internet. Alternativ oder zusätzlich zu der gezeigten Verbindung kann das Gateway-Modul 1 auch auf andere Weise mit dem externen Server 3 verbunden sein. So kann das Gateway-Modul 1 beispielsweise auch nur über das lokale Netzwerk 5 oder nur über das Weitverkehrsnetz 6 mit dem externen Server 3 verbunden sein. Ferner kann das Gateway-Modul 1 auch über eine Mobilfunk-Verbindung mit dem externen Server 3 verbunden sein. Zweckmäßigerweise ist das Gateway-Modul 1 ausgebildet, über die zweite Kommunikationsschnittstelle 11 eine verschlüsselte Kommunikation mit dem externen Server 3 durchzuführen.
Das Gateway-Modul 1 dient grundsätzlich dazu, eine Verbindung zwischen wenigstens zwei Kommunikationssystemen herzustellen. Exemplarisch stellt das Gateway-Modul 1 eine Verbindung zwischen einem ersten Kommunikationssystem, über das der externe Server an das Gateway-Modul 1 angebunden ist, und einem zweiten Kommunikationssystem, über das die Feldebene-Geräte 2 an das Gateway-Modul 1 angebunden sind, her. Zweckmäßigerweise ist das Gateway-Modul 1, insbesondere die Steuereinheit 12, ausgebildet, den Datenverkehr, der das Gateway-Modul 1 durchläuft, beispielsweise den Datenverkehr zwischen der ersten Kommunikationsschnittstelle 9 und der zweiten Kommunikationsschnittstelle 11, zu bearbeiten. Bei der Bearbeitung des Datenverkehrs kann es sich beispielsweise um eine Netzwerkadressübersetzung handeln. Ferner kann es sich bei der Bearbeitung des Datenverkehrs um eine Bearbeitung auf der Vermittlungsschicht bzw. der Schicht 3 des OSI-Modells handeln. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei der Bearbeitung des Datenverkehrs um eine Bearbeitung auf einer Anwendungsschicht, beispielsweise auf Schicht 5, 6 und/oder 7 des OSI-Modells, handeln.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit 12 konfiguriert, die Kommunikation zu den Feldebene-Geräten 2 mittels eines ersten Protokollstapels durchzuführen und die Kommunikation zu dem externen Server 3 mittels eines von dem ersten Protokollstapel separaten zweiten Protokollstapels durchzuführen. Bei den beiden Protokollstapeln kann es sich beispielsweise um zwei gleiche oder zwei unterschiedliche Protokollstapel handeln. Exemplarisch umfassen beide Protokollstapel jeweils alle sieben Schichten des OSI-Modells.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit 12 konfiguriert, die Kommunikation zu den Feldebene-Geräten 2 und/oder dem externen Server 3 über einen Internet-of-Things-Protokollstapel durchzuführen. Als Internet-of-Things-Protokollstapel soll insbesondere ein Protokollstapel bezeichnet werden, der wenigstens ein Internet-of-Things-Protokoll umfasst. Beispielsweise umfasst der Internet-of-Things-Protokollstapel eines oder mehrere der folgenden Protokolle: Constrained Application Protocol (CoAP), Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP), Message Queue Telemetry Transport (MQTT), IPv6 over Low power Wireless Personal Area Network (6LoWPAN), Long Range Wide Area Network (LoRaWAN), Zigbee, Data Distribution Service (DDS), Advanced Message Queing Protocoll (AMQP) oder Bluetooth Low Energy (BLE).
Das Gateway-Modul 1 bzw. das Modulgehäuse 7 verfügt exemplarisch über eine im Wesentlichen quaderförmige Grundgestalt. Zweckmäßigerweise stellt eine Seite mit größter Grundfläche die Vorderseite dar. Exemplarisch ist die Bedieneinrichtung 8 an der Vorderseite angeordnet. Zweckmäßigerweise ist an der Vorderseite ferner die erste Kommunikationsschnittstelle 9 und/oder die zweite Kommunikationsschnittstelle 11 angeordnet. Das Gateway-Modul 1 kann zweckmäßigerweise als Reihenmodul ausgebildet sein, das dazu geeignet ist, zusammen mit einem oder mehreren als Reihenmodule ausgebildeten Feldebene-Geräten 2 eine Reihenmodulanordnung 20 zu bilden.
Vorzugsweise umfasst die Bedieneinrichtung 8 ein betätigbares Bedienelement 16. Durch Benutzerbetätigung des Bedienelements 16 kann die Bedieneinrichtung 8 in die visuell voneinander unterscheidbaren Bedieneinrichtungs-Zustände versetzt werden. Zweckmäßigerweise wird das Bedienelement 16 dabei in verschiedene Stellungen versetzt. Exemplarisch ist das Bedienelement 16 als ein Drehschalter ausgebildet. Bei den Bedieneinrichtungs-Zuständen handelt es sich dementsprechend um verschiedene Drehstellungen des Bedienelements 16. Zweckmäßigerweise kann das Bedienelement 16 auch als ein Schlüsselschalter ausgebildet sein. Alternativ zu der Ausbildung als Drehschalter kann das Bedienelement 16 auch als ein anderer Schalter, beispielsweise als Schiebeschalter, oder als Taste, beispielsweise als kapazitive Taste, ausgebildet sein.
Exemplarisch umfasst die Bedieneinrichtung 8 über Markierungen 17, die dazu dienen, die visuelle Unterscheidbarkeit der verschiedenen Stellungen des Bedienelements 16 zu verbessern. Beispielhaft ist pro Bedieneinrichtungs-Zustand eine Markierung 17 vorgesehen, die jeweils anzeigt, in welche Stellung das Bedienelement 16 zu versetzen ist, um den zugehörigen Bedieneinrichtungs-Zustand einzustellen. In dem gezeigten Beispiel, in dem das Bedienelement 16 als Drehschalter ausgebildet ist, sind die Markierungen 17 innerhalb eines Winkelbereichs, in dem der Drehschalter drehbar ist, um den Drehschalter verteilt angeordnet. Im gezeigten Beispiel sind die Markierungen 17 als Linien gezeigt. Alternativ oder zusätzlich dazu können die Markierungen 17 auch Text, Zahlen und/oder Symbole umfassen. Der Drehschalter kann beispielsweise über einen Steg oder eine Markierung verfügen, der/die zur Einnahme der verschiedenen Stellungen an den jeweiligen Markierungen auszurichten ist.
Alternativ oder zusätzlich zu den Markierungen 17 können ferner auch Anzeigemittel vorhanden sein, um die verschiedenen Bedieneinrichtungs-Zustände visuell unterscheidbar zu machen. Als Anzeigemittel kann beispielsweise eine oder mehrere LEDs und/oder eine Anzeige, beispielsweise eine grafische Anzeige, vorhanden sein.
Exemplarisch lässt sich die Bedieneinrichtung 8 in vier, vorzugsweise in genau vier, verschiedene Bedieneinrichtungs-Zustände versetzen. Jeder Bedieneinrichtungs-Zustand ist einem entsprechenden Betriebsmodus der Steuereinheit 12 zugehörig, so dass sich die Steuereinheit 12 durch die Wahl eines Bedieneinrichtungs-Zustands in den jeweils zugehörigen Betriebsmodus versetzen lässt.
Das Gateway-Modul 1 kann grundsätzliche mehrere erste Kommunikationsschnittstellen 9 zur Kommunikation mit den Feldgeräten 2 und/oder mehrere zweite Kommunikationsschnittstellen zur Kommunikation mit einem externen Server umfasst. Exemplarisch umfasst das Gateway-Modul 1 wenigstens zwei erste Kommunikationsschnittstellen 9 und wenigstens eine zweite Kommunikationsschnittstelle 11. Alternativ dazu kann das Gateway-Modul 1 auch nur eine erste Kommunikationsschnittstelle 9 umfassen.
Die eine oder mehreren ersten Kommunikationsschnittstellen 9 umfassen insbesondere eine Ethernet-Schnittstelle, eine Bus-Schnittstelle, eine serielle Schnittstelle, eine Schnittstelle für ein unterlagertes Kommunikationssystem und/oder eine Schnittstelle für ein Rückwandkommunikationssystem. Zweckmäßigerweise umfassen die ersten Kommunikationsschnittstellen 9 mehrere serielle Schnittstellen. Die eine oder mehreren zweiten Kommunikationsschnittstellen 11 umfassen insbesondere eine Ethernet-Schnittstelle.
Die Steuereinheit 12 ist zweckmäßigerweise als Elektronikanordnung ausgebildet. Beispielsweise umfasst die Steuereinheit 12 einen oder mehrere Mikrocontroller, ASICs und/oder FPGAs. Die Steuereinheit 12 ist mit den einen oder mehreren ersten Kommunikationsschnittstellen 9 verbunden und kommuniziert über diese mit den Feldebene-Geräten 2. Ferner ist die Steuereinheit 12 mit den einen oder mehreren zweiten Kommunikationsschnittstellen 11 verbunden und kommuniziert über diese mit dem externen Server 3. Die Steuereinheit 12 ist zudem mit der Bedieneinrichtung 8 verbunden und ausgebildet, den momentanen Bedieneinrichtungs-Zustand zu erfassen.
Die Steuereinheit 12 ist ausgebildet, in Abhängigkeit von dem erfassten Bedieneinrichtungs-Zustand die Manipulationsfunktion bereitzustellen.
Zweckmäßigerweise ist die Steuereinheit 12 konfiguriert, in einem ersten Bedieneinrichtung-Zustand die Manipulationsfunktion bereitzustellen und in einem von dem ersten Bedieneinrichtungs-Zustand verschiedenen zweiten Bedieneinrichtungs-Zustand die Manipulationsfunktion nicht bereitzustellen. In beiden diesen Bedieneinrichtung-Zuständen befindet sich das Gateway-Modul 1, insbesondere die Steuereinheit 12, im Betrieb.
Exemplarisch umfassen die Bedieneinrichtungs-Zustände einen Modulmanipulations-Zustand. Die Steuereinheit 12 ist ausgebildet, in Ansprechen auf den Modulmanipulations-Zustand eine Modulmanipulationsfunktion bereitzustellen. Die Modulmanipulationsfunktion stellt dabei die vorstehend erwähnte Manipulationsfunktion dar, die dazu dient, den Betrieb des Gateway-Moduls 1 und/oder den Betrieb der Feldebene-Geräte 2 zu beeinflussen. Zweckmäßigerweise lässt sich mit der Modulmanipulationsfunktion konfigurieren, mit welchen Kommunikationspartnern das Gateway-Modul 1 kommuniziert. Der Modulmanipulations-Zustand kann auch als Boarding-Zustand bezeichnet werden. Insbesondere lässt sich mit der Modulmanipulationsfunktion konfigurieren, welchem externen Server 3 die Steuereinheit 12 die Felddaten bereitstellen soll. Alternativ oder zusätzlich dazu lässt sich mit der Modulmanipulationsfunktion konfigurieren, von welchen Feldebene-Geräten 2 die Felddaten empfangen werden und/oder Felddaten welcher Feldebene-Geräte 2 dem externen Server 3 bereitgestellt werden.
Die Konfiguration, welchem externen Server 3 die Felddaten bereitgestellt werden sollen, erfolgt beispielsweise durch eine Benutzereingabe einer Adressinformation oder einer anderen Information, die den externen Server 3 identifiziert. Ferner kann bei der Konfiguration eine Authentifizierungsinformation eingegeben werden, die von dem Gateway-Modul 1 benötigt wird, um sich gegenüber dem externen Server 3 zu authentifizieren. Das Gateway-Modul 1 kann dann mittels der eingegebenen Web-Adresse und oder der Authentifizierungsinformation die Kommunikation mit dem externen Server 3 initiieren, um diesem die Felddaten bereitzustellen.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist es auch möglich, dass die Konfiguration, welchem externen Server 3 die Felddaten bereitgestellt werden sollen, durch den externen Server 3 angestoßen bzw. bewirkt wird. In diesem Fall erlaubt/ermöglicht die Modulmanipulationsfunktion eine Konfiguration durch den externen Server 3. Dem externen Server 3 kann eine Adressinformation und/oder eine Authentifizierungsinformation bereitgestellt werden, womit der externe Server 3 eine Kommunikation mit dem Gateway-Modul 1 initiieren und sich im Gateway-Modul registrieren kann. Zweckmäßigerweise lässt das Gateway-Modul die Kommunikation und/oder Registrierung nur zu, sofern die Modulmanipulationsfunktion momentan bereitgestellt wird bzw. sofern der Modulmanipulations-Zustand gegeben ist.
Als Ergebnis der Konfiguration, welchem externen Server 3 die Felddaten bereitgestellt werden sollen, ist in dem Gateway-Modul 1 zweckmäßigerweise wenigstens ein externer Server registriert, dem dann entsprechend die Felddaten bereitgestellt werden können. Vorzugsweise können die Felddaten nur externen Servern bereitgestellt werden, die in dem Gateway-Modul 1 entsprechend registriert sind.
Die Konfiguration, von welchen Feldebene-Geräten 2 die Felddaten empfangen werden, findet vorzugsweise per Benutzereingabe statt. Beispielsweise kann ein Benutzer die Feldebene-Geräte 2 einzeln eingeben oder aus einer Liste auswählen. Ferner ist es möglich, dass diese Konfiguration automatisch erfolgt, indem das Gateway-Modul 1 beispielsweise selbständig prüft, welche Feldebene-Geräte 2 an der ersten Kommunikationsschnittstelle 9 angeschlossen sind. Ferner ist es möglich, dass diese Konfiguration über einen Abruf einer entsprechenden Liste von einem externen Gerät, insbesondere dem externen Server 3, erfolgt.
Als Ergebnis der Konfiguration, von welchen Feldebene-Geräten 2 die Felddaten empfangen werden, verfügt das Gateway-Modul 1 über eine Liste mit registrierten Feldebene-Geräten 2. Das Gateway-Modul ist ausgebildet, zweckmäßigerweise nur die Felddaten der registrierten Feldebene-Geräte 2 zu empfangen und/oder abzurufen und/oder dem externen Server 3 bereitzustellen.
Zweckmäßigerweise stellt die Modulmanipulationsfunktion ferner die Möglichkeit bereit, einen registrierten externen Server 3 und/oder ein registriertes Feldebene-Gerät 2 aus der Konfiguration zu entfernen, so dass mit diesem Server 3 bzw. Feldebene-Gerät 2 keine Felddaten mehr ausgetauscht werden.
Bei der Manipulationsfunktion, beispielsweise der Modulmanipulationsfunktion, handelt es sich insbesondere um eine Softwarefunktion. Zweckmäßigerweise kann auf die Manipulationsfunktion mithilfe eines externen Geräts, wie beispielsweise der Konfigurationseinheit 4 und/oder dem externen Server 3, zugegriffen werden. Bei der Konfigurationseinheit 4 handelt es sich exemplarisch um ein Endgerät, beispielsweise einen PC und/oder ein Mobilgerät, zweckmäßigerweise ein Mobiltelefon, Tablet, Handheld-Gerät und/oder ein Laptop. Der Zugriff auf die Manipulationsfunktion erfolgt zweckmäßigerweise über die erste Kommunikationsschnittstelle 9 und/oder die zweite Kommunikationsschnittstelle 11. Die Manipulationsfunktion kann zum Beispiel mittels einer Benutzeroberfläche bereitgestellt werden. Bei der Benutzeroberfläche handelt es sich zweckmäßigerweise um eine Benutzeroberfläche, die mit einem Web-Browser dargestellt werden kann. Beispielsweise verfügt das Gateway-Modul 1 über einen Web-Server bzw. eine Web-Server-Software, mit der die Manipulationsfunktion insbesondere als Webapplikation bereitgestellt wird.
Die Modulmanipulationsfunktion kann ferner eine Konfiguration zur Einbindung des Gateway-Moduls 1 in ein Netzwerk, beispielsweise in das lokale Netzwerk 5, bereitstellen. Beispielsweise kann die Modulmanipulationsfunktion eine für die Einbindung benötigte Konfiguration unter Nutzung von DHCP vornehmen.
Zweckmäßigerweise sind eine, mehrere oder alle der vorstehend beschriebenen Konfigurationen nur möglich, wenn die Manipulationsfunktion bzw. die Modulmanipulationsfunktion bereitgestellt wird; also insbesondere nur dann, wenn sich die Bedieneinrichtung 8 in dem Modulmanipulations-Zustand befindet.
Optional kann das Gateway-Modul 1 in dem Modulmanipulations-Zustand Felddaten von den Feldebene-Geräten 2 empfangen und/oder dem externen Server 3 bereitstellen.
Die Bedieneinrichtungs-Zustände umfassen zweckmäßigerweise einen Gerätemanipulations-Zustand. Die Steuereinheit 12 ist ausgebildet, in Ansprechen auf den Gerätemanipulations-Zustand eine Gerätemanipulationsfunktion bereitzustellen. Die Gerätemanipulationsfunktion stellt dabei die vorstehend erwähnte Manipulationsfunktion dar. Mit der Gerätemanipulationsfunktion lassen sich die Feldebene-Geräte 2 ansteuern und/oder konfigurieren.
Beispielsweise können mittels der Gerätemanipulationsfunktion Ansteuersignale oder Konfigurationsbefehle an die Feldebene-Geräte 2 ausgegeben werden. Das Gateway-Modul 1 kann folglich Einfluss auf den Betrieb der Feldebene-Geräte 2 nehmen.
Zweckmäßigerweise ist die Ansteuerung und/oder Konfiguration der Feldebene-Geräte 2 durch das Gateway-Modul 1 nur dann möglich, wenn die Gerätemanipulationsfunktion bereitgestellt wird; also insbesondere nur dann, wenn sich die Bedieneinrichtung 8 in dem Gerätemanipulations-Zustand befindet.
Vorzugsweise kann das Gateway-Modul 1 in dem Gerätemanipulations-Zustand Felddaten von den Feldebene-Geräten 2 empfangen und/oder dem externen Server 3 bereitstellen.
Der Gerätemanipulations-Zustand kann auch als Lese/Schreib-Zustand bezeichnet werden.
Zweckmäßigerweise ist im Gerätemanipulations-Zustand keine Änderung der registrierten Kommunikationspartner, also insbesondere des externen Servers 3 und der Feldebene-Geräte 2 möglich.
Vorzugsweise umfassen die Bedieneinrichtungs-Zustände ferner einen Schutz-Zustand. Die Steuereinheit 12 ist ausgebildet, in Ansprechen auf den Schutz-Zustand die Manipulationsfunktion nicht bereitzustellen. Insbesondere ist die Steuereinheit 12 ausgebildet, die vorstehend erwähnte Modulmanipulationsfunktion und/oder die Gerätemanipulationsfunktion in dem Schutz-Zustand nicht bereitzustellen. Ferner kann die Steuereinheit 12 auch ausgebildet sein, in dem Schutz-Zustand überhaupt keine Beeinflussung bzw. Änderung des Betriebs des Gateway-Moduls 1 und/oder der Feldebene-Geräte 2 zu ermöglichen, abgesehen von einer Beeinflussung bzw. Änderung des Betriebs, die durch Betätigung der Bedieneinrichtung 8 verursacht wird. Insbesondere ist in dem Schutz-Zustand keine Änderung bzw. Beeinflussung des Betriebs von außen, also beispielsweise über die erste und/oder zweite Kommunikationsschnittstelle 9, 11 möglich.
Zweckmäßigerweise ist im Schutz-Zustand keine Änderung der registrierten Kommunikationspartner, also insbesondere des externen Servers 3 und der Feldebene-Geräte 2 möglich. Ferner ist es im Schutz-Zustand insbesondere nicht möglich, die Feldebene-Geräte 2 mittels des Gateway-Moduls 1 anzusteuern oder zu konfigurieren.
Vorzugsweise kann das Gateway-Modul 1 in dem Schutz-Zustand Felddaten von den Feldebene-Geräten 2 empfangen und/oder dem externen Server 3 bereitstellen.
Der Schutz-Zustand kann auch als Lese-Zustand bezeichnet werden.
Zusätzlich zu den vorstehend diskutierten Zuständen können die Bedieneinrichtungs-Zustände einen Offline-Zustand umfassen, in dem überhaupt keine Kommunikation über die erste und/oder die zweite Kommunikationsschnittstelle 9, 11 möglich ist. Zweckmäßigerweise ist das Gateway-Modul 1 im Offline-Zustand weiterhin eingeschaltet.
Die 2 zeigt eine exemplarische Ausführungsform eines als Reihenmodul ausgebildeten Gateway-Moduls 1, das dazu geeignet ist, zusammen mit einem oder mehreren als Reihenmodule ausgebildeten Feldebene-Geräten 2 eine Reihenmodulanordnung 20 zu bilden. Das Gateway-Modul 1 verfügt über die vorstehend bereits erläuterte erste Kommunikationsschnittstelle 9 und die zweite Kommunikationsschnittstelle 11. Eine erste Kommunikationsschnittstelle 9 ist exemplarisch mit einer Schutzkappe abgedeckt.
Ferner verfügt das Gateway-Modul 1 über eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, Felddaten über die erste Kommunikationsschnittstelle 9 von den Feldebene-Geräten 2 zu empfangen und die Felddaten über die zweite Kommunikationsschnittstelle 11 dem externen Server bereitzustellen. Zweckmäßigerweise ist die Steuereinheit ferner konfiguriert, die Kommunikation zu den Feldebene-Geräten 2 und/oder dem externen Server 3 über einen Internet-of-Things-Protokollstapel durchzuführen.
Das als Reihenmodul ausgebildete Gateway-Modul 1 mit Internet-of-Things-Protokollstapel ermöglicht eine Bereitstellung einer Internet-of-Things-Anbindung direkt in einer Reihenmodulanordnung 20.
Das Gateway-Modul 1 kann zweckmäßigerweise gemäß einer der vorstehend beschriebenen Konfigurationen ausgebildet sein.
Rein optional verfügt das als Reihenmodul ausgebildete Gateway-Modul 1 über eine Bedieneinrichtung 8, die exemplarisch ein als Drehschalter ausgebildetes Bedienelement 16 aufweist. Die Bedieneinrichtung 8 und die Steuereinheit können wie vorstehend bereits erläutert ausgestaltet sein.
Das Gateway-Modul 1 verfügt insbesondere über eine mechanische Schnittstelle 22, mit der das Gateway-Modul 1 in einer Reihenmodulanordnung befestigt werden kann. Zweckmäßigerweise ist die mechanische Schnittstelle 22 dazu ausgebildet, das Gateway-Modul 1 auf einer Trägerplatte zu befestigen. Vorzugsweise umfasst die mechanische Schnittstelle 22 Schraubmittel 23 und/oder Steckstrukturen 24 zur Befestigung des Gateway-Moduls 1 auf einer Trägerplatte. Die Schraubmittel 23 und/oder Steckstrukturen 24 sind insbesondere an der Rückseite des Gateway-Moduls 1 angeordnet, so dass das Gateway-Modul mit seiner Rückseite an eine Trägerplatte angebracht werden kann.
An der Rückseite kann ferner eine weitere erste und/oder zweite Kommunikationsschnittstelle vorgesehen sein, mit der eine Verbindung zu einem internen Kommunikationssystem einer Reihenmodulanordnung 20, beispielsweise einem Rückwandkommunikationssystem und/oder einem unterlagerten Kommunikationssystem, insbesondere einem internen Bus oder einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung, hergestellt werden kann.
Die 3 zeigt eine Reihenmodulanordnung 20, umfassend eine Mehrzahl von in einer Reihenrichtung aufgereihten Reihenmodulen, wobei die Reihenmodule ein Gateway-Modul 1 gemäß einer vorstehend beschriebenen Konfiguration umfassen, sowie mehrere Feldebene-Geräte 2. Das Gateway-Modul 1 ist über eine erste Kommunikationsschnittstelle mit wenigstens einem Feldebene-Gerät 2, vorzugsweise mit mehreren oder allen Feldebene-Geräte 2, verbunden.
Exemplarisch verfügt die Reihenmodulanordnung 20 über eine Trägerplatte 18. Die Trägerplatte 18 verfügt zweckmäßigerweise über eine im Wesentlichen rechteckige Vorderseite, an der die Reihenmodule befestigt sind. Die Trägerplatte 18 verfügt insbesondere über Leitungen zur Spannungsversorgung, Fluid-Versorgung und/oder zur Kommunikation der Reihenmodule.
Die Reihenmodule verfügen exemplarisch über eine längliche Gestalt und sind mit ihrer Längsachse orthogonal zur Längsachse der Trägerplatte 18 angeordnet. Insgesamt hat die Reihenmodulanordnung 20 eine im Wesentlichen quaderförmige Grundgestalt.
Zweckmäßigerweise stellt die Reihenmodulanordnung 20 insgesamt ein Feldgerät dar. Vorzugsweise verfügt die Reihenmodulanordnung 20 über eine Kommunikationsschnittstelle, mit der sie an einer übergeordneten Steuerung, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung, SPS, angeschlossen oder anschließbar ist.
Die Reihenmodule umfassen exemplarisch ein E/A-Modul 14 und mehrere Ventilmodule 15. Das E/A-Modul 14 und die Ventilmodule 15 stellen Feldebene-Geräte 2 dar, die ihre Felddaten dem Gateway-Modul 1 bereitstellen. Das E/A-Modul 14 ist ein Eingangs-/Ausgangs-Modul und verfügt über einen E/A-Port 19. Das E/A-Modul 14 ist ausgebildet, über den E/A-Port 19 Signale von bzw. zu einem Sensor und/oder einem Aktor zu empfangen bzw. zu übertragen. Die Ventilmodule 15 sind exemplarisch als Ventilscheiben ausgebildet; d.h., dass ihre Höhe und Länge jeweils ein Vielfaches ihrer Breite betragen. Die Ventilmodule 15 sind exemplarisch mit ihrer Breitenerstreckung parallel zur Längsachse der Trägerplatte 18 angeordnet, so dass sie möglichst wenig Platz auf der Trägerplatte 18 einnehmen. Die Ventilmodule 15 können insbesondere einen Ventilantrieb und/oder ein antreibbares Ventilglied umfassen.

Claims

Gateway-Modul (1), umfassend: ein Modulgehäuse (7), eine am Modulgehäuse (7) angeordnete Bedieneinrichtung (8), die durch Benutzerbetätigung in mehrere visuell voneinander unterscheidbare Bedieneinrichtungs-Zustände versetzbar ist, eine erste Kommunikationsschnittstelle (9) zur Kommunikation mit Feldebene-Geräten (2), eine zweite Kommunikationsschnittstelle (11) zur Kommunikation mit einem externen Server (3), und eine Steuereinheit (12), die konfiguriert ist, Felddaten von den Feldebene-Geräten (2) über die erste Kommunikationsschnittstelle (9) zu empfangen und die Felddaten dem externen Server (3) über die zweite Kommunikationsschnittstelle (11) bereitzustellen, wobei die Steuereinheit (12) ferner konfiguriert ist, abhängig davon, in welchem Bedieneinrichtungs-Zustand sich die Bedieneinrichtung (8) befindet, eine Manipulationsfunktion zur Beeinflussung des Betriebs des Gateway-Moduls (1) und/oder der Feldebene-Geräte (2) bereitzustellen.
Gateway-Modul (1) nach Anspruch 1, wobei das Gateway-Modul (1) als Reihenmodul ausgebildet ist, das dazu geeignet ist, zusammen mit einem oder mehreren als Reihenmodule ausgebildeten Feldebene-Geräten (2) eine Reihenmodulanordnung (20) zu bilden.
Gateway-Modul (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bedieneinrichtung (8) ein betätigbares Bedienelement (16), insbesondere einen Schalter, vorzugsweise einen Drehschalter, zweckmäßigerweise einen Schlüsselschalter, umfasst.
Gateway-Modul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (12) konfiguriert ist, die Kommunikation zu den Feldebene-Geräten (2) mittels eines ersten Protokollstapels durchzuführen und die Kommunikation zu dem externen Server (3) mittels eines von dem ersten Protokollstapel separaten zweiten Protokollstapels durchzuführen.
Gateway-Modul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (12) konfiguriert ist, die Kommunikation zu den Feldebene-Geräten (2) und/oder dem externen Server (3) über einen Internet-of-Things-Protokollstapel durchzuführen.
Gateway-Modul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Bedieneinrichtungs-Zustände einen Modulmanipulations-Zustand umfassen und die Steuereinheit (12) ausgebildet ist, in Ansprechen auf den Modulmanipulations-Zustand eine Modulmanipulationsfunktion bereitzustellen, mit der sich konfigurieren lässt, welchem externen Server (3) die Steuereinheit (12) die Felddaten bereitstellt, und/oder mit der sich konfigurieren lässt, von welchen Feldebene-Geräten (2) die Felddaten empfangen werden.
Gateway-Modul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinrichtungs-Zustände einen Gerätemanipulations-Zustand umfassen und die Steuereinheit (12) ausgebildet ist, in Ansprechen auf den Gerätemanipulations-Zustand, eine Gerätemanipulationsfunktion bereitzustellen, mit der sich die Feldebene-Geräte (2) ansteuern und/oder konfigurieren lassen.
Gateway-Modul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinrichtungs-Zustände einen Schutz-Zustand umfassen, und die Steuereinheit (12) ausgebildet ist, in Ansprechen auf den Schutz-Zustand die Manipulationsfunktion nicht bereitzustellen.
Gateway-Modul (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) ausgebildet ist, in dem Schutz-Zustand die Felddaten dem externen Server (3) bereitzustellen.
Gateway-Modul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Gateway-Modul (1) mehrere erste Kommunikationsschnittstellen (9) zur Kommunikation mit den Feldgeräten und/oder mehrere zweite Kommunikationsschnittstellen (11) zur Kommunikation mit einem externen Server umfasst.
Gateway-Modul (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kommunikationsschnittstelle (9) eine Ethernet-Schnittstelle, eine Bus-Schnittstelle, eine serielle Schnittstelle, eine Schnittstelle für ein unterlagertes Kommunikationssystem und/oder eine Schnittstelle für ein Rückwandkommunikationssystem umfasst und/oder die zweite Kommunikationsschnittstelle (11) eine Ethernet-Schnittstelle umfasst.
Als Reihenmodul ausgebildetes Gateway-Modul (1), das dazu geeignet ist, zusammen mit einem oder mehreren als Reihenmodule ausgebildeten Feldebene-Geräten (2) eine Reihenmodulanordnung (20) zu bilden, umfassend eine erste Kommunikationsschnittstelle (9) zur Kommunikation mit den Feldebene-Geräten (2), eine zweite Kommunikationsschnittstelle (11) zur Kommunikation mit einem externen Server (3), und eine Steuereinheit (12), die konfiguriert ist, Felddaten über die erste Kommunikationsschnittstelle (9) von den Feldebene-Geräten (2) zu empfangen und die Felddaten über die zweite Kommunikationsschnittstelle (11) dem externen Server (3) bereitzustellen, wobei die Steuereinheit (12) ferner konfiguriert ist, die Kommunikation zu den Feldebene-Geräten (2) und/oder dem externen Server (3) über einen Internet-of-Things-Protokollstapel durchzuführen.
Reihenmodulanordnung (20) umfassend eine Mehrzahl von in einer Reihenrichtung aufgereihten Reihenmodulen, wobei die Reihenmodule ein Gateway-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassen, sowie wenigstens ein Feldebene-Gerät (2), wobei das Gateway-Modul (1) über die erste Kommunikationsschnittstelle (9) mit dem wenigstens einen Feldebene-Gerät (2) verbunden ist.
Reihenmodulanordnung (20) nach Anspruch 13, wobei die Reihenmodule wenigstens ein E/A-Modul (14) und/oder wenigstens ein Ventilmodul (15) umfassen.