DE102020115967A1 - Technik zum Verarbeiten und Austauschen von Feldsignalen - Google Patents

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Felix Schulte
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Abstract

Eine Technik zum Verarbeiten und Austauschen von Feldsignalen wird beschrieben. Ein Aspekt der Technik betrifft ein Feldsteuersystem (100) mit einer Steuerkomponente (130), um elektrische Signale mit wenigstens einem Feldgerät (140) auszutauschen, und einer Verarbeitungskomponente (120), um die zwischen dem wenigstens einen Feldgerät (140) und der Steuerkomponente (130) ausgetauschten elektrischen Signale zu verarbeiten. Die Verarbeitungskomponente (120) und die Steuerkomponente (130) sind elektrisch leitend und mechanisch verbunden oder verbindbar. Im verbundenen Zustand sind die elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgerät (140) und einem an das Feldsteuersystem (100) angeschlossenen Steuersystem (150) mittels der Verarbeitungskomponente (120) und der Steuerkomponente (130) austauschbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Technik zum Verarbeiten und Austauschen von Feldsignalen. Insbesondere sind, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Feldsteuersystem zum Verarbeiten und Austauschen elektrischer Signale, eine Verarbeitungskomponente zum Verarbeiten zwischen wenigstens einem Feldgerät und eine Steuerkomponente ausgetauschter elektrischer Signale, und eine Steuerkomponente zum Austauschen der elektrischen Signale bereitgestellt.
  • Die Prozessindustrie setzt Steuerungs- und Regelungstechnik ein, um bei Modernisierungsmaßnahmen von bestehenden Anlagen oder zur schnelleren Errichtung von Neuanlagen die Zeit und damit die Kosten der Umsetzung zu reduzieren. Hierbei sind Anlagen zur Verarbeitung von Öl und Gas exemplarische Beispiele.
  • Diese Einsatzgebiete erfordern, Signale zwischen mindestens einem Feldgerät und einer Steuerung schnell und einfach auszutauschen und zu verarbeiten. Zu den Feldgeräten gehören beispielsweise Sensoren und Aktoren. Die Sensoren übertragen Eingangssignale, welche den Zustand von Prozessgrößen darstellen, an die Steuerung. Die Aktoren empfangen Ausgangssignale von der Steuerung und führen Maßnahmen zur Beeinflussung der Prozessgrößen aus.
  • Das Dokument US 9,971,727 B2 offenbart ein universelles Zwischenschaltsystem zum Verarbeiten von Ein- und Ausgangssignalen eines Feldgeräts zwischen dem Feldgerät und einer Prozessteuerung. Dabei umfasst das Zwischenschaltsystem eine Basiseinheit und eine Signalverarbeitungseinheit. Die Signalverarbeitungseinheit wird auf die Basiseinheit aufgesteckt und verarbeitet die zwischen dem Feldgerät und der Prozessteuerung ausgetauschten Signale.
  • Jedoch erfordert dieses Zwischenschaltsystem eine an das Zwischenschaltsystem angepasste Technik zur Signalverarbeitung und eine an das Zwischenschaltsystem angepasste Technik zur Prozessteuerung. Ferner kann ein Wechsel der aufsteckbaren Signalverarbeitungseinheit eine Anpassung der Prozesssteuerung erfordern.
  • Beispielsweise muss die Signalverarbeitung mit Ein- und/oder Ausgabekanäle (kurz: I/O-Ports) der Prozesssteuerung verbunden werden, die zur Funktion der Signalverarbeitung passen. Dazu werden im Stand der Technik jeweils zur Funktion der Signalverarbeitung passende „universelle I/O-Karten“ (kurz: UIO-Karten) in die Prozesssteuerung eingesetzt. Diese UIO-Karten benötigen jedoch zusätzlichen Bauraum, sind eine mögliche Ursache für Rüstfehler und Funktionsausfälle der Anlage, und erhöhen die Rüstzeit und die Rüstkosten.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine kompaktere Technik zum Verarbeiten und Austauschen von Feldsignalen bereitzustellen, die eine Errichtung und Umrüstung vereinfacht. Eine spezifischere oder alternative Aufgabe ist, eine Änderung der Signalverarbeitung zu ermöglichen, ohne dass Änderungen an der Hardware der Prozessteuerung notwendig sind.
  • Die Aufgabe wird bzw. die Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein erster Aspekt betrifft ein Feldsteuersystem, das eine Steuerkomponente umfasst, die dazu ausgebildet ist, elektrische Signale mit wenigstens einem Feldgerät auszutauschen. Ferner umfasst das Feldsteuersystem eine Verarbeitungskomponente, die dazu ausgebildet ist, die zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und der Steuerkomponente ausgetauschten elektrischen Signale zu verarbeiten. Dabei sind die Verarbeitungskomponente und die Steuerkomponente mechanisch verbunden oder verbindbar und elektrisch leitend verbunden oder verbindbar. Im verbundenen Zustand sind die elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und einem an das Feldsteuersystem angeschlossenen Steuersystem mittels der Verarbeitungskomponente und der Steuerkomponente austauschbar.
  • Aufgrund der elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Steuerkomponente und der Verarbeitungskomponenten können Ausführungsbeispiele auf UIO-Karten verzichten. Diese oder weitere Ausführungsbeispiele können eine Steuerkomponente umfassen, die dazu ausgebildet ist, über die elektrische Verbindung zur Verarbeitungskomponente, beispielsweise einen Buskoppler, Ein- und/oder Ausgabe-Kanäle (kurz: I/O-Ports) bereitzustellen, welche an die Funktion der Verarbeitungskomponente angepasst oder anpassbar sind.
  • Die Steuerkomponente kann dazu ausgebildet sein, in Abhängigkeit von der Funktion der Verarbeitungskomponente I/O-Ports zum Austauschen der elektrischen Signale über die elektrisch leitende Verbindung bereitzustellen. Vorzugsweise kann die Steuerkomponente dazu ausgebildet sein, eine Kommunikationsrichtung (beispielsweise für Eingabesignale oder für Ausgabesignale) und/oder eine Signalform (beispielsweise für analoge Signale oder für kodierte oder logische oder digitale Signale) zum Austauschen der elektrischen Signale über die elektrisch leitende Verbindung zur Verarbeitungskomponente an die Funktion der Verarbeitungskomponente anzupassen.
  • Indem die Steuerkomponente dazu ausgebildet ist, wenigstens einen anpassbare I/O-Port und/oder wenigstens eine anpassbare Kommunikationsrichtung und/oder wenigsten eine anpassbare Signalform zur elektrisch leitenden Verbindung mit der Verarbeitungskomponente bereitzustellen, ermöglichen Ausführungsbeispiele ein kompakteres Feldsteuersystem zum Verarbeiten und Austauschen der elektrischen Signale. Bei der Errichtung oder Umrüstung eines solchen Feldsteuersystems kann auf den Einsatz von UIO-Karten verzichtet werden. Diese oder weitere Ausführungsbeispiele können eine Änderung der Signalverarbeitung ermöglichen, ohne dass Änderungen an der Hardware der Steuerkomponente notwendig sind.
  • Das Feldsteuersystem kann beispielsweise als ein Gehäuse ausgebildet sein, das zum Aufnehmen der Verarbeitungskomponente und/oder der Steuerkomponente ausgebildet ist. Ferner kann das Gehäuse zum Anordnen innerhalb eines Baugruppenträgers, beispielsweise eines Racks oder eines Schaltschranks, ausgebildet sein. Ferner kann das Gehäuse zum Anordnen außerhalb eines Baugruppenträgers, beispielsweise eines Racks oder eines Schaltschranks, ausgebildet sein.
  • Die elektrischen Signale können beispielsweise digitale und/oder analoge elektrische Signale sein. Ferner können die elektrischen Signale beispielsweise Eingangs- und/der Ausgangssignale sein. Ferner beispielsweise können die elektrischen Signale elektrische Logiksignale sein.
  • Die Verarbeitungskomponente kann auch als Signalverarbeitungseinheit bezeichnet werden. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente dazu ausgebildet sein, eine Prozesssteuerung auszuführen. Die Steuerkomponente kann dazu ausgebildet sein, die elektrischen Signale von dem wenigstens einen Feldgerät (beispielsweise einem Sensor) zu erfassen und/oder zu verarbeiten. Die erfassten und/oder verarbeiteten Signale können Eingangssignale sein, welche den Zustand von Prozessgrößen angeben. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente dazu ausgebildet sein, die elektrischen Signale an das wenigstens eine Feldgerät (beispielsweise einen Aktor) zu senden. Die gesendeten Signale können Ausgangssignale sein, welche die Prozessgrößen steuern oder regeln. Die Aktoren können dazu ausgebildet sein, die Ausgangssignale von der Steuerkomponente zu empfangen und Maßnahmen zur Beeinflussung der Prozessgrößen auszuführen.
  • Die elektrischen Signale können einen oder mehrere Werte (beispielsweise einen Istwert im Eingangssignal oder einen Sollwert im Ausgangssignal) umfassen und/oder zum Übertragen von einem oder mehreren Werten verwendet werden. Die Werte können Prozessgrößen betreffen.
  • Das wenigstens eine Feldgerät kann einen Aktor und/oder einen Sensor umfassen. Der Aktor kann beispielsweise ein Stellglied oder ein Ventil umfassen. Der Sensor kann beispielsweise einen Messumformer umfassen. Die Steuerkomponente kann mittels der ausgetauschten elektrischen Signale einen Prozess, insbesondere einen Automatisierungsprozess oder eine technische Anlage, überwachen oder steuern (vorzugsweise regeln). Alternativ oder ergänzend kann das mindestens eine Feldgerät ein Teil einer (beispielsweise fertigungstechnischen oder verfahrenstechnischen) Anlage sein und/oder eine technische Einrichtung im Bereich der Automatisierungstechnik sein, beispielsweise in einem Automatisierungsprozess eingesetzt oder einsetzbar sein.
  • Ferner kann das mindestens eine Feldgerät entfernt von dem Feldsteuersystem angeordnet sein. Beispielsweise kann das mindestens eine Feldgerät mittels der elektrischen Signale von dem Feldsteuersystem ferngesteuert sein.
  • Optional kann das wenigstens eine Feldgerät mittels eines Feldbusses mit der Verarbeitungskomponente elektrisch leitend verbunden sein. Alternativ kann jeweils ein Kanal der Verarbeitungskomponente mit jeweils einem des wenigstens einen Feldgeräts elektrisch leitend verbunden sein. Die Verarbeitungskomponente kann, beispielsweise je Kanal, einen Trennverstärker oder ein Relais umfassen.
  • Die Verarbeitungskomponente kann die elektrischen Signale zu dem wenigstens einem Feldgerät senden und/oder von dem wenigstens einem Feldgerät empfangen. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente die elektrischen Signale zu dem Steuersystem senden und/oder von dem Steuersystem empfangen.
  • Die elektrischen Signale können Statusinformationen oder Steuersignale umfassen. Die Steuerkomponente kann dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Feldgerät zu steuern, vorzugsweise zu regeln. Die Steuerkomponente kann dazu ausgebildet sein, mittels der elektrischen Signale Steuersignale an das wenigstens eine Feldgerät zu senden und/oder Informationen von dem Feldgerät mittels der elektrischen Signale zu empfangen. Ferner kann die Steuerkomponente dazu ausgebildet sein, mittels von dem Steuersystem empfangener Signale gesteuert zu werden und/oder Informationen von dem wenigstens einen Feldgerät mittels der elektrischen Signale an das Steuersystem zu senden.
  • Die Steuerkomponente kann ferner dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Feldgerät (beispielsweise nach Maßgabe des Steuersystems) zu steuern (vorzugsweise zu regeln). Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Feldgerät unabhängig vom Steuersystems zu steuern (vorzugsweise zu regeln), beispielsweise für eine erste Zeitspanne.
  • Ferner kann das Steuersystem zum Steuern und/oder Regeln der Verarbeitungskomponente und/oder des wenigstens einen Feldgeräts ausgebildet sein.
  • Die Steuerkomponente und das Steuersystem können das wenigstens eine Feldgerät hierarchisch steuern. Beispielsweise kann die Steuerkomponente dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Feldgerät (beispielsweise dessen Prozessgrößen) in Echtzeit zu steuern und/oder über eine erste Zeitspanne autonom oder unabhängig vom Steuersystem zu steuern. Das Steuersystem kann dazu ausgebildet sein, die Steuerkomponente zu steuern, beispielsweise Prozessparameter der Steuerkomponente zu steuern. Das Steuersystem kann die Prozessparameter für eine zweite Zeitspanne vorgeben, die größer als die erste Zeitspanne ist.
  • Der verbundene Zustand kann sich auf die Verarbeitungskomponente und die Steuerkomponente beziehen. Die Verarbeitungskomponente und die Steuerkomponente können mittels eines gemeinsamen Gehäuses und/oder irreversibel mechanisch verbunden sein.
  • Die elektrisch leitende Verbindung und/oder die mechanische Verbindung kann irreversible oder nicht zerstörungsfrei lösbar sein. Alternativ oder ergänzend können die Verarbeitungskomponente und die Steuerkomponente in einem gemeinsamen Gehäuse des Feldsteuersystems miteinander elektrisch leitend und mechanisch verbunden sein.
  • Die Steuerkomponente kann die elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und dem Steuersystem austauschen, indem die Steuerkomponente einzelne oder aggregierte oder alle Signale von dem wenigstens einen Feldgerät an das Steuersystem sendet. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente die elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und dem Steuersystem austauschen, indem die Steuerkomponente Prozessparameter oder Sollwerten zu Regelgrößen vom Steuersystem empfängt und das wenigstens eine Feldgerät nach Maßgabe der empfangenen Prozessparameter oder Sollwerte steuert oder regeln. Das Regeln kann ein Erfassen von Istwerten zu den Regelgrößen in den (vorzugsweise von der Verarbeitungskomponente verarbeiteten) elektrischen Signalen von dem wenigstens einen Feldgerät und/oder ein Senden von Stellwerten oder Steueranweisungen zu den Regelgrößen in den (vorzugsweise von der Verarbeitungskomponente zu verarbeitenden) elektrischen Signalen an das wenigstens eine Feldgerät umfassen. Die Stellwerte oder Steueranweisungen können von einer Abweichung, vorzugsweise einer Differenz, zwischen den Sollwerten und den Istwerten abhängen.
  • Die Verarbeitungskomponente und die Steuerkomponente können im verbundenen Zustand ferner dazu ausgebildet sein, Statusinformationen der Verarbeitungskomponente an die Steuerkomponente zu übertragen. Die Statusinformationen können beispielsweise Informationen über einen Funktionsumfang (kurz: eine Funktion), einen Betriebszustand, insbesondere einen Fehlerzustand, und/oder Kennungen der Steuerkomponente und/oder der Verarbeitungskomponente umfassen.
  • Die Statusinformationen der Verarbeitungskomponente können einen Funktionsumfang (kurz: eine Funktion) der von der Verarbeitungskomponente ausgeführten Verarbeitung der elektrischen Signale umfassen oder angeben (beispielsweise mittels einer Funktionskennung der Funktion). Alternativ oder ergänzend können die Statusinformationen ein Kommunikationsprotokoll und/oder eine Schnittstelle und/oder eine Signalform zum Austauschen der elektrischen Signale zwischen der Verarbeitungskomponente und der Steuerkomponente angeben oder bestimmten.
  • Die Verarbeitungskomponente und die Steuerkomponente können jeweils einen Steuerkomponentenanschluss beziehungsweise einen Verarbeitungskomponentenanschluss umfassen. Der Steuerkomponentenanschluss und der Verarbeitungskomponentenanschluss können dazu ausgebildet sein, die Verarbeitungskomponente und die Steuerkomponente im verbundenen Zustand miteinander elektrisch leitend, vorzugsweise auch mechanisch, zu verbinden. Alternativ oder ergänzend können der Steuerkomponentenanschluss und der Verarbeitungskomponentenanschluss jeweils eine Steckverbinderhälfte umfassen. Dabei kann jede der Steckverbinderhälften einen Stecker, eine Kontaktleiste oder einen oder mehrere Steckkontakte aufweisen. Die Steckverbinderhälfte kann zum mechanischen Verbinden und zum elektrischen leitenden Verbinden ausgebildet sein.
  • Das Feldsteuersystem kann ferner ein Gehäuse zur mechanischen Verbindung der Steuerkomponente und der Verarbeitungskomponente umfassen. Das Gehäuse, beispielsweise der Steuerkomponentenschacht und der Verarbeitungskomponentenschacht des Gehäuses, können die Verarbeitungskomponente und die Steuerkomponente relativ zueinander festlegen oder anordnen. Beispielsweise kann die mechanische Verbindung realisiert sein mittels eines Steuerkomponentenschachts im Gehäuse, der dazu ausgebildet ist, die Steuerkomponente aufzunehmen, und eines Verarbeitungskomponentenschachts im Gehäuse, der dazu ausgebildet ist, die Verarbeitungskomponente aufzunehmen.
  • Alternativ oder ergänzend kann das Feldsteuersystem eine Feldsteuersystemschnittstelle, beispielsweise einen Buskoppler umfassen. Die Feldsteuersystemschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Steuerkomponente und die Verarbeitungskomponente im verbundenen Zustand (beispielsweise im direkt miteinander verbundenen Zustand oder in den jeweiligen Schacht aufgenommen Zustand) miteinander elektrisch leitend zu verbinden.
  • Die Feldsteuersystemschnittstelle kann in das Gehäuse integriert sein. Beispielsweise kann eine Buchse im Verarbeitungskomponentenschacht mit einer Buchse im Steuerkomponentenschacht elektrisch leitend verbunden sein. Die Buchse im Verarbeitungskomponentenschacht kann im aufgenommenen Zustand der Verarbeitungskomponente mit dem Steuerkomponentenanschluss elektrisch leitend verbunden sein. Die Buchse im Steuerkomponentenschacht kann im aufgenommenen Zustand der Steuerkomponente mit dem Verarbeitungskomponentenanschluss elektrisch leitend verbunden sein. Ferner kann die jeweilige Buchse des Steuerkomponentenschachts und/oder des Verarbeitungskomponentenschachts zum elektrisch leitenden und mechanischen Verbinden der Steuerkomponente bzw. der Verarbeitungskomponente ausgebildet sein.
  • Das Feldsteuersystem kann ein oder mehrere Steuerkomponentenschächte und/oder ein oder mehrere Verarbeitungskomponentenschächte umfassen. Das Feldsteuersystem kann mit der im Steuerkomponentenschacht aufgenommenen Steuerkomponente und der im Verarbeitungskomponentenschacht aufgenommenen Verarbeitungskomponente modular ausgebildet sein.
  • Die Feldsteuersystemschnittstelle kann beispielsweise einen elektrisch leitenden Signalbus (beispielsweise einen seriellen Datenbus) umfassen, der die Verarbeitungskomponente mit der Steuerkomponente elektrisch leitend verbindet. Optional kann die Feldsteuersystemschnittstelle dazu ausgebildet sein, die elektrischen Signale zwischen der einen oder den mehreren Verarbeitungskomponenten und der einen oder den mehreren Steuerkomponenten auszutauschen.
  • Das Feldsteuersystem kann ferner eine Versorgungskomponente umfassen. Die Versorgungskomponente kann dazu ausgebildet sein, das Feldsteuersystem, die Steuerkomponente, und/oder die Verarbeitungskomponente mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Versorgungskomponente kann wenigstens einen Versorgungsanschluss zur Aufnahme der elektrischen Energie umfassen. Die Verarbeitungskomponente kann dazu ausgebildet sein, die aufgenommene elektrische Energie an einen Steckplatz der Verarbeitungskomponente und/oder an die Steuerkomponente zu leiten.
  • Der Versorgungsanschluss kann zum Anschließen einer elektrischen Energiequelle ausgebildet sein. Die elektrische Energiequelle kann ein Stromnetz, eine Batterie und/oder eine Spannungsquelle/Stromquelle umfassen. Die Versorgungskomponente kann dazu ausgebildet sein, eine Spannung umzusetzen, gleichzurichten und/oder zu glätten.
  • Die Versorgungskomponente kann zwei oder mehr Versorgungsanschlüsse aufweisen. Die Versorgungskomponente kann dazu ausgebildet sein, die elektrische Energie wahlweise von einem ersten Versorgungsanschluss der zwei oder mehr Versorgungsanschlüsse und von einem zweiten Versorgungsanschluss der zwei oder mehr Versorgungsanschlüsse aufzunehmen. Die wahlweise Aufnahme der elektrischen Energie von den zwei oder mehr Versorgungsanschlüsse kann eine redundante Versorgung des Feldsteuersystems, vorzugsweise der Steuerkomponente und/oder der Verarbeitungskomponente, mit der elektrischen Energie sicherstellen.
  • Die Versorgungskomponente kann ferner dazu ausgebildet sein, Statusinformationen der Versorgungskomponente an das Feldsteuersystem, vorzugsweise an die Steuerkomponente, zu übertragen. Die Steuerkomponente kann dazu ausgebildet sein, die Versorgungskomponente abhängig von den Statusinformationen anzusteuern.
  • Die Statusinformationen der Versorgungskomponente können einen Funktionsumfang (kurz: Funktion) der Versorgungskomponente angeben. Alternativ oder ergänzend können die Statusinformationen der Versorgungskomponente einen Status des wenigstens einen Versorgungsanschlusses oder jedes der Versorgungsanschlüsse umfassen. Beispielsweise können die Statusinformationen angeben, welcher Versorgungsanschluss zur Aufnahme der elektrischen Energie genutzt wird und/oder welche Spannung an dem oder jedem Versorgungsanschluss anliegt und/oder welcher Strom an dem oder jedem Versorgungsanschluss aufgenommen wird.
  • Alternativ oder ergänzend können die Statusinformationen einen Betriebszustand der Versorgungskomponente und/oder einen Fehlerzustand der Versorgungskomponente und/oder eine Kennung der Versorgungskomponente umfassen. Ferner können die Statusinformationen weiterführende Informationen der Versorgungskomponente umfassen, wie beispielsweise Angaben zu der ausgegebenen elektrischen Energie, zu Konfigurationen und/oder zu der verbauten Hardware der Versorgungskom ponente.
  • Ein zweiter Aspekt betrifft eine Verarbeitungskomponente zur Ausbildung eines Feldsteuersystems, vorzugsweise gemäß dem ersten Aspekt, und/oder zum Verarbeiten von zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und der Steuerkomponente ausgetauschten elektrischen Signalen. Die Verarbeitungskomponente umfasst wenigstens einen Feldgeräteanschluss, der zum elektrisch leitenden Verbinden mit dem wenigstens einem Feldgerät außerhalb des Feld-steuersystems ausgebildet ist. Ferner umfasst die Verarbeitungskomponente einen Steuerkomponentenanschluss, der zum elektrisch leitenden Verbinden mit der Steuerkomponente innerhalb des Feldsteuersystems ausgebildet ist. Die Verarbeitungskomponente ist dazu ausgebildet, die zwischen dem wenigstens einen Feldgeräteanschluss und dem Steuerkomponentenanschluss ausgetauschten elektrischen Signale zu verarbeiten.
  • Die Verarbeitungskomponente kann ferner ein jedes Merkmal umfassen, das im Kontext des ersten Aspekts oder des Feldsteuersystems offenbart ist, oder ein dementsprechendes Merkmal. Beispielsweise kann der Steuerkomponentenanschluss eine Steckverbinderhälfte, vorzugsweise einen Steckkontakt oder eine Kontaktleiste, umfassen.
  • Optional kann die Verarbeitungskomponente einen externen Steuerkomponentenanschluss umfassen, der zum elektrisch leitenden Verbinden mit einem externen Steuermodul, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) und/oder eines Leitsystems, vorzugsweise eines Prozessleitsystems (PLS, fachsprachlich auch: „Distributed Control System“ oder DCS), außerhalb des Feldsteuersystems ausgebildet ist. Die Verarbeitungskomponente kann zum Übertragen der elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgeräteanschluss und dem Steuerkomponentenanschluss und/oder dem externen Steuerkomponentenanschluss ausgebildet sein. Das externe Steuermodul kann eine bezüglich der Steuerkomponente redundante Steuerfunktion bereitstellen oder ermöglichen.
  • Die Ausbildung des Feldsteuersystems kann das elektrisch leitende und mechanische Verbinden der Verarbeitungskomponente mit der Steuerkomponente umfassen. Die Verarbeitungskomponente kann direkt mit der Steuerkomponente elektrisch leitend und mechanisch verbunden oder verbindbar sein. Alternativ oder ergänzend kann die Verarbeitungskomponente mit der Steuerkomponente in einem Gehäuse aufgenommen oder aufnehmbar sein.
  • Der Steuerkomponentenanschluss kann ferner zum mechanischen Verbinden mit der Steuerkomponente innerhalb des Feldsteuersystems ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann die Verarbeitungskomponente ein Gehäuse aufweisen, das dazu ausgebildet ist, mit der Steuerkomponente mechanisch verbunden zu werden und/oder die Steuerkomponente aufzunehmen.
  • Die Verarbeitungskomponente kann ferner wenigstens einen Steckplatz umfassen. Der oder jeder Steckplatz kann dazu ausgebildet sein, ein Signalverarbeitungsmodul elektrisch leitend und mechanisch mit der Verarbeitungskomponente zu verbinden. Der oder jeder Steckplatz kann beispielsweise eine Steckverbinderhälfte, beispielsweise eine Kontaktleistenbuchse, umfassen.
  • Der Steckplatz kann einen feldseitigen Anteil umfassen, in der Verarbeitungskomponente mit dem Feldgeräteanschluss elektrisch leitend verbunden ist. Der Steckplatz kann einen steuerseitigen Anteil umfassen, in der Verarbeitungskomponente mit dem Steuerkomponentenanschluss elektrisch leitend verbunden ist.
  • Optional kann die Verarbeitungskomponente wenigstens ein in den wenigstens einen Steckplatz gestecktes oder steckbares Signalverarbeitungsmodul umfassen. Das oder jedes Signalverarbeitungsmodul kann lösbar in den Steckplatz gesteckt oder steckbar sein. Beispielsweise kann das oder jedes Signalverarbeitungsmodul eine Steckverbinderhälfte, vorzugsweise einen Kontaktleistenstecker, umfassen, zur elektrische leitenden Verbindung mit dem Steckplatz.
  • Die Steckverbinderhälfte am Signalverarbeitungsmodul kann einen feldseitigen Anteil umfassen, der im gesteckten Zustand mit dem feldseitigen Anteil des Steckplatzes elektrisch leitend verbunden ist. Die Steckverbinderhälfte am Signalverarbeitungsmodul kann einen steuerseitigen Anteil umfassen, der im gesteckten Zustand mit dem steuerseitigen Anteil des Steckplatzes elektrisch leitend verbunden ist.
  • Das oder jedes Signalverarbeitungsmodul kann dazu ausgebildet sein, die zwischen dem wenigstens einen Feldgeräteanschluss und dem Steuerkomponentenanschluss und/oder dem externen Steuerkomponentenanschluss ausgetauschten elektrischen Signale zu verarbeiten. Beispielsweise kann jeder Steckplatz einem Feldgerät oder einem Kanal zum Austausch der elektrischen Signale mit dem wenigstens einen Feldgerät zugeordnet sein. Das oder jedes Signalverarbeitungsmodul kann die über den zugeordneten Kanal oder mit dem zugeordneten Feldgerät ausgetauschten elektrischen Signale verarbeiten.
  • Die Verarbeitungskomponente kann ferner dazu ausgebildet sein, Statusinformationen der Verarbeitungskomponente, vorzugsweise Statusinformationen des wenigstens einen Signalverarbeitungsmoduls, am Steuerkomponentenanschluss und/oder am externen Steuerkomponentenanschluss bereitzustellen.
  • Das oder jedes Signalverarbeitungsmodul kann seinen Funktionsumfang (kurz: Funktion) des Verarbeitens der ausgetauschten Signale als Statusinformationen der Verarbeitungskomponente an die Steuerkomponente übertragen.
  • Das Verarbeiten der elektrischen Signale, d.h. der Funktionsumfang, kann beispielsweise ein Umwandeln (beispielsweise ein Abtasten, Digitalisieren oder Verstärken) und/oder Auswerten (beispielsweise ein Diskretisieren) der elektrischen Signale umfassen. Alternativ oder ergänzend kann das oder jedes Signalverarbeitungsmodul gemäß der Funktion ein Signaleingang und/oder Signalausgang für das wenigstens eine oder zugeordnete Feldgerät sein. Die Funktion kann konfiguriert oder konfigurierbar sein, beispielsweise von der Steuerkomponente. Ferner kann das oder jedes Signalverarbeitungsmodul die elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und der Steuerkomponente übertragen.
  • Die Verarbeitungskomponente kann dazu ausgebildet sein, die den Funktionsumfang angebenden Statusinformationen des Signalverarbeitungsmoduls zu senden. Die den Funktionsumfang angebenden Statusinformationen können (vorzugsweise an die Steuerkomponente) gesendet werden in Reaktion auf das elektrisch leitende Verbinden (beispielsweise des Signalverarbeitungsmoduls mit einem korrespondierenden Steckplatz) und/oder in Reaktion auf das elektrisch leitende Verbinden der Verarbeitungskomponente mit der Steuerkomponente und/oder in Reaktion auf eine (beispielsweise drahtlos oder über den Steckplatz) von der Steuerkomponente erhaltene Anforderung des Funktionsumfangs.
  • Alternativ oder ergänzend kann die Verarbeitungskomponente (beispielsweise das oder jedes Signalverarbeitungsmodul) eine Schaltung zur galvanischen Trennung (auch: Trennschaltung oder Trennebene) der zwischen Feldgerät und der Steuerkomponente ausgetauschten elektrischen Signale umfassen.
  • Das Signalverarbeitungsmodul kann gemäß dem Funktionsumfang einen digitalen Eingang (DI), einen digitalen Ausgang (DO), einen analogen Eingang (AI) und/oder einen analogen Ausgang (AO) umfassen, vorzugsweise am feldseitigen Anteil der Steckverbinderhälfte am Signalverarbeitungsmodul bzw. des Steckplatzes. Der DI kann ein Eingang zum Erfassen und/oder Verarbeiten digitaler elektrischer Signale sein. Der DO kann ein Ausgang zum Verarbeiten und/oder Ausgeben von digitalen elektrischen Signalen sein. Der AI kann ein Eingang zum Erfassen und/oder Verarbeiten von analogen elektrischen Signalen sein. Der AO kann ein Ausgang zum Verarbeiten und/oder Ausgeben von analogen elektrischen Signalen sein.
  • Der Funktionsumfang des Signalverarbeitungsmoduls kann mindestens eine der folgenden Signalverarbeitungen umfassen. Eine erste Signalverarbeitung umfasst ein Umsetzen eines vom feldseitigen Anteil des Steckplatzes erfassten elektrischen Signals auf einen durch den steuerseitigen Anteil des Steckplatzes elektrisch leitend verbundenen DI der Steuerkomponente. Eine zweite Signalverarbeitung umfasst ein Umsetzen eines durch den steuerseitigen Anteil des Steckplatzes von einem DO der Steuerkomponente erfassten elektrischen Signals auf den feldseitigen Anteil des Steckplatzes. Eine dritte Signalverarbeitung umfasst ein Umsetzen eines vom feldseitigen Anteil des Steckplatzes erfassten elektrischen Signals auf einen durch den steuerseitigen Anteil des Steckplatzes elektrisch leitend verbundenen AI der Steuerkomponente. Eine vierte Signalverarbeitung umfasst ein Umsetzen eines durch den steuerseitigen Anteil des Steckplatzes von einem AO der Steuerkomponente erfassten elektrischen Signals auf den feldseitigen Anteil des Steckplatzes.
  • Eine fünfte Signalverarbeitung umfasst ein Bereitstellen eines digitalen DI zum mindestens einen Feldgerät am feldseitigen Anteil des Steckplatzes, wobei der DI dazu ausgebildet ist, die elektrischen Signale des mindestens einen Feldgeräts zu erfassen. Eine sechste Signalverarbeitung umfasst ein Bereitstellen eines DO zum mindestens einen Feldgerät am feldseitigen Anteil des Steckplatzes, wobei der DO dazu ausgebildet ist, die elektrischen Signale an das mindestens eine Feldgerät auszugeben. Eine siebte Signalverarbeitung umfasst ein Bereitstellen eines AI am feldseitigen Anteil des Steckplatzes zum mindestens einen Feldgerät, wobei der AI dazu ausgebildet ist, die elektrischen Signale des mindestens einen Feldgeräts zu erfassen. Eine achte Signalverarbeitung umfasst ein Bereitstellen eines AO am feldseitigen Anteil des Steckplatzes zum mindestens einen Feldgerät, wobei der AO dazu ausgebildet ist, die elektrischen Signale an das mindestens eine Feldgerät auszugeben.
  • Der Funktionsumfang kann mindestens zwei alternative Zustände der Signalverarbeitung des Signalverarbeitungsmoduls umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die Verarbeitungskomponente (beispielsweise das oder jedes Signalverarbeitungsmodul) dazu ausgebildet sein, über den Steuerkomponentenanschluss Steuersignale von der Steuerkomponente zu empfangen. Die Steuersignale können einen Zustand der alternativen Zustände vorgeben. Die Verarbeitungskomponente kann ferner dazu ausgebildet sein, den vorgegebenen Zustand der Signalverarbeitung anzunehmen.
  • Das oder jedes Signalverarbeitungsmodul kann einen Wandler für die elektrischen Signale umfassen. Beispielsweise können analoge oder digitale elektrische Signale umgesetzt werden. Der Wandler kann ein Analog-Digital-Wandler oder ein Digital-Analog-Wandler sein.
  • Ein dritter Aspekt betrifft eine Steuerkomponente zur Ausbildung eines Feldsteuersystems gemäß dem ersten Aspekt und/oder zum elektrisch leitenden und mechanischen Verbinden mit einer Verarbeitungskomponente gemäß dem zweiten Aspekt. Die Steuerkomponente umfasst ein Steuermodul, vorzugsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), das dazu ausgebildet ist, die elektrischen Signale mit dem wenigstens einen Feldgerät auszutauschen. Ferner umfasst die Steuerkomponente wenigstens ein konfigurierbares Verbindungsmodul und einen Verarbeitungskomponentenanschluss, die dazu ausgebildet sind, das Steuermodul mit der Verarbeitungskomponente zum Austauschen der elektrischen Signale über das konfigurierbare Verbindungsmodul elektrisch leitenden zu verbinden. Die Steuerkomponente umfasst ferner wenigstens einen Systemanschluss über den das Steuermodul mit einem Steuersystem elektrisch leitend verbunden oder verbindbar ist. Im verbundenen Zustand sind die elektrischen Signale mit dem Steuersystem austauschbar.
  • Das Steuermodul kann eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und/oder ein Leitsystem, vorzugsweise ein Prozessleitsystem (PLS, fachsprachlich auch: „Distributed Control System“ oder DCS) umfassen.
  • Die Steuerkomponente kann mittels des Verarbeitungskomponentenanschlusses mit der Verarbeitungskomponente mechanisch verbunden oder verbindbar sein. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente ein Gehäuse aufweisen, das mit der Verarbeitungskomponente verbundene oder verbindbare ist und/oder in dem die Verarbeitungskomponente aufgenommen oder aufnehmbar ist.
  • Das Steuermodul kann ferner dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Feldgerät, vorzugsweise nach Maßgabe des Steuersystems, zu steuern.
  • Die Steuerkomponente kann mittels des Verarbeitungskomponentenanschlusses, vorzugsweise einer Steckverbinderhälfte, mit der Verarbeitungskomponente elektrisch leitend und mechanisch verbunden oder verbindbar sein. Im verbundenen Zustand können die elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und dem Steuersystem mittels der Verarbeitungskomponente und der Steuerkomponente austauschbar sein.
  • Der Verarbeitungskomponentenanschluss kann zur elektrisch leitenden Verbindung mit der Verarbeitungskomponente über die Feldsteuersystemschnittstelle und/oder direkt mit dem Steuerkomponentenanschluss der Verarbeitungskomponente ausgebildet sein.
  • Indem die Steuerkomponente die elektrischen Signale über die Verarbeitungskomponente mit dem wenigstens einen Feldgerät austauscht, kann die Verarbeitungskomponente die zwischen dem wenigstens einen Feldgerät und der Steuerkomponente ausgetauschten elektrischen Signale verarbeiten, beispielsweise deren Signalform, umsetzen, vorzugsweise zur Steuerung der Feldgeräte und/oder zur Weiterleitung der verarbeiteten Signale an das Steuersystem.
  • Das wenigstens eine konfigurierbare Verbindungsmodul kann wenigstens eine Verbindungsleitung oder einen Verbindungskontakt des Verarbeitungskomponentenanschlusses umfassen. Das oder jedes konfigurierbare Verbindungsmodul kann einen Ein- und/oder Ausgabekanal (kurz: I/O-Port) der Steuerkomponente am Verarbeitungskomponentenanschluss bereitstellen. Der vom konfigurierbaren Verbindungsmodul bereitgestellte Ein- und/oder Ausgabekanal (I/O-Port) kann auch als konfigurierbarer Ein- und/oder Ausgabekanal (konfigurierbarer I/O-Port) bezeichnet werden.
  • Das wenigstens eine konfigurierbare Verbindungsmodul kann dazu ausgebildet sein, nach Maßgabe einer Konfiguration des (oder des jeweiligen) konfigurierbaren Verbindungsmoduls an der wenigstens einen Verbindungsleitung oder dem wenigstens eine Verbindungskontakt des Verarbeitungskomponentenanschlusses die elektrischen Signale wahlweise zu erfassen oder auszugeben (beispielsweise die elektrischen Signale entweder zu erfassen oder auszugeben). Alternativ oder ergänzend kann das wenigstens eine konfigurierbare Verbindungsmodul dazu ausgebildet sein, nach Maßgabe der Konfiguration des (oder des jeweiligen) konfigurierbaren Verbindungsmoduls an der wenigstens einen Verbindungsleitung oder dem wenigstens eine Verbindungskontakt des Verarbeitungskomponentenanschlusses wahlweise analoge oder digitale elektrische Signale (beispielsweise entweder analoge oder digitale elektrische Signale) zu verarbeiten.
  • Die Verbindungsleitung kann eine Verbindungsleitung zwischen dem konfigurierbaren Verbindungsmodul und dem Verarbeitungskomponentenanschluss sein, beispielsweise eine Leiterbahn. Alternativ oder ergänzend kann der Verbindungskontakt ein Kontakt im Verarbeitungskomponentenanschluss sein.
  • Mit anderen Worten, das konfigurierbare Verbindungsmodul kann dazu ausgebildet sein, die wenigstens eine Verbindungsleitung des Verarbeitungskomponentenanschlusses wahlweise als Signaleingang oder als Signalausgang zu betreiben und/oder an der wenigstens einen Verbindungsleitung des Verarbeitungskomponentenanschlusses wahlweise analoge oder digitale Signal zu verarbeiten. Die Konfiguration des konfigurierbaren Verbindungsmoduls (beispielsweise ein Modus des konfigurierbaren Verbindungsmoduls) kann bestimmen, ob die elektrischen Signale entweder erfasst oder ausgegeben werden, und/oder ob die elektrischen Signale analoge oder digitale sind.
  • Das Steuermodul kann ferner dazu ausgebildet sein, die Konfiguration (beispielsweise den Modus) des Verbindungsmoduls zu steuern (beispielsweise zu bestimmen).
  • Das Steuermodul kann ferner dazu ausgebildet sein, die Konfiguration des konfigurierbaren Verbindungsmoduls in Reaktion auf die erfassten Statusinformationen der Verarbeitungskomponente zu verändern. Beispielsweise kann die Konfiguration des konfigurierbaren Verbindungsmoduls angepasst werden an die Funktion des Signalverarbeitungsmoduls, das über das konfigurierbare Verbindungsmodul mit dem Steuermodul verbunden ist.
  • Aufgrund der Statusinformationen, welche den Funktionsumfang der Verarbeitung des zwischen dem mindestens einen Feldgerät und dem Steuersystem ausgetauschten elektrischen Signale angeben, kann die Steuerkomponente und/oder das Steuersystem (beispielsweise indem die Steuerkomponente die Statusinformationen an das Steuersystem sendet) feststellen, ob ein (beispielsweise funktionell) richtiges oder ausreichendes Signalverarbeitungsmodul vorhanden ist und/oder ob das Signalverarbeitungsmodul im richtigen Steckplatz eingesteckt ist.
  • Beispielsweise kann bei einer Änderung oder Erweiterung eines von der Steuerkomponente und/oder dem Steuersystem gesteuerten Prozesses (der beispielsweise mittels des mindestens einen Feldgeräts umgesetzt wird) festgestellt werden, ob dieser Prozess mittels der Funktionen des Signalverarbeitungsmoduls gemäß dem Funktionsumfang ausführbar ist. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente und/oder das Steuersystem eine Ablaufsteuerung des Prozesses schrittweise dahingehen überprüfen, dass eine in jedem Schritt erforderliche Funktion vom angegebenen Funktionsumfang umfasst ist.
  • Die (vorzugsweise verarbeiteten) elektrischen Signale von der Verarbeitungskomponente können mittels der Steuerkomponente an das Steuersystem gesendet werden. Alternativ oder ergänzend können die (vorzugsweise zu verarbeitenden) elektrischen Signale von dem Steuersystem mittels der Steuerkomponente empfangen und an die Verarbeitungskomponente geleitet werden.
  • Die Steuerkomponente kann dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Feldgerät zu steuern und/oder zu regeln, beispielsweise gemäß einem Automatisierungsprozess. Die Steuerkomponente kann Statusinformationen von dem wenigstens einen Feldgeräten auslesen und/oder Steuersignale an das wenigstens eine Feldgeräte senden. Die Steuerkomponente, beispielsweise das Steuermodul, kann einen Prozessor und einen vom Prozessor lesbaren Speicher umfassen, in dem ein Steuer- oder Anwenderprogramm kodiert ist, bei dessen Ausführung der Prozessor die Statusinformationen ausliest und/oder Steuerbefehle sendet. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente von einer weiteren Steuerkomponente (beispielsweise der externen Steuerkomponente) und/oder einer Leitwarte (beispielsweise dem Steuersystem) angesteuert und/oder ausgelesen werden. Die Leitwarte kann eine weitere Steuerkomponente umfassen, welche zum Steuern und/oder Auslesen der Steuerkomponente des Feldsteuersystems ausgebildet sein kann. Das Auslesen kann ein Auslesen der ausgetauschten elektrischen Signale und/oder von Statusinformationen der Signalverarbeitungsmodule umfassen.
  • Das Steuermodul kann dazu ausgebildet sein, die Statusinformationen zu erfassen und/oder auszuwerten und/oder zu verarbeiten und/oder an das Steuersystem zu übertragen. Alternativ oder ergänzend kann das Steuermodul Statusinformationen des Steuermoduls (beispielsweise einen Betriebszustand und/oder einen Fehlerzustand des Steuermoduls) an die Systemsteuerung senden.
  • Die Steuerkomponente (beispielsweise das Steuermodul) kann wenigstens eine serielle oder parallele Schnittstelle umfassen, die mit dem Verbindungsmodul zum Austauschen der elektrischen Signale (beispielsweise der Steuersignale und/oder der Statusinformationen) verbunden sein. Alternativ oder ergänzend kann die Steuerkomponente (beispielsweise das Steuermodul) eine serielle oder parallele Schnittstelle umfassen, die dazu ausgebildet ist, die Statusinformationen von der Verarbeitungskomponente und/oder von der Versorgungskomponente zu empfangen. Alternativ oder ergänzend kann das Steuermodul eine serielle oder parallele Schnittstelle umfassen, die dazu ausgebildet ist die Konfiguration an das Verbindungsmodul zu senden.
  • Alternativ oder ergänzend kann der Systemanschluss ein Netzwerkanschluss sein.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter und wahlweise kombinierbarer Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Blockansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Feldsteuersystems zum Verarbeiten ausgetauschter Signale mit einer Verarbeitungskomponente und einer Steuerkomponente;
    • 2 eine schematische Blockansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Feldsteuersystems, das als Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels mit mehreren Steckplätzen realisierbar ist;
    • 3 eine schematische Blockansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des Feldsteuersystems, das als Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels mit einer Versorgungskomponente realisierbar ist;
    • 4 eine schematische Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels des Feldsteuersystems;
    • 5 eine schematische Blockansicht eines fünften Ausführungsbeispiels des Feldsteuersystems, das als Weiterbildung des dritten Ausführungsbeispiels mit außerhalb des Feldsteuersystems angeordneten Steuerkomponenten realisierbar ist; und
    • 6 eine schematische Blockansicht mehrerer miteinander elektrisch leitend verbundener Feldsteuersysteme nach einem der Ausführungsbeispiele.
  • Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines allgemein mit Bezugszeichen 100 bezeichneten Feldsteuersystems. Das Feldsteuersystem 100 umfasst eine Steuerkomponente 130, die dazu ausgebildet ist, elektrische Signale mit einem Feldgerät 140 auszutauschen. Ferner umfasst das Feldsteuersystem 100 eine Verarbeitungskomponente 120, die dazu ausgebildet ist, die zwischen dem Feldgerät 140 und der Steuerkomponente 130 ausgetauschten elektrischen Signale zu verarbeiten. Dabei sind die Verarbeitungskomponente 120 und die Steuerkomponente 130 mechanisch und elektrisch verbunden oder verbindbar. Vorzugsweise sind im verbundenen Zustand die elektrischen Signale zwischen dem Feldgerät 140 und einem Steuersystem 150 mittels der Verarbeitungskomponente 120 und der Steuerkomponente 130 austauschbar.
  • Die Steuerkomponente 130 ist dazu ausgebildet, das Feldgerät 140 nach Maßgabe des Steuersystems 150 zu steuern.
  • Vorzugsweise sind die Verarbeitungskomponente 120 und/oder die Steuerkomponente 130 ferner dazu ausgebildet, Statusinformationen wechselseitig zu senden und/oder zu empfangen.
  • Die Verarbeitungskomponente 120 und die Steuerkomponente 130 weisen jeweils einen Verarbeitungskomponentenanschluss 128 (beispielsweise eine Steckverbinderhälfte) und einen Steuerkomponentenanschluss 132 (beispielsweise eine Steckverbinderhälfte) auf, die dazu ausgebildet sind, die Verarbeitungskomponente 120 und die Steuerkomponente 130 im verbunden Zustand miteinander elektrisch, und vorzugsweise mechanisch, zu verbinden.
  • Vorzugsweise umfasst das Feldsteuersystem 100 ein Gehäuse 101, in dem die Steuerkomponente 130 und die Verarbeitungskomponente 120 angeordnet sind.
  • Optional weist das Gehäuse 101 einen Steuerkomponentenschacht auf, der dazu ausgebildet ist, die Steuerkomponente 130 und die Verarbeitungskomponente 120 aufzunehmen. Ferner weist das Gehäuse 101 einem Verarbeitungskomponentenschacht, der dazu ausgebildet ist, die Verarbeitungskomponente 120 aufzunehmen. Das Gehäuse 101 umfasst eine Feldsteuersystemschnittstelle 102, die dazu ausgebildet ist, die Steuerkomponente 130 und die Verarbeitungskomponente 120 elektrisch zu verbinden, vorzugsweise über den Steuerkomponentenanschluss 128 und den Verarbeitungskomponentenanschluss 132.
  • Die Verarbeitungskomponente 120 umfasst einen Feldgeräteanschluss 122, der zum elektrisch leitenden Verbinden mit dem Feldgeräte 140 ausgebildet ist. Der Steuerkomponentenanschluss 128 der Verarbeitungskomponente 120 ist dazu ausgebildet, innerhalb des Feldsteuersystems 100 die elektrische Verbindung zur Steuerkomponente 130 herzustellen. Vorzugsweise umfasst die Verarbeitungskomponente 120 einen externen Steuerkomponentenanschluss 124, der zum elektrisch leitenden Verbinden mit einem externen Steuermodul 160, vorzugsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), außerhalb des Feldsteuersystems 100 ausgebildet ist. Dabei ist die Verarbeitungskomponente 120 zum Übertragen der elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgeräteanschluss 122 und dem Steuerkomponentenanschluss 128 und/oder dem externen Steuerkomponentenanschluss 124 ausgebildet.
  • Das externe Steuermodul 160 kann beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und/oder ein Leitsystem, vorzugsweise ein Prozessleitsystem (PLS, fachsprachlich auch: „Distributed Control System“ oder DCS) umfassen.
  • Das Steuermodul 160 kann „extern“ sein in dem Sinne, dass es außerhalb des Feldsteuersystems 100 ausgebildet ist.
  • Die Verarbeitungskomponente 120 umfasst einen Steckplatz 126, der dazu ausgebildet ist, ein Signalverarbeitungsmodul 170 elektrisch und mechanisch mit der Verarbeitungskomponente 120 zu verbinden. Dabei ist das Signalverarbeitungsmodul 170 zum Verarbeiten der elektrischen Signale und/oder zum Übertragen der elektrischen Signale zwischen dem Feldgeräteanschluss 122 und dem externen Steuerkomponentenanschluss 124 ausgebildet ist. Beispielsweise umfasst der Steckplatz 126 einen feldseitigen Anteil, der mit dem Feldgeräteanschluss elektrisch leitend verbunden ist, und einen steuerseitigen Anteil, der mit dem Steuerkomponentenanschluss 128 elektrisch leitend verbunden ist. Entsprechen kann eine Steckverbinderhälfte 172 am Signalverarbeitungsmodul 170, die in den Steckplatz 126 steckbar ist, einen steuerseitigen und einen feldseitigen Anteil umfassen, der im gesteckten Zustand mit dem steuerseitigen bzw. feldseitigen Anteil des Steckplatzes 126 elektrisch leitend verbunden ist.
  • Die Verarbeitungskomponente 120 ist ferner dazu ausgebildet, Statusinformationen der Verarbeitungskomponente 120 (beispielsweise des Signalverarbeitungsmoduls 170) und/oder des Feldgeräts 140 über den Steuerkomponentenanschluss 128 und/oder über den externen Steuerkomponentenanschluss 124 bereitzustellen.
  • Die Steuerkomponente 130 steuert (beispielsweise nach Maßgabe des Steuersystem 150) das Feldgeräte 140, indem die elektrischen Signale Steuersignale umfassen, die an das Feldgeräte 140 gesendet werden. Im Fall einer Regelung des Feldgeräts 140 durch die Steuerkomponente 130 können die elektrischen Signale Rückmeldungen vom Feldgerät 140 umfassen, beispielsweise Ist-Werte.
  • Die Steuerkomponente 130 umfasst den Verarbeitungskomponentenanschluss 132, ein Steuermodul 134 (beispielsweise eine SPS), ein konfigurierbares Verbindungsmodul 136 und wenigstens einen Systemanschluss 138. Dabei ist das konfigurierbare Verbindungsmodul 136 zum elektrisch leitenden Verbinden mittels des Verarbeitungskomponentenanschluss 132 mit der wenigstens einen Verarbeitungskomponente 120 ausgebildet ist. Das konfigurierbare Verbindungsmodul 136 ist vorzugsweise zum elektrisch leitenden Verbinden über die Feldsteuersystemschnittstelle 102 ausgebildet.
  • Ferner ist das Steuermodul 134 über den wenigstens einen Systemanschluss 138, beispielsweise einen Ethernet-Anschluss und/oder ein anderes industrielles Bussystem, mit dem Steuersystem 150 elektrisch leitend verbindbar. Die elektrisch leitende Verbindung kann eine oder mehrere Netzwerkweichen (fachsprachlich: Switches) zwischen dem Systemanschluss 138 und dem Steuersystem 150 umfassen.
  • Das konfigurierbare Verbindungsmodul 134 weist wenigstens eine Verbindungsleitung auf, die dazu ausgebildet ist, als ein Signaleingang und/oder Signalausgang konfiguriert zu werden und/oder dazu ausgebildet ist, analoge und/oder digitale elektrische Signale zu verarbeiten (beispielsweise zu erfassen und/oder auszugeben).
  • Das Steuermodul 134 ist dazu ausgebildet, Statusinformationen des Feldsteuersystems 100 zu erfassen, wobei die Statusinformationen von dem Steuermodul 134 ausgewertet und verarbeitet werden und/oder an das Steuersystem 150 übertragen werden. Jede Komponente oder jedes Modul des Feldsteuersystems 100 kann die Statusinformationen bereitstellen.
  • Die Steuerkomponente 130 kann eine serielle oder parallele Schnittstelle zum Austausch der elektrischen Signale zwischen dem Steuermodul 134 und dem konfigurierbaren Verbindungsmodul 136 umfassen. Vorzugsweise wird die Konfiguration des konfigurierbaren Verbindungsmoduls 136 über die serielle oder parallele Schnittstelle vom Steuermodul 134 bestimmt oder verändert.
  • Das Steuermodul 134 kann die Statusinformationen (beispielsweise zusammen mit den elektrischen Signalen oder als die elektrischen Signale) über die serielle oder parallele Schnittstelle empfangen. Alternativ oder ergänzend kann das Steuermodul 134 eine weitere Schnittstelle (beispielsweise eine weitere elektrisch leitende serielle oder parallele Schnittstelle oder eine Funkschnittstelle) umfassen, die dazu ausgebildet ist, die Statusinformationen zu empfangen.
  • Ferner zeigt die 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Feldsteuersystems 100, bei dem das Feldsteuersystem 100 aus dem Gehäuse 101 gebildet ist. Dabei umfasst das Gehäuse 101 den Steuerkomponentenschacht, der die Steuerkomponente 130 elektrisch leitend mit dem Feldsteuersystem 100 verbindet und mechanisch an dem Gehäuse 101 anordnet. Ebenso umfasst das Gehäuse den Verarbeitungskomponentenschacht, der die Verarbeitungskomponente 120 elektrisch leitend mit dem Feldsteuersystem 100 verbindet und mechanisch an dem Gehäuse 101 anordnet.
  • Das erste Ausführungsbeispiel zeigt ferner, dass die Feldsteuersystemschnittstelle 102 dazu ausgebildet ist, die Steuerkomponente 130 und die Verarbeitungskomponente 120 im aufgenommen Zustand elektrisch zu verbinden.
  • 2 zeigt eine schematische Blockansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Feldsteuersystems 100. Das zweite Ausführungsbeispiel kann für sich oder als Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels mit mehreren Steckplätzen realisiert sein.
  • Die Verarbeitungskomponente 120 umfasst mindestens zwei Steckplätze 126, die jeweils dazu ausgebildet sind, ein Signalverarbeitungsmodul 170 elektrisch und mechanisch mit der Verarbeitungskomponente 120 zu verbinden, beispielsweise einzustecken. Jedes der verbundenen Signalverarbeitungsmodule 170 verarbeitet einen Teil der elektrischen Signale und/oder überträgt den Teil der elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgeräteanschluss 122 und dem Steuerkomponentenanschluss 128 und/oder dem externen Steuerkomponentenanschluss 124. Beispielsweise ist jedes Signalverarbeitungsmodul 170 für die elektrischen Signale eines anderen Kanals zum wenigstens einen Feldgerät 140 oder für die elektrischen Signale eines anderen Feldgeräts 140 zuständig.
  • Vorzugsweise sind die Steckplätze 126 einheitlich. Beispielsweise ist jedes der Signalverarbeitungsmodule 170 in einen der Steckplätze 126 steckbar. Verschiedene Steckplätze 126 können (beispielsweise deren feldseitiger Anteil) über den Feldgeräteanschluss 122 mit verschiedenen Feldgeräten 140 elektrisch leitend verbunden sein.
  • Das Verbindungsmodul 136 kann gemäß seiner Konfiguration mindestens zwei UIO-Ports bereitstellen. Der steuerseitige Anteil verschiedener Steckplätze 126 kann, vorzugsweise über den Steuerkomponentenanschluss 128, mit verschiedenen UIO-Ports des Verbindungsmoduls 136 elektrisch leitend verbunden sein.
  • Das Steuermodul 134 verändert in Reaktion auf die Statusinformationen der verschiedenen Signalverarbeitungsmodule 170 die Konfiguration des jeweiligen UIO-Ports des Verbindungsmoduls 136 so, dass dieser (beispielsweise hinsichtlich Kommunikationsrichtung und/oder Signalform) zur Funktion des jeweiligen Signalverarbeitungsmoduls 170 passt.
  • 3 zeigt eine schematische Blockansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des Feldsteuersystems 100. Das dritte Ausführungsbeispiel kann für sich oder als Weiterbildung oder Erweiterung des ersten und/oder zweiten Ausführungsbeispiels realisiert sein.
  • Das dritte Ausführungsbeispiel des Feldsteuersystems 100 umfasst eine Versorgungskomponente 202. Beispielsweis weist das Gehäuse 101 einen Versorgungskomponentenschacht auf, in dem die Versorgungskomponente 202 aufgenommen oder aufnehmbar ist.
  • Die Versorgungskomponente 202 versorgt das Feldsteuersystem 100 (vorzugsweise die Verarbeitungskomponente 120 und/oder jeden Steckplatz 126) mit elektrischer Energie. Die Versorgungskomponente 202 kann einen Energiespeicher umfassen und/oder die Energie über einen externen Versorgungsanschluss 204 aufnehmen. Die Versorgungskomponente 202 kann über eine Versorgungsleitung 208 die Steuerkomponente 130 und/oder über eine Versorgungsleitung 209 die Verarbeitungskomponente 120 mit der elektrischen Energie versorgen.
  • Bezugszeichen der Form XYZ.1, XYZ.2, etc. können jeweils ein Ausführungsbeispiel des Merkmals XYZ sein.
  • Vorzugsweise umfasst die Versorgungskomponente 202 einen ersten Versorgungsanschluss 204 und einen zweiten Versorgungsanschluss 204 zum Versorgen eines Steckplatzes 126 der Verarbeitungskomponente 120 und der Steuerkomponente 130 mit der elektrischen Energie mittels der Versorgungskomponente 202. Die Versorgungskomponente 202 ist dazu ausgebildet, die elektrische Energie wahlweise über den ersten Versorgungsanschluss 204 und/oder über den zweiten Versorgungsanschluss 204 aufzunehmen.
  • Die Versorgungskomponente 202 ist zum Bereitstellen von Statusinformationen der Versorgungskomponente 202 an das Feldsteuersystem 100 ausgebildet.
  • Die Versorgungskomponente 202 umfasst optional einen Versorgungskommunikationsanschluss 206, der dazu ausgebildet ist, die Statusinformationen außerhalb des Feldsteuersystems 100 bereitzustellen.
  • Beispielsweise nimmt die Versorgungskomponente 202 am ersten Versorgungsanschluss 204 die elektrische Energie über eine oder von einer ersten Energieversorgung 210 auf. Der zweite Versorgungsanschluss 204 nimmt ferner die elektrische Energie über eine oder von einer zweiten Energieversorgung 210 auf. Vorzugsweise nimmt die Versorgungskomponente 202 die elektrische Energie von der ersten Energieversorgung 210 auf und wechselt bei einem Ausfall der ersten Energieversorgung 210 zur zweiten Energieversorgung 210.
  • 4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines vierten Ausführungsbei-spiels des Feldsteuersystems 100, das für sich oder als Weiterbildung eines jeden anderen Ausführungsbeispiels realisiert sein kann. Das Feldsteuersystems 100 kann modular gestaltet sein, beispielsweise durch mittels der Anschlüsse 128 und 132 lösbar verbundene Komponenten 120 und 130. Alternativ oder ergänzend kann eine Sandwich-Bauweise der Leiterplatten der Steuerkomponente 130, der Verarbeitungskomponente 120 und/oder einer Versorgungskomponente 202 (beispielsweise mit Versorgungsleitung 208 zur Steuerkomponente 130 und/oder Versorgungsleitung 209 zur Verarbeitungskomponente 120) im Gehäuse 101 angeordnet oder anordenbar sein.
  • Ferner zeigt die 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel, das für sich oder als Weiterbildung eines jeden anderen Ausführungsbeispiels realisiert sein kann. Im fünften Ausführungsbeispiel ist der Steuerkomponentenanschluss 128 des Feldsteuersystems 100 dazu ausgebildet, eine erste Steuerkomponente 130 und eine zweite Steuerkomponente 130 mit dem Feldsteuersystem 100 (beispielsweise mit der Verarbeitungskomponente 120 und vorzugsweise mit der Versorgungskomponente 202) elektrisch leitend und/oder mechanisch zu verbinden. Optional ist die erste Steuerkomponente 130 und die zweite Steuerkomponente 130 außerhalb des Gehäuse 101 angeordnet.
  • Jede der ersten Steuerkomponente 130 und der zweiten Steuerkomponente 130 kann ein Ausführungsbeispiel der vorstehend beschriebenen Steuerkomponente 130 sein, beispielsweise mindestens ein Merkmal oder sämtliche Merkmale der Steuerkomponente 130 umfassen.
  • Beispielsweise ist die Feldsteuersystemschnittstelle 102 dazu ausgebildet, die erste Steuerkomponente 130 und die zweite Steuerkomponente 130 mit der Verarbeitungskomponente 120 elektrisch leitend zu verbinden.
  • Optional ist die erste Steuerkomponente 130 mit einem ersten Steuersystem 150 und die zweite Steuerkomponente 130 ist mit einem zweiten Steuersystem 150 elektrisch leitend verbunden.
  • Die 6 zeigt schematisch ein Anwendungsbeispiel eines oder mehrerer Feldsteuersysteme 100 mit jeweils einer Verbindung zu mindestens einem weiteren Feldsteuersystem 100. Jedes Feldsteuersystem 100 kann nach einem der Ausführungsbeispiele realisiert sein, insbesondere können verschiedene Ausführungsbeispiele des Feldsteuersystems 100 im Anwendungsbeispiel kombiniert sein. Beispielsweise sind zwei, drei (wie exemplarisch nachstehend beschrieben) oder mehr Feldsteuersysteme 100 kombiniert.
  • Die Steuerkomponente 130 eines ersten Feldsteuersystems 100 weist einen Feldsteuersystemverbindungsanschluss 402 auf, der mit einem Feldsteuersystemverbindungsanschluss 402 eines zweiten Feldsteuersystems 100 und einem dritten Feldsteuersystemverbindungsanschluss 402 eines dritten Feldsteuersystems 100 verbunden ist. Der Feldsteuersystemverbindungsanschluss 402 kann ein Netzwerkanschluss, beispielsweise ein Ethernet-Anschluss, sein.
  • Das erste Feldsteuersystem 100, das zweite Feldsteuersystem 100 und/oder das dritte Feldsteuersystem 100 sind nach einem der Ausführungsbeispiele ausgebildet. Ferner ist das erste Feldsteuersystem 100, das zweite Feldsteuersystem 100 und/oder das dritte Feldsteuersystem 100 mittels des jeweiligen Feldsteuersystemverbindungsanschlusses 402 dazu ausgebildet, die elektrischen Signale und/oder elektrische Steuersignale untereinander auszutauschen oder weiterzuleiten.
  • Das Feldsteuersystem 100 kann am Feldsteuersystemverbindungsanschluss 402 einen universellen Prozessbus 402 bereitstellen. Alternativ oder ergänzend kann das Feldsteuersystem 100 immer mit dem gleichen Gehäuse 101, beispielsweise als einheitliche Plattform, in einem Schaltschrank (beispielsweise auf einer Tragschiene, eingebaut oder einbaubar sein. Das Feldsteuersystem 100 kann als Net-Base bezeichnet werden.
  • Die genannte Net-Base 100 kann aktive Komponente umfassen, welche unter anderem die Steuerkomponente 130 als Buskoppler umfassen. Diese Buskoppler 130 können das Interface zwischen dem Steuersystem 150 als einer übergeordneten Steuerung und den Signalverarbeitungsmodulen 170 (beispielsweise fachsprachlich sogenannten „input/output accessory“ oder IOA) bilden. Der Buskoppler 130 kann universelle oder konfigurierbare Verbindungsmodule 136 mit mehreren I/O-Ports umfassen. Damit ist gemeint, dass die entsprechenden I/O-Ports zwischen den Signalformen DI, DO, AI und AO umgeschaltet werden können. Die Anzahl der I/O-Ports kann ferner durch das nachträgliche hinzufügen weiterer Net-Base 100 angepasst werden.
  • Ferner kann die Net-Base 100 eine Spannungsversorgung als Versorgungskomponente 202. Alternativ oder ergänzend können die Anschlüsse 402 und/oder 138 eine Anbindung an einen industriellen Daten-Bus bereitstellen, beispielsweise eine Ankopplung mittels drahtgebundener Ethernet-, Glasfaser- oder Funk-Technologien. Ferner können über den industriellen Daten-Bus Daten übermittelt werden, um beispielsweise eine Big Data Struktur aufzubauen, so dass Feldgeräte 100, beispielsweise Anlagen, oder ganze Prozesssysteme effizienter gesteuert werden können.
  • Ferner können Prozessparameter von der Steuerkomponente 130, beispielsweise ein PLC Next Controller, über die Feldsteuersystemschnittstelle 402 und/oder die Anschlüsse 132 und/oder 128 und/oder 102 und/oder 124 als interne Schnittstelle ausgelesen und entsprechend verarbeitet werden. Die Feldsteuersystemschnittstelle 402 und/oder der externe Steuerkomponentenanschluss 128 kann es dem Anlagenbetreiber gemäß seiner Sicherheitskonzepte mit einer Redundanz ermöglichen, externe Steuermodule 160 mit der Net-Base 100 zu verbinden. Das bedeutet, dass Daten des Feldgerätes 140 als die elektrischen Signale externen Steuermodulen 160 und/oder der Steuerkomponente 130 zur Verfügung gestellt werden können. Die Daten können ferner von einer Sensorik entsprechend der Anwendung durch ein passendes IOA 170 zur Verfügung gestellt werden.
  • Dahingehend kann die Net-Base 100 gegenüber dem Stand der Technik zu einer Platzersparnis führen, Installationsaufwände senken, den Bedarf an unterschiedlichen Komposten reduzieren und/oder den Serviceaufwand und den Wartungsaufwand des Feldsteuersystems senken. Ferner kann eine Planungs- und Installationsphase einer Prozessanlage gesenkt werden, da die I/O-Ports eine größtmögliche Flexibilität bitten. Die Planung der I/O-Ports kann beispielsweise erst kurz vor der Installation des Feldsteuersystems 100 vorgenommen werden. Ferner kann die Anpassung an die entsprechenden Feldsignale (d.h. die elektrischen Signale vom Feldgerät 140) während der Inbetriebnahme der Net-Base 100 vorgenommen werden, wobei die Anpassung mittels eines Programmes der Steuerkomponente 130, vorzugsweise eines Steuer- oder Computerprogrammes, beispielsweise mittels einer Software, erfolgen kann. Eine aus dem Stand der Technik bekannte Rangierebene kann aufgrund der Konfigurierbarkeit und/oder des Programms entfallen.
  • Falls der Einsatz von Redundanzen benötigt wird, kann dies durch die Nutzung unterschiedlicher Schächte innerhalb des Gehäuses 101 realisiert werden. Ferner können Redundanzen beispielsweise durch eine softwareseitige Konfiguration vorgenommen werden. Alternativ oder ergänzend kann das Gehäuse 101 ein oder mehrere universelle (d.h. konfigurierbare) Verbindungsmodule 136 aufweisen.
  • Das Feldsteuersystem 100 oder dessen Gehäuse 101 kann auch als Basiselement (oder fachsprachlich: „Base-Element“) bezeichnet werden. Das Base-Element 100 kann modular gestaltet sein, wobei der Einsatz von jeweils einer oder mehrerer Verarbeitungskomponenten 120, Steuerkomponenten 130 und/oder Stromversorgungskomponenten 202 ermöglicht ist, vorzugsweise mittels entsprechender Schächte.
  • Alternativ oder ergänzend kann das Base-Element 100 eine oder mehrere der jeweiligen Komponenten aufweisen. Dahingehend kann das Base-Element eine auf das Anwendungsgebiet des Base-Elements 100 angepasste Konfiguration ermöglichen. Dabei kann das Base-Elemente 100 oder das Gehäuse 101 eine einheitliche Größe und/oder Befestigungsstellen (beispielsweise für die Tragschiene) aufweisen.
  • Ferner kann das modulare Gestalten in einer Sandwich-Bauweise der notwendigen Leiterplatten der Steuerkomponente 130, der Verarbeitungskomponente 120 und/oder der Versorgungskomponente 202 vorgenommen werden. Ferner kann das Gehäuse 101 und/oder die jeweiligen Komponenten eindeutige Kennzeichnungen aufweisen, so dass ein separates Verwenden ermöglicht wird, beispielsweise kann eine der Komponenten und/oder das Gehäuse 101 separat verwendet werden. Beispielsweise kann die eindeutige Kennzeichnung einen separaten Vertrieb begünstigen.
  • Ferner kann das Feldsteuersystem 100 eine redundante (vorzugsweise modulare) Spannungsversorgung als Versorgungskomponente 202 aufweisen, die über mehrere Versorgungsanschlüsse 204 die Versorgungskomponente 202 mit elektrischer Energie versorgt. Dabei können die mehreren Versorgungsanschlüsse 204 von unterschiedlichen Energieversorgungen 210 (beispielsweise Spannungsversorgungen) gespeist werden.
  • Die Versorgungskomponente 202 kann sicherstellen, dass unterschiedlichen Spannungsversorgungen gleichmäßig belastet werden. Alternativ oder ergänzend kann eine Überspannungs- und Unterspannungserkennung durch die Versorgungskomponente 202 sichergestellt werden, und optional Fehlermeldungen bei Überlastung oder ungewöhnlichen Betriebszuständen von der Versorgungskomponente 202 ausgegeben werden, beispielsweise als die Statusinformationen. Diese Fehlermeldungen können über eine Schnittstelle 208 als einfacher DO oder eine digitale Meldung als die Statusinformation, beispielsweise an die Steuerkomponente 130, übermittelt werden.
  • Die Schnittstelle 208 kann beispielsweise zur seriellen und/oder parallele Übermittlung und optional zur elektrische Versorgung ausgebildet sein, d.h. zur Versorgung der Steuerkomponente 130 mit elektrischer Energie von der Versorgungskomponente 202 über die Schnittstelle 208. Dabei kann die Steuerkomponente 130 einen aktuellen Status der Energieversorgung von der Versorgungskomponente 202 erfassen. Der Status kann unter anderem Meldungen über die angeschlossene Energieversorgung 210, beispielsweise Netzteile, zur Verfügung stellen. Beispielsweise können das Vorhandensein einer Energieversorgung 210 oder mehrerer Energieversorgungen 210 und/oder derer Funktion angegeben werden. Alternativ oder ergänzend können Differenzen in der Stromaufnahme oder Temperaturen der Energieversorgungen 210 oder einer Schaltung der Versorgungskomponente 202 als die Statusinformationen bereitgestellt sein.
  • In einem Normalbetrieb können die Versorgungsspannungen der beiden Spannungsquellen über die Versorgungsleitung 209 und/oder den Steckplatz 126 an die entsprechenden IOAs 170 und/oder an die Feldgeräte 140 weitergeleitet werden.
  • Die redundante Spannungsversorgung 202 kann unter anderem in zwei Ausbaustufen zur Verfügung stehen. Eine erste Ausbaustufe kann unter anderem die Überwachung der beiden Energieversorgungen 210 umfassen. Eine zweite Ausbaustufe kann ergänzend zu der ersten Ausbaustufe ebenfalls in der Lage sein, Veränderungen in der Energieentnahme zu registrieren. Die Aufnahme der Energieentnahme kann ferner zum Erzeugen von automatisierten Meldungen der Versorgungskomponente 202 und/oder der Steuervorrichtung 130, beispielsweise an das Steuersystem 150, genutzt werden.
  • Die Verwendung der Net-Base 100 kann auf Basis bestehender Technologien erfolgen, wobei einzelne Komponenten 120 und/oder 130 und/oder 202 aus dem Stand der Technik weitergebildet werden können, beispielsweise indem die konfigurierbaren I/O-Ports integriert sind.
  • Die elektrisch leitende Verbindung zum Austauschen der elektrischen Signale (die auch als Vernetzung bezeichnet werden kann) kann verschiedene Verbindungsverfahren umfassen. Dabei kann das Steuersystem 150 beispielsweise direkt mit der Steuerkomponente 130 elektrisch leitend verbunden sein. Ferner kann das Steuersystem 150 die Steuerung des Feldsteuersystems 100 beziehungsweise der Steuerkomponente 130 zeitweise oder teilweise übernehmen.
  • Das Steuersystem 150 kann ferner auf Basis eines Real-Time Bus (beispielsweise gemäß der Architektur „OPC UA“) mit der Steuerkomponente 130 kommunizieren. Die OPC UA für „Open Platform Communications United Architecture“ ist ein Datenaustauschstandard für die industrielle Kommunikation, beispielsweise von Feldgerät 140 zu Steuerkomponente 130 und/oder von der Steuerkomponente 130 zum Steuersystem 150.
  • Die Steuerkomponente 130 kann ferner einen industriellen Datenbus zur Kommunikation nutzen. Weiterhin kann das Steuersystem 150 ebenfalls Schnittstelle eines industriellen Datenbusses aufweisen. Vorzugsweise erfolgt die Kommunikation zwischen der Steuerkomponente 130 und dem Steuersystem 150 mittels des industriellen Datenbusses. Ferner kann das Steuersystem 150 über das Verbindungsmodul 136 der Steuerkomponente 130 mit dem Signalverarbeitungsmodul 170 kommunizieren, vorzugsweise wobei die Kommunikation ebenfalls über einen industriellen Datenbus durchgeführt wird.
  • Ferner kann durch den Steuerkomponentenanschluss 124 und/oder 128 und/oder den Verarbeitungskomponentenanschluss 132 ein redundanter Betrieb einer SAFETY-Applikationen ermöglicht werden.
  • Eine Vernetzung mehrerer Net-Bases (als Feldsteuersysteme 100) kann ferner mittels eines industriellen Datenbusses über die Schnittstelle 402 realisiert sein.
  • Ferner kann das Feldsteuersystem 100 von redundanten externen Steuermodulen 160 gesteuert werden. Dabei können diese separat mittels des externen Steuerkomponentenanschlusses 124 mit dem Feldsteuersystem 100 elektrisch leitend verbunden werden. Ferner kann das Gehäuse 101 der Feldsteuerung 100 eine zusätzliche (d.h. weitere) Steuerkomponente 130 umfassen oder (beispielsweise bei Steuerung durch das Steuersystem 150) keine Steuerkomponente aufweisen.
  • Die externen Steuermodule 160 können jeweils als eine Steuerkomponente 130 ausgebildet sein, wobei die als Steuerkomponente ausgebildeten externen Steuermodule optional zum Anordnen oder mechanischen Verbinden in dem Steuerkomponentenschacht des Gehäuses 101 ausgebildet sein können. Ferner kann jedes der externen Steuermodule 160 einzeln oder redundant mit dem Base-Element 100 verbunden sein.
  • Die Verbindung 124 zwischen Feldsteuersystem 100 und dem externen Steuermodule 160 kann die mechanische Verbindung und/oder die elektrisch leitende Verbindung (fachsprachlich mittels „Interfaces“) umfassen.
  • Für die Verbindung wenigstens der Verarbeitungskomponente 120 mit der Steuerkomponente 130 kann das Gehäuse 101 einen Systembus als Feldsteuersystemschnittstelle 102 umfassen, vorzugsweise wobei der Systembus 102 ebenfalls zur Verbindung der externen Steuermodule 160 verwendet werden kann.
  • Ferner kann der Systembus 102 Sicherheitsanforderungen erfüllen, welche beispielsweise eine Anforderung gemäß der Norm IEC 61508 und/oder der Norm IEC 61511 (die auch als Sicherheitsstufe oder Sicherheits-Integritätslevel, fachsprachlich „safety integrity level“ oder SIL), vorzugsweise bis SIL3, umfassen kann. Dabei kann die Sicherheitsanforderung ebenfalls die Firmware der jeweiligen Steuerungen umfassen.
  • Weiterhin kann ein erstes oder mehrere erste Feldsteuersysteme 100 mittels der Steuerkomponente 130 als Buskoppler über die Feldsteuersystemverbindungsanschluss 402 mit einem zweiten Feldsteuersystem 100 vernetzt werden. Ferner kann das Feldsteuersystem 100 dazu ausgebildet sein, mit einem Feldsteuersystem 100 eines unterschiedlichen Typs beziehungsweise unterschiedlicher Produktion vernetzt zu werden, wobei das Feldsteuersystem 100 auf die für das Feldsteuersystem 100 relevanten Funktionen zugreifen beziehungsweise diese relevanten Funktionen steuern kann.
  • Beispielsweise kann der Buskoppler 130 des ersten Feldsteuersystems 100 die Steuerkomponente 130 eines anderen Feldsteuersystems 100 steuern, vorzugsweise wobei der Buskoppler 130 die Kommunikation zwischen seinem Feldsteuersystem 100 und mit den anderen (beispielsweise den nachfolgenden) Feldsteuersystemen 100 ermöglicht. Dabei kann das Feldsteuersystem 100 des Buskopplers 130 als Master und/oder kann bei den nachfolgenden Feldsteuersystemen 100 von sogenannten Slaves gesprochen werden.
  • Die Steuerkomponenten 130 der Slaves 100 können jeweils ferner einen Kommunikations-Controller zum Anschluss 402 umfassen, vorzugsweise welcher die Ankopplung an den internen Systembus 138 und/oder die Kommunikation mit dem Buskoppler 130 des Masters 100 ermöglicht. Mehrere Slaves 100 können mittels des Systembusses 402 und/oder 138 an den entsprechenden Buskoppler 130 angekoppelt werden.
  • Der Kommunikations-Controller kann eine spezielle Ausbildung der Steuerkomponente 130 sein oder anstelle des Steuermoduls 134 verwendet werden, vorzugsweise wobei der Kommunikations-Controller die Funktionalität zu den IOAs 170 (beispielsweise die konfigurierbaren IO-Ports) gewährleisten kann. Ferner kann der Kommunikations-Controller dazu ausgebildet sein, die universellen Input- und Output-Kanäle (d.h. die konfigurierbaren IO-Ports) des Verbindungsmoduls 136 zu konfigurieren und/oder die jeweiligen elektrischen Signale zu verarbeiten.
  • Der Systembus 402 und/oder 138 kann als ein redundant ausgeführter Kommunikationsbus ausgebildet sein, welcher die Kommunikation zwischen dem Buskoppler 130 des Masters 100 und den Kommunikations-Controllern der Slaves 100 sicherstellt. Dieser Systembus (auch: Kommunikationsbus) kann ferner Sicherheitsanforderungen erfüllen, wie beispielsweise SIL Anforderungen, vorzugsweise bis SIL3. Dabei kann die Sicherheitsanforderung ebenfalls die Firmware der jeweiligen Kommunikations-Controller umfassen.
  • Ferner kann der jeweilige Kommunikations-Controller eine zusätzlich serielle Kommunikation auf einem industriellen Standard zur Verfügung stellen.
  • Ausführungsbeispiele des Feldsteuersystems 100 (d.h. die Net-Base) können jeweils als sogenannte SAFETY-Variante und Non-SAFETY-Variante existieren, beispielsweise dazu ausgebildet sein, in einer unsichereren beziehungsweise in einer sicheren Umgebung betrieben zu werden. Ferner kann die SAFETY-Variante Sicherheitsanforderungen umfassen, wie beispielsweise SIL-Anforderungen, vorzugsweise bis SIL3. Dabei kann die Sicherheitsanforderung ebenfalls die Firmware des jeweiligen Feldsteuersystems 100 umfassen.
  • Die elektrischen Signale (beispielsweise die Statusinformationen) des Feldsteuersystems 100 oder der Feldsteuersysteme 100 können ferner an das Steuersystem 150 (beispielsweise einer Leitwarte oder einem Leitsystem) zur Verfügung gestellt werden. Ferner können diese Informationen Grundlage zur Erzeugung von Alarmen in dem Leitsystem sein. Alternativ oder ergänzend können diese Meldungen und/oder Alarme besondere Prioritäten erhalten, so dass das Feldsystem 100 und/oder das Leitsystem 150 die elektrischen innerhalb definierter Latenzzeiten oder Zykluszeiten verarbeitet.
  • Ebenso können vom Base-Element 100, beispielsweise den Slaves 100, elektrische Signale (vorzugsweise Statusinformationen, beispielsweise gesammelte Informationen beziehungsweise Daten) mittels entsprechender Schnittstellen dem Leitsystem 150 zur Verfügung gestellt werden.
  • Alle zur Verfügung stehenden elektrischen Signale, vorzugsweise Statusinformationen (Feldinformationen, Energiemanagement, IOA-Daten, usw.) können beispielsweise vom Steuersystem 150 oder der Steuerkomponente 130 abgerufen bzw. gesendet werden. Ferner können diese Informationen mittels eines Cloudbasierten System (Cloudsystem) ausgetauscht werden, welches beispielsweise mit dem Internet und/oder einem Intranet verbunden ist. Ferner kann dieses Cloudsystem zum Speichern, Verarbeiten oder Analysen der Informationen ausgebildet sein. Ebenso können die ausgetauschten elektrischen Signale (vorzugsweise Statusinformationen) mit entsprechenden Sicherheitsmechanismen (beispielsweise einer Ende-zu-Ende-Verschlüsselung) geschützt sein.
  • Obwohl die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können. Ferner können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Prozesssteuerung, eine bestimmte Anlage oder bestimmte Feldgeräte an die Lehre der Erfindung anzupassen. Folglich ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Feldsteuersystem, auch: Net-Base oder Basiselement
    101
    Gehäuse des Feldsteuersystems
    102
    Feldsteuersystemschnittstelle des Feldsteuersystems
    120
    Verarbeitungskomponente
    122
    Feldgeräteanschluss der Verarbeitungskomponente
    124
    Externer Steuerkomponentenanschluss der Verarbeitungskomponente
    126
    Steckplatz für Signalverarbeitungsmodul
    128
    Elektrische und/oder mechanische Verbindung zur Steuerkomponente, vorzugsweise Steuerkomponentenanschluss, beispielsweise Steckverbinderhälfte
    130
    Steuerkomponente, auch: Buskoppler
    132
    Elektrische und/oder mechanische Verbindung zur vorzugsweise Verarbeitungskomponente, Verarbeitungskomponentenanschluss, beispielsweise Steckverbinderhälfte
    134
    Steuermodul der Steuerkomponente
    136
    Verbindungsmodul der Steuerkomponente
    138
    Systemanschluss der Steuerkomponente
    140
    Feldgerät
    150
    Steuersystem
    160
    Externes Steuermodul
    170
    Signalverarbeitungsmodul, auch: „input/output accessory“ oder IOA
    172
    Steckverbinderhälfte des Signalverarbeitungsmoduls
    202
    Versorgungskomponente, vorzugsweise Spannungsversorgung
    204
    Versorgungsanschluss der Versorgungskomponente
    206
    Versorgungskommunikationsanschluss
    208
    Versorgungsleitung und/oder Datenleitung zur Steuerkomponente
    209
    Versorgungsleitung zur Verarbeitungskomponente
    210
    Energieversorgung
    402
    Feldsteuersystemverbindungsanschluss
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 9971727 B2 [0004]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Norm IEC 61511 [0149]

Claims (19)

  1. Feldsteuersystem (100), umfassend: - eine Steuerkomponente (130), die dazu ausgebildet ist, elektrische Signale mit wenigstens einem Feldgerät (140) auszutauschen; und - eine Verarbeitungskomponente (120), die dazu ausgebildet ist, die zwischen dem wenigstens einen Feldgerät (140) und der Steuerkomponente (130) ausgetauschten elektrischen Signale zu verarbeiten, wobei die Verarbeitungskomponente (120) und die Steuerkomponente (130) elektrisch leitend und mechanisch verbunden oder verbindbar sind, und wobei im verbundenen Zustand die elektrischen Signale zwischen dem wenigstens einen Feldgerät (140) und einem an das Feldsteuersystem (100) angeschlossenen Steuersystem (150) mittels der Verarbeitungskomponente (120) und der Steuerkomponente (130) austauschbar sind.
  2. Feldsteuersystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungskomponente (120) und die Steuerkomponente (130) mittels eines gemeinsamen Gehäuses und/oder irreversibel mechanisch verbunden sind.
  3. Feldsteuersystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerkomponente (130) ferner dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Feldgerät (140) zu steuern oder zu regeln, vorzugsweise nach Maßgabe des Steuersystems (150).
  4. Feldsteuersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verarbeitungskomponente (120) und die Steuerkomponente (130) im verbundenen Zustand ferner dazu ausgebildet sind, Statusinformationen der Verarbeitungskomponente (120) an die Steuerkomponente (130) zu übertragen.
  5. Feldsteuersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verarbeitungskomponente (120) und die Steuerkomponente (130) jeweils einen Steuerkomponentenanschluss (128) beziehungsweise einen Verarbeitungskomponentenanschluss (132) umfassen, die dazu ausgebildet sind, die Verarbeitungskomponente (120) und die Steuerkomponente (130) im verbunden Zustand miteinander elektrisch leitend, vorzugsweise und mechanisch, zu verbinden.
  6. Feldsteuersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: - ein Gehäuse zur mechanischen Verbindung der Steuerkomponente (130) und der Verarbeitungskomponente (120) mittels eines Steuerkomponentenschachts, der dazu ausgebildet ist, die Steuerkomponente (130) aufzunehmen, und eines Verarbeitungskomponentenschachts, der dazu ausgebildet ist, die Verarbeitungskomponente (120) aufzunehmen; und - eine Feldsteuersystemschnittstelle (102), die dazu ausgebildet ist, die Steuerkomponente (130) und die Verarbeitungskomponente (120) im verbundenen Zustand zum Austauschen der elektrischen Signale miteinander elektrisch leitend zu verbinden.
  7. Feldsteuersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: - eine Versorgungskomponente (202) zur Versorgung der Steuerkomponente (130) und/oder der Verarbeitungskomponente (120) und/oder des Feldsteuersystems (100) mit elektrischer Energie, wobei die Versorgungskomponente (202) wenigstens einen Versorgungsanschluss (204) zur Aufnahme der elektrischen Energie zur Versorgung eines Steckplatzes (126) der Verarbeitungskomponente (120) und/oder zur Versorgung der Steuerkomponente (130) umfasst.
  8. Feldsteuersystem (100) nach Anspruch 7, wobei die Versorgungskomponente (202) zwei oder mehr Versorgungsanschlüsse (204.1; 204.2) aufweist und die Versorgungskomponente (202) dazu ausgebildet ist, die elektrische Energie wahlweise von einem ersten Versorgungsanschluss (204.1) der zwei oder mehr Versorgungsanschlüsse (204.1; 204.2) und von einem zweiten Versorgungsanschluss (204.2) der zwei oder mehr Versorgungsanschlüsse (204.1; 204.2) aufzunehmen.
  9. Feldsteuersystem (100) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Versorgungskomponente (202) ferner dazu ausgebildet ist, Statusinformationen der Versorgungskomponente (202) an das Feldsteuersystem (100), vorzugsweise an die Steuerkomponente (130), zu übertragen.
  10. Verarbeitungskomponente (120) zur Ausbildung eines Feldsteuersystems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und zum Verarbeiten von zwischen dem wenigstens einen Feldgerät (140) und der Steuerkomponente (130) ausgetauschten elektrischen Signalen, umfassend: - wenigstens einen Feldgeräteanschluss (122), der zum elektrisch leitenden Verbinden mit dem wenigstens einem Feldgerät (140) außerhalb des Feldsteuersystems (100) ausgebildet ist; und - einen Steuerkomponentenanschluss (128), der zum elektrisch leitenden Verbinden mit der Steuerkomponente (130) innerhalb des Feldsteuersystems (100) ausgebildet ist, wobei die Verarbeitungskomponente (120) dazu ausgebildet ist, die zwischen dem wenigstens einen Feldgeräteanschluss (122) und dem Steuerkomponentenanschluss (128) ausgetauschten elektrischen Signale zu verarbeiten.
  11. Verarbeitungskomponente (120) nach Anspruch 10, ferner umfassend: - einen externen Steuerkomponentenanschluss (124), der zum elektrisch leitenden Verbinden mit einem externen Steuermodul (160), vorzugsweise einer speicherprogrammierbare Steuerung, SPS oder einem Prozessleitsystem, PLS, außerhalb des Feldsteuersystems (100) ausgebildet ist, wobei die Verarbeitungskomponente (120) ferner dazu ausgebildet ist, zwischen dem wenigstens einen Feldgeräteanschluss (122) und dem externen Steuerkomponentenanschluss (124) ausgetauschte elektrische Signale zu verarbeiten.
  12. Verarbeitungskomponente (120) nach Anspruch 10 oder 11, ferner umfassend: - wenigstens einen Steckplatz (126), der jeweils dazu ausgebildet ist, ein Signalverarbeitungsmodul (170) elektrisch leitend und mechanisch mit der Verarbeitungskomponente (120) zu verbinden; und - wenigstens ein in den wenigstens einen Steckplatz (126) gestecktes oder steckbares Signalverarbeitungsmodul (170), das dazu ausgebildet ist, die zwischen dem wenigstens einen Feldgeräteanschluss (122) und dem Steuerkomponentenanschluss (128) und/oder dem externen Steuerkomponentenanschluss (124) ausgetauschten elektrischen Signale zu verarbeiten.
  13. Verarbeitungskomponente (120) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Verarbeitungskomponente (120) ferner dazu ausgebildet ist, Statusinformationen der Verarbeitungskomponente (120), vorzugsweise Statusinformationen des wenigstens einen Signalverarbeitungsmoduls (170), am Steuerkomponentenanschluss (128) und/oder am externen Steuerkomponentenanschluss (124) bereitzustellen.
  14. Steuerkomponente (130) zur Ausbildung eines Feldsteuersystems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder zum elektrisch leitenden und mechanischen Verbinden mit einer Verarbeitungskomponente (120) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, umfassend: - ein Steuermodul (134), vorzugsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung, SPS, das dazu ausgebildet ist, die elektrischen Signale mit dem wenigstens einen Feldgerät (140) auszutauschen; - wenigstens ein konfigurierbares Verbindungsmodul (136) und einen Verarbeitungskomponentenanschluss (132), die dazu ausgebildet sind, das Steuermodul (134) mit der Verarbeitungskomponente (120) zum Austauschen der elektrischen Signale über das konfigurierbare Verbindungsmodul (136) elektrisch leitenden zu verbinden; und - wenigstens einen Systemanschluss (138) über den das Steuermodul (134) mit einem Steuersystem (150) elektrisch leitend verbunden oder verbindbar ist, wobei im verbundenen Zustand die elektrischen Signale mit dem Steuersystem (150) austauschbar sind.
  15. Steuerkomponente (130) nach Anspruch 14, wobei der Verarbeitungskomponentenanschluss (132) ferner dazu ausgebildet ist, die Steuerkomponente (130) mit der Verarbeitungskomponente (120) mechanisch zu verbinden.
  16. Steuerkomponente (130) nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Steuermodul (134) ferner dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Feldgerät (140), vorzugsweise nach Maßgabe des Steuersystems (150), zu steuern.
  17. Steuerkomponente (130) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das wenigstens eine konfigurierbare Verbindungsmodul (136) nach Maßgabe einer Konfiguration des konfigurierbaren Verbindungsmoduls (136) dazu ausgebildet ist, an wenigstens einer Verbindungsleitung des Verarbeitungskomponentenanschlusses (132) - die elektrischen Signale wahlweise zu erfassen oder auszugeben; und/oder - wahlweise analoge oder digitale elektrische Signale zu verarbeiten.
  18. Steuerkomponente (130) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das Steuermodul (134) ferner dazu ausgebildet ist, Statusinformationen der Verarbeitungskomponente (120) zu erfassen und/oder mittels des Systemanschlusses (138) an das Steuersystem (150) zu übertragen.
  19. Steuerkomponente (130) nach Anspruch 17 und 18, wobei das Steuermodul (134) ferner dazu ausgebildet ist, die Konfiguration des konfigurierbaren Verbindungsmoduls (136) in Reaktion auf die erfassten Statusinformationen der Verarbeitungskomponente (120) zu verändern.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9971727B2 (en) 2014-06-02 2018-05-15 Phoenix Contact Development and Manufacturing, Inc. Universal I/O signal interposer system

Non-Patent Citations (1)

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Title
Norm IEC 61511

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