FR3064864A1 - Transmission de donnees - Google Patents

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Abstract

Appareil pour la transmission de données, ledit appareil comprenant un module HART (Highway Addressable Remote Transducer) et un module LPWAN (Low-Power Wide-Area Network), ledit appareil comprenant en outre une alimentation pour la réception d'une puissance électrique et la distribution de cette puissance aux modules, et ledit module HART étant agencé pour être relié à un appareil externe compatible avec HART afin de demander des données à l'appareil externe et d'en recevoir par l'intermédiaire d'un protocole HART, et ledit module HART étant relié de manière opérationnelle au module LPWAN pour fournir les données reçues au module LPWAN, et ledit module LPWAN étant agencé pour transmettre les données reçues à un serveur externe compatible avec LPWAN.

Description

® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication : 3 064 864 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) (© N° d’enregistrement national : 18 52684
COURBEVOIE © Int Cl8 : H 04 L 12/781 (2017.01), H 04 W84/12
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
©) Date de dépôt : 28.03.18. (© Demandeur(s) : SMARTLOG N.V.
(30) Priorité : 30.03.17 BE 201705218.
@ Inventeur(s) : NELISSEN JO.
©) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 05.10.18 Bulletin 18/40.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Ce dernier n'a pas été
établi à la date de publication de la demande.
(© Références à d’autres documents nationaux ® Titulaire(s) : SMARTLOG N.V..
apparentés :
©) Demande(s) d’extension : (© Mandataire(s) : LAVOIX.
QU TRANSMISSION DE DONNEES.
FR 3 064 864 - A1 q7) Appareil pour la transmission de données, ledit appareil comprenant un module HART (Highway Addressable Remote Transducer) et un module LPWAN (Low-Power Wide-Area Network), ledit appareil comprenant en outre une alimentation pour la réception d'une puissance électrique et la distribution de cette puissance aux modules, et ledit module HART étant agencé pour être relié à un appareil externe compatible avec HART afin de demander des données à l'appareil externe et d'en recevoir par l'intermédiaire d'un protocole HART, et ledit module HART étant relié de manière opérationnelle au module LPWAN pour fournir les données reçues au module LPWAN, et ledit module LPWAN étant agencé pour transmettre les données reçues à un serveur externe compatible avec LPWAN.
Figure FR3064864A1_D0001
Figure FR3064864A1_D0002
n i
Transmission de données
L'invention concerne un appareil et un procédé pour la transmission de données.
Le protocole HART (Highway Addressable Remote Transducer) existe déjà depuis de nombreuses années dans l'industrie pour commander ou lire des appareils de terrain « intelligents » en ingénierie des processus. HART utilise un signal numérique qui est modulé sur le signal de 4 à 20 milliampères classique et avec lequel on peut communiquer de manière bidirectionnelle. Il est ainsi possible de combiner des appareils analogiques non compatibles avec HART avec des anciens et des nouveaux appareils compatibles avec HART, en permettant aux appareils plus récents d'utiliser des fonctionnalités nouvelles du protocole HART. Chaque appareil est commandé principalement par le signal de 4 à 20 milliampères classique, tandis que les appareils compatibles avec HART sont en outre équipés pour communiquer en modulant un signal à haute fréquence sur ce signal classique. Le protocole HART est décrit par la « HART Communication Foundation » et il est considéré dans la présente description comme un protocole connu du professionnel.
De nombreux appareils de terrain utilisés à l'heure actuelle dans l'industrie, entre autres les actionneurs, tels que les vannes, les pompes et les éléments de positionnement, et les capteurs, tels que les capteurs de vibration, les capteurs de pression et les capteurs de température, sont compatibles avec HART. L'utilisation du protocole HART permet de demander des informations à l'appareil de terrain. On peut ainsi obtenir, par exemple, un statut de l'appareil de terrain ou encore demander des messages d'erreur par l'intermédiaire du protocole HART. Dans la pratique, le protocole HART est essentiellement utilisé pour la commande des processus industriels. Cela veut dire que les informations qui se trouvent dans les appareils de terrain, par exemple les statuts et/ou les messages d'erreur, ne sont utilisées que localement pour commander le processus. Ces informations ne sont généralement pas conservées pour deux raisons. D'une part, une commande de processus traditionnelle n'est pas agencée pour stocker des informations et, d'autre part, les informations antérieures d'un appareil de terrain, par exemple le statut de l'appareil de terrain de la semaine précédente, n’intéressent pas la commande de processus.
Comme le protocole HART a été agencé en premier lieu pour la commande de processus, il n'est pas équipé pour stocker des informations. Des informations précieuses sont ainsi perdues. L'évolution des informations d'un appareil de terrain est notamment très importante pour la maintenance. A titre d'exemple, une vanne qui s'ouvre et se ferme 100 fois par mois nécessitera une maintenance beaucoup plus fréquente qu'une vanne qui ne s'ouvre et ne se ferme qu'une fois par mois. Le professionnel comprendra qu'il ne s'agit là que d'un exemple pour illustrer la pertinence du stockage des informations des appareils de terrain.
Le standard WirelessHART a été introduit pour faciliter la communication avec les appareils de terrain compatibles avec HART. WirelessHART est une technologie de réseau de capteurs sans fil basée sur le protocole HART qui soutient le fonctionnement dans la bande 2,4 GHz en utilisant le standard radio IEE 802.15.4. La technologie sans fil sous-jacente est basée sur le protocole TSMP (Time Synchronized Mesh Protocol). WirelessHART a été conçu en premier lieu pour faciliter la communication entre les appareils compatibles avec HART lors de la commande des processus. L'utilisation de WirelessHART pour la collecte périodique des informations des appareils de terrain et la transmission de ces informations à un serveur pour le stockage est chère et risquée.
Pour détecter des tendances dans les informations des appareils de terrain, les informations de ces appareils de terrain sont préférentiellement stockées de manière centrale, par exemple dans un serveur. Pour collecter les informations, les informations sont périodiquement demandées aux différents appareils de terrain en utilisant le protocole HART. Les informations sont alors transmises au serveur central pour y être stockées. A partir des informations des appareils de terrain, périodiquement stockées, des tendances peuvent être détectées sur la base desquelles on peut améliorer le fonctionnement et/ou la maintenance de l'installation.
L'utilisation de WirelessHART pour demander des informations aux appareils de terrain et les transmettre à un serveur central n'est pas optimale. Dans la pratique, les appareils de terrain peuvent être disséminés sur une surface relativement grande. Une vanne peut être ainsi placée à deux kilomètres dans un champ de processus. Comme le WirelessHART fonctionne sur la base d'une topologie maillée, plusieurs appareils WirelessHART devront être fournis pour pouvoir assurer la communication dans la zone concernée. En outre, les nœuds du réseau maillé seront surchargés et ils formeront des goulets d'étranglement pour la transmission des informations au serveur. La surcharge excessive de ces nœuds peut même influencer la commande de processus, ce qui peut avoir des conséquences dramatiques.
Un but de l'invention est de fournir un moyen de collecter de manière efficace les informations des appareils de terrain compatibles avec HART sans risquer de perturber la commande de processus.
Pour ce faire, l'invention fournit un appareil pour la transmission de données, ledit appareil comprenant un module HART (Highway Addressable Remote Transducer) et un module LPWAN (Low-Power Wide-Area Network), ledit appareil comprenant en outre une alimentation pour la réception d'une puissance électrique et la distribution de cette puissance aux modules, et ledit module HART étant agencé pour être relié à un appareil externe compatible avec HART afin de demander des données à l'appareil externe et d'en recevoir par l'intermédiaire d'un protocole HART, et ledit module HART étant relié de manière opérationnelle au module LPWAN pour fournir les données reçues au module LPWAN, et ledit module LPWAN étant agencé pour transmettre les données reçues à un serveur externe compatible avec LPWAN.
L'appareil selon l'invention comprend d'une part un module HART. Avec le module HART, l'appareil selon l'invention peut communiquer avec un appareil de terrain compatible avec HART. L'appareil selon l'invention peut ainsi envoyer une commande HART pour demander des informations à l'appareil de terrain, et l'appareil selon l'invention peut recevoir des informations de l'appareil de terrain. L'appareil selon l'invention comprend en outre un module LPWAN (Low-Power Wide-Area Network). Avec le module LPWAN, l'appareil selon l'invention peut transmettre des données sur de grandes distances. Le module LPWAN est caractérisé par une consommation énergétique relativement faible, ce qui est un avantage dans les zones éloignées où les appareils de terrain peuvent être placés.
En outre, le module LPWAN a été optimalisé pour transmettre des données relativement limitées sur une grande distance. Des tests ont montré qu'il s'agit de la configuration optimale pour envoyer les informations des appareils de terrain. Les informations des appareils de terrain sont typiquement limitées au niveau de la taille/du volume, et elles peuvent donc être facilement envoyées par le module LPWAN. L'appareil selon l'invention comprend une liaison opérationnelle entre le module HART et le module LPWAN, de sorte que le module HART peut envoyer les informations reçues au module LPWAN pour la transmission ultérieure à un serveur externe. L'appareil selon l'invention comprend en outre une alimentation qui est agencée pour la réception d'une puissance électrique et la distribution de cette puissance électrique aux modules. L'alimentation peut être formée en premier lieu de différentes manières, par exemple par une alimentation par batterie, par exemple par un raccordement au réseau ou par une alimentation sur la base du signal HART, comme cela est évoqué plus bas.
L'appareil selon l'invention permet d'extraire d'une manière simple et efficace des informations d'un appareil de terrain, et il fournit un mécanisme pour envoyer ces informations à un serveur central sans influencer la commande de processus. La commande de processus n'est pas influencée parce que la voie de communication utilisée pour envoyer les informations au serveur central ne coïncide pas avec les voies de communication utilisées pour la commande de processus. Comme le module LPWAN opère spécifiquement avec une topologie en étoile, à l'opposé de la topologie maillée de la technologie WirelessHART, on peut choisir facilement et de manière spécifique le lieu et l'appareil de terrain où placer un appareil selon l'invention. Un appareil selon l'invention peut être placé dans un champ à une grande distance d'autres appareils similaires, ledit appareil pouvant fonctionner correctement et de manière autonome. L'installateur ou le concepteur d'une installation de processus dispose ainsi d'une grande liberté d'action.
L'appareil selon l'invention permet en outre d'optimiser une installation industrielle existante en ajoutant des appareils selon l'invention à certains appareils de terrain pour transmettre ainsi les informations des appareils de terrain à un serveur central. On peut ainsi améliorer simplement la maintenance et/ou le fonctionnement d'un processus industriel existant.
L'appareil comprend préférentiellement un processeur qui est agencé pour former la liaison opérationnelle entre le module HART et le module LPWAN. En outre, le processeur est préférentiellement relié à une mémoire dans laquelle des instructions et/ou des commandes du module HART sont rattachées à des instructions et/ou des commandes du module LPWAN, de sorte que le processeur assure la liaison opérationnelle sur la base des données en mémoire. Les données en mémoire forment une table de traduction qui permet au processeur de traduire, préférentiellement dans les deux directions, entre le module HART et le module LPWAN. Le processeur peut respectivement envoyer et recevoir des instructions et/ou des commandes dans le protocole HART, et recevoir et envoyer des instructions et/ou des commandes dans le protocole LPWAN. A cette occasion, le processeur utilise la table en mémoire pour traduire une instruction et/ou une commande reçue dans un protocole en instructions et/ou en commandes dans l'autre protocole. Le processeur veille ainsi à ce que le module HART puisse communiquer, préférentiellement dans les deux directions, avec le module LPWAN.
Le module LPWAN est préférentiellement agencé pour envoyer les données reçues à un serveur externe compatible avec LPWAN en utilisant un protocole LoRaWAN. Des tests ont montré que le protocole LoRaWA N est optimal pour une utilisation dans un appareil selon l'invention.
L'alimentation est préférentiellement agencée pour être reliée à l'appareil externe compatible avec HART pour recevoir de la puissance du signal HART. Comme décrit plus haut, le signal HART est basé sur un signal d'une source de courant avec une intensité de 4 à 20 milliampères et un signal modulé FSK, comme décrit dans les spécifications générales HART et comme connu du professionnel. Le composant numérique du signal HART est modulé sur le signal de courant. Le signal de courant peut être utilisé par l'alimentation pour soutirer de la puissance, de manière à ce que l'appareil selon l'invention puisse être alimenté. Un grand avantage de cette technique est qu'il n'est pas nécessaire de fournir d'alimentation externe, de raccordement au réseau, de batterie, de panneaux solaires, etc. En outre, l'alimentation a été adaptée pour ne pas perturber notablement le signal HART pendant la réception de la puissance. En particulier, l'intensité du courant ne peut pas varier notablement lorsque l'alimentation soutire de la puissance au signal HART, sinon l'alimentation impacterait la commande de processus ou la mesure transmise par l'appareil de terrain HART, ce qui n'est pas le but recherché.
En outre, l'alimentation comprend préférentiellement un support de stockage d'énergie pour stocker l'énergie entre la réception de la puissance et sa distribution aux modules. Cela permet de laisser l'alimentation soutirer une puissance relativement faible au signal HART sur une période relativement longue, et d'accumuler cette puissance, de sorte que l'alimentation puisse donner un pic de puissance au module LPWAN lors de l'envoi de données par le module LPWAN. Ainsi, d'une part, l'alimentation n'influence pas le signal HART et, d'autre part, l'alimentation fournit le pic de puissance qui est nécessaire pour envoyer les données.
En outre, l'appareil comprend préférentiellement un pare-feu qui est agencé pour bloquer les commandes d'écriture HART du module HART. En outre, le pare-feu est préférentiellement du type qui nécessite une authentification matérielle pour le contournement du pare-feu. En fournissant un pare-feu qui bloque les commandes d'écriture HART du module HART à l'appareil externe compatible avec HART, on peut garantir que l'appareil selon l'invention n'intervient pas dans la commande de processus. L'authentification matérielle garantit au propriétaire de l'équipement de processus que le processus ne peut pas être perturbé de manière indésirable. En outre, le pare-feu est préférentiellement placé entre le processeur et le module HART.
Le module LPWAN est préférentiellement agencé pour choisir un moment dans le temps pour l'envoi au serveur externe compatible avec LPWAN. En outre, le module LPWAN est préférentiellement agencé pour choisir le moment dans le temps sur la base du statut de l'alimentation. L'envoi de données par l'intermédiaire du module LPWAN nécessite un pic de puissance. Le module LPWAN peut être agencé pour contrôler le statut de l'alimentation et évaluer si l'alimentation a stocké suffisamment de puissance pour l'envoi des données. Sur cette base, on peut choisir le moment pour envoyer les données au serveur. Cela optimise l'utilisation de la puissance de l'appareil selon l'invention.
L'invention concerne en outre un procédé pour envoyer des données d'un appareil externe compatible avec HART (Highway Addressable Remote Transducer) à un serveur externe, ledit procédé comprenant la fourniture d'un appareil tel que défini précédemment, et ledit procédé comprenant en outre :
La demande de données de l'appareil externe compatible avec HART par l'intermédiaire d'un module HART de l'appareil ;
La réception des données de l'appareil externe compatible avec HART sur le module HART;
Le transfert des données reçues vers un module LPWAN de l'appareil ;
L'envoi par le module LPWAN des données reçues au serveur externe.
Pour les effets et les avantages du procédé selon l'invention, on se reportera aux effets et aux avantages de l'appareil selon l'invention décrits plus haut. Le procédé a les mêmes effets et les mêmes avantages.
En outre, le procédé comprend préférentiellement le déclenchement du module HART par le module LPWAN pour demander les données.
Le déclenchement a lieu préférentiellement à un moment choisi dans le temps par le module LPWAN sur la base d'un statut de l'alimentation. De manière alternative, le déclenchement a lieu à un moment choisi dans le temps fixe ou à intervalles fixes, de manière cyclique ou non. En outre et de manière alternative, le déclenchement a lieu sur la base d'une instruction reçue sur le module LPWAN et provenant du réseau LPWAN. Ces instructions peuvent provenir par exemple d'une passerelle par l'intermédiaire du protocole LoRaWAN. En outre et de manière alternative, plusieurs déclenchements sont préférentiellement combinés. Un module LPWAN peut ainsi recevoir un déclenchement d'une passerelle, ledit module LPWAN évaluant en outre si le statut de l'alimentation satisfait aux critères prédéfinis. On peut ainsi contrôler si l'alimentation a stocké suffisamment de puissance pour transmettre des données par l'intermédiaire du module LPWAN.
L'invention va maintenant être décrite de manière détaillée à l'aide d'un exemple d'exécution représenté sur le dessin.
Sur le dessin :
la figure 1 représente une première forme d'exécution d'un appareil selon l'invention ; et la figure 2 représente une deuxième forme d'exécution d'un appareil selon l'invention.
Sur le dessin, un élément identique ou analogue est désigné par un même chiffre de référence.
On trouvera ci-dessous une description succincte des différentes technologies qui sont appliquées, préférentiellement ou non, dans l'appareil et le procédé selon l'invention.
LPWAN
On établit en premier lieu une distinction entre, d'une part, un spectre de réseau sans fil sous licence et, d'autre part, un spectre de réseau sans fil libre de licence. Un examen des fréquences de communication sans fil les plus couramment utilisées montre que seules quelques bandes peuvent être utilisées librement sans avoir à s'acquitter de droits de licence.
Bien que ces bandes soient libres, leurs utilisateurs sont liés à des règles d'utilisation locales. En Belgique, ces règles sont établies par le BIPT. Ces règles peuvent varier d'un pays ou d'une région à l'autre, mais elles sont généralement très similaires sur un même continent. Cette description suppose que ces règles sont connues du professionnel et que celui-ci est en mesure d'adapter l'invention pour se mettre en conformité avec elles.
En Belgique et par extension en Europe, les principaux spectres libres de licence se trouvent sur 433 Mhz, 868 Mhz et 2.4 Ghz. On entend par bandes sous licence les gammes de fréquence dont l'autorisation est soumise à une licence et/ou à une autorisation. Des exemples sont ici le GSM 900, UMTS2100 et Tetra. L'application de l'invention utilise préférentiellement la bande de fréquence libre de licence de 868 Mhz. La bande américaine correspondante se trouve sur 915 Mhz.
L'invention utilise la technologie LPWAN (Low-Power Wide-Area Network). L'invention utilise préférentiellement la technologie LoRa, qui est basée sur la technologie LPWAN. La technique de modulation est décrite dans l'état de la technique et elle est connue du professionnel sous le nom de LoRa. Le protocole choisi est le protocole LoRaWAN. Le protocole LoRaWAN veillera au respect de toutes les règles locales. Dans une forme d'exécution préférée, le module LPWAN sera donc un module LoRa.
Par l'intermédiaire de la technologie LPWAN ou, préférentiellement, de la technologie LoRa, on peut envoyer des données d'un module LPWAN ou d'un module LoRa à une passerelle qui se trouve dans un réseau, par exemple un réseau TCP/IP. La topologie LoRa est une topologie en étoile de sorte que chaque module LoRa envoie directement ses données à la passerelle. La passerelle est alors prévue pour transmettre les données qu'elle a reçues du module LoRa, à un serveur par l'intermédiaire du réseau TCP/IP. Lorsque, dans la présente description, on parlera d'envoyer des données à un serveur externe par l'intermédiaire d'un module LPWAN, il sera donc clairement établi que le module LPWAN envoie les données à la passerelle par l'intermédiaire de la technologie LPWAN ou LoRa, et que la passerelle transmet à son tour les données au serveur.
Les brevets européens EP2449690 et EP2763321 ont été incorporés au présent document par référence à une description détaillée du schéma de modulation LoRa et de la technologie LoRa. Seuls quelques détails seront donc décrits dans la présente description par souci de clarification.
La modulation LoRa est basée sur une série de CHIRP fréquentiels, dont la fréquence évolue selon un intervalle de temps prédéterminé d'une valeur de fréquence directe initiale f0 à une valeur de fréquence directe finale f μ Ce schéma de modulation est utilisé dans la technologie RF longue portée LoRa™ de Semtech Corporation, simplement nommée « LoRa » dans la présente description.
HART
Hart (Highway Addressable Remote Transducer) est la technologie de communication numérique la plus utilisée dans l'industrie des processus, avec plus de 30 millions d'appareils de terrain installés dans le monde entier qui supportent la technologie HART.
HART est un standard mondial pour la transmission et la réception d'informations numériques sur les boucles de courant analogiques de 4-20 mA qui relient la plus grande majorité des appareils de terrain. La technologie HART offre une solution fiable aux opérateurs de processus qui souhaitent utiliser les avantages des appareils intelligents avec la communication numérique, tout en conservant les investissements actuels dans les instruments analogiques et le câblage. HART est une technologie simple, fiable et d'une utilisation aisée.
Le signal HART est un signal modulé par déplacement de fréquence (FSK) sur un signal analogique de 4 à 20 mA. Selon la fonction de l'appareil HART, celui-ci génère le signal de 4...20 mA comme indication de sa valeur primaire ou il accepte un signal de 4...20 mA comme point de consigne pour sa valeur primaire. En principe, le signal HART est séparé de ce signal primaire de 4...20 mA et il peut être considéré comme superposé à la fonction primaire du réseau.
Propriétaire du protocole de communication HART, le FieldComm Group assure le développement de ses spécifications, les formations et les enregistrements de produit qui sont associés à la technologie. HART est désormais une norme CEI.
Le professionnel connaît le protocole HART et il peut appliquer le protocole HART selon les spécifications. Le protocole HART et la technologie HART ne seront donc pas détaillés plus avant dans la présente description.
Formes d'exécution
La figure 1 montre un appareil 1 selon une forme d'exécution de l'invention. L'appareil 1 fournit une liaison opérationnelle entre, d'une part, un appareil de terrain externe compatible avec HART 4 et, d'autre part, une passerelle 16 qui se trouve à une certaine distance de l'appareil de terrain externe compatible avec HART 4. Dans ce contexte, il est clair que dans la situation de la figure 1, il n'y a pas de liaison de communication physique entre l'appareil de terrain externe compatible avec HART 4 et la passerelle 16.
L'appareil 1 comprend un module HART 2 et un module LoRa 3. Aussi l'appareil est-il également nommé ci-après un appareil HART-LoRa. Comme nous l'avons déjà expliqué plus haut, le module LoRa utilise la technologie LPWAN. Le professionnel comprendra donc que le module LoRa n'est qu'une forme d'exécution préférée et que, par extension, d'autres technologies LPWAN peuvent également être incorporées dans l'appareil 1.
Le module HART 2 comprend un émetteur-récepteur HART 5. Le module HART 2 est prévu pour être relié à l'appareil de terrain externe compatible avec HART 4 par l'intermédiaire de l'émetteur-récepteur HART 5. Cette liaison permet au module HART 2 de communiquer avec l'appareil de terrain externe compatible avec HART 4 en utilisant le protocole HART. Concrètement, cela veut dire que le module HART 2 est prévu pour envoyer une commande HART à l'appareil de terrain externe compatible avec HART 4 par l'intermédiaire de l'émetteur-récepteur HART 5. En réponse à la commande, l'appareil de terrain externe compatible avec HART 4 peut renvoyer des informations au module HART 2. Ces informations peuvent concerner par exemple un statut de l'appareil de terrain externe compatible avec HART 4 et/ou des messages d'erreur de l'appareil de terrain externe compatible avec HART 4. Il ne s'agit que de quelques exemples des types d'information qui peuvent être demandés et transmis par l'intermédiaire du protocole HART. L'invention ne se limite pas à cette énumération.
Le module LoRa 3 comprend un émetteur-récepteur LoRa 6 pour la transmission de données par l'intermédiaire du protocole LoRaWAN. La transmission de données est illustrée sur la figure 1 par le chiffre de référence 15. Des données peuvent être envoyées à une passerelle 16 par le module LoRa 3 par l'intermédiaire du protocole LoRa. La passerelle 16 se trouve typiquement à une certaine distance de l'appareil 1, laquelle distance pouvant être de plusieurs kilomètres.
L'appareil 1 est également équipé d'un ou de plusieurs processeurs qui relient de manière opérationnelle le module HART 2 et le module LoRa 3. Dans la forme d'exécution de la figure 1, le processeur est composé de deux parties, représentées comme un premier processeur 13 qui est placé du côté du module HART 2, et un deuxième processeur 14 qui est placé du côté du module LoRa 3. Le premier processeur 13 est agencé pour communiquer avec l'émetteur-récepteur HART 5. Pour ce faire, le premier processeur 13 comprend typiquement une pile de protocoles HART. La pile de protocoles HART est définie dans les spécifications du protocole HART, et comprend au moins les commandes et les instructions du protocole HART. D'autre part, le premier processeur 13 comprend une pile de protocoles internes, qui permet au premier processeur 13 de communiquer avec le deuxième processeur 14. Autrement dit, le premier processeur 13 est fourni pour convertir les signaux internes, c'est-à-dire les signaux entre le premier processeur 13 et le deuxième processeur 14, en signaux HART, et inversement.
Le deuxième processeur 14 est agencé et configuré comme le premier processeur 13. Le deuxième processeur 14 est fourni pour communiquer avec l'émetteur-récepteur LoRa 6. Pour ce faire, le deuxième processeur 14 comprend la pile de protocoles LoRaWAN. En outre, le deuxième processeur 14 comprend la pile de protocoles internes pour communiquer avec le premier processeur 13. Le deuxième processeur 14 fournit ainsi un mécanisme pour convertir les signaux internes en signaux compatibles avec LoRa, et inversement.
Un aspect préférentiel important de l'invention concerne la commande de processus. En particulier, l'appareil 1 ne pourra pas interférer avec la commande de processus pour ίο garantir à l'opérateur du processus que la commande de processus n'est pas influencée négativement. L'appareil 1 comprenant un module HART 2, on ne peut théoriquement pas exclure, sans prendre de mesures supplémentaires, que le module HART 2 n'envoie des commandes HART à l'appareil de terrain externe compatible avec HART 4. Sans mesures supplémentaires, il est donc théoriquement possible que la commande de processus soit influencée. Pour éviter cela, un mécanisme de sécurité a été incorporé dans l'appareil 1.
Dans la forme d'exécution de la figure 1, le mécanisme de sécurité 12 est fourni pour interrompre, préférentiellement de manière physique, la communication entre le premier processeur 13 et le deuxième processeur 14, en direction du premier processeur 13. Dans la pratique, une interruption physique sera préférée à une interruption logicielle, parce que l'interruption physique est typiquement moins sensible à une manipulation abusive. En interrompant la communication du deuxième processeur 14 au premier processeur 13, on garantit que le module HART 2 ne reçoit pas d'instructions du module LoRa 3 pour envoyer des instructions HART à l'appareil de terrain externe compatible avec HART 4. Cela fait en sorte que, dans le cas où l'appareil 1 serait piraté par l'intermédiaire de la liaison sans fil et où le module LoRa 3 recevrait des instructions pour envoyer une commande HART abusive, le module LoRa 3 ne puisse pas transmettre ces instructions au module HART 2. A cette occasion, le mécanisme de sécurité 12 est préférentiellement agencé de telle sorte qu'une clé physique soit nécessaire pour activer la liaison entre le module HART 2 et le module LoRa 3, en direction du module HART 2. Un tel mécanisme de sécurité 12 garantit à l'opérateur d'un processus industriel que l'appareil 1 n'aura pas d'influence négative sur la commande de processus. Des diodes qui laissent passer un courant, et donc un signal, dans la direction du premier processeur 13 au deuxième processeur 14, mais pas l'inverse, peuvent être placées dans la liaison entre le premier processeur 13 et le deuxième processeur 14. Le premier processeur 13 peut être alors agencé pour interroger périodiquement l'appareil externe compatible avec HART 14 par l'intermédiaire de l'émetteurrécepteur HART, de sorte que des informations pertinentes puissent être aussi périodiquement envoyées au module LoRa 3, sans que le module LoRa 3 n'ait besoin de le demander.
L'appareil 1 comprend en outre une alimentation 11 qui est agencée pour recevoir une puissance électrique, et qui est agencée pour distribuer la puissance électrique entre les modules de l'appareil 1. Une forme d'exécution préférée de l'alimentation 11 est décrite en détail ci-dessous.
La figure 2 monte une forme d'exécution préférée alternative de l'appareil 1 avec un module HART 2 et un module LoRa 3. Dans la présente forme d'exécution, le processeur 7 pour la liaison opérationnelle du module HART 2 et du module LoRa 3 est exécuté en un seul bloc. Le processeur 7 peut être relié de manière opérationnelle à une mémoire 8 dans laquelle on a il stocké une pile de protocoles HART et une pile de protocoles LoRa en relation entre elles. De cette manière, le processeur 7 peut convertir un signal du module LoRa 3 en un signal pour le module HART 2, et inversement.
Dans la forme d'exécution de la figure 2, la sécurité est formée par un pare-feu 9. Le pare-feu 9 peut être agencé de différentes manières. Un pare-feu peut être ainsi fourni par exemple avec une mémoire dans laquelle une liste de commandes HART interdites a été enregistrée, et dans laquelle le pare-feu 9 est configuré pour bloquer les commandes en mémoire. Un tel pare-feu 9 est connu sous le nom de processeur Pass-Through. Dans le cas où le processeur 7 enverrait une commande interdite à l'émetteur-récepteur 5, cette commande sera interceptée par le pare-feu 9 et elle ne parviendra donc pas à l'émetteur-récepteur HART 5. La mémoire du parefeu 9 peut être verrouillée pour éviter les mises à jour et/ou le piratage du logiciel. Le pare-feu 9 peut être équipé d'une dérivation 10. La dérivation 10 peut être préférentiellement activée ou désactivée au moyen d'une clé physique. La clé physique garantit à l'opérateur du processus industriel, notamment sur la base des spécifications du pare-feu 9, que l'appareil 1 ne peut pas influencer la commande de processus de manière indésirable.
Selon une forme d'exécution préférée alternative, le pare-feu 9 a été inversé au sens où le pare-feu 9 n'a stocké en mémoire qu'une liste préétablie de commandes autorisées. A cette occasion, le pare-feu 9 est configuré pour ne laisser passer que des commandes qui se trouvent dans la liste et pour bloquer toutes les autres commandes. Par conséquent, seules quelques commandes peuvent être enregistrées dans la liste, avec lesquelles le module HART 2 peut demander des informations à l'appareil de terrain. Toutes les autres commandes peuvent être bloquées par le pare-feu 9.
En outre, la figure 2 représente de manière schématique comment la passerelle 16 est reliée à un serveur 18 par l'intermédiaire d'un réseau 17. De cette manière, la passerelle 16 peut transmettre les informations reçues au serveur 18 par l'intermédiaire du réseau 17, par exemple un réseau TCP/IP. Les données peuvent être traitées et classées sur le serveur 18. Des analyses Big Data peuvent être également réalisées pour identifier des tendances dans l'évolution des données. Cela permet d'optimaliser la maintenance et/ou la commande de processus.
Un autre aspect préférentiel important de l'invention concerne l'alimentation de l'appareil. Les figures 1 et 2 montrent un bloc de principe 11 comme alimentation, et illustrent avec deux flèches respectivement en direction du module HART 2 et du module LoRa 3 que l'alimentation 11 alimente les modules en énergie.
L'alimentation 11 est fournie, d'une part, pour recevoir une puissance électrique d'une source externe et, d'autre part, pour stocker la puissance électrique reçue et la distribuer de manière adéquate aux modules 2 et 3. Le professionnel comprendra que d'autres composants de fonctionnement soulignés ou non dans cette description peuvent être également fournis en énergie par l'alimentation 11.
La source externe qui fournit la puissance électrique à l'alimentation 11 peut être formée au sens large de différentes manières. C'est ainsi qu'une batterie peut être fournie pour apporter l'énergie externe. Un panneau solaire peut être également fourni, en combinaison ou non avec une batterie. En outre, un raccordement peut être fourni pour une tension de réseau ou une autre tension d'alimentation qui se trouve à proximité de l'appareil 1, de sorte qu’un installateur puisse raccorder l'appareil 1 à la tension de réseau externe ou à une autre tension d'alimentation.
L'alimentation 11 est préférentiellement équipée d'un module pour extraire de l'énergie électrique du signal avec lequel l'appareil externe compatible avec HART 4 fonctionne. Comme décrit plus haut, le signal comprend un composant analogique, contrôlé depuis une source de courant, qui s'élève typiquement de 4 à 20 mA. Dans la présente forme d'exécution préférée, l'alimentation 11 doit être agencée pour extraire de l'énergie sans influencer notablement l'intensité du signal analogique.
Pour ce faire, l'alimentation 11 est préférentiellement équipée d'un accumulateur d'énergie interne. En outre, l'alimentation 11 est préférentiellement prévue pour soustraire une puissance maximale prédéterminée au signal HART. Cette puissance maximale prédéterminée est choisie par le professionnel comme une puissance supplémentaire qui peut être fournie par la source de courant que génère le signal HART, et ce d'une manière qui n'influence pas le signal de 4...20 mA d'origine. Autrement dit, cette puissance maximale prédéterminée sera préférentiellement plus petite que la puissance de crête qui est nécessaire pour faire fonctionner le module HART 2 et/ou le module LoRa 3. Cette puissance maximale prédéterminée peut être éventuellement conditionnelle. La puissance qui est soustraite au signal HART, est alors stockée dans l'accumulateur d'énergie interne de sorte que l'alimentation 11 puisse accumuler la puissance nécessaire à envoyer au module HART 2 et/ou au module LoRa 3. Des circuits intégrés (CI) sont techniquement disponibles pour soustraire de la puissance électrique à un signal HART sans influencer le signal. Un exemple d'un tel CI est le LTC3255 de Linear Technology. Les solutions techniques de ce genre sont connues du professionnel et elles ne seront donc pas traitées en détail dans le présent document.
Sur la base de la description ci-dessus, le professionnel comprendra que l'invention peut être exécutée de différentes manières et sur la base de différents principes. A cette occasion, l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution décrites ci-dessus. Les formes d'exécution décrites ci-dessus, ainsi que les figures, sont de nature purement illustrative et elles ne servent qu'à favoriser la compréhension de l'invention. L'invention n'est donc pas limitée aux formes d'exécution décrites dans le présent document, mais elle est définie dans les revendications.

Claims (15)

  1. Revendications
    1. Appareil pour la transmission de données, ledit appareil comprenant un module HART (Highway Addressable Remote Transducer) et un module LPWAN (Low-Power Wide-Area Network), ledit appareil comprenant en outre une alimentation pour la réception d'une puissance électrique et la distribution de cette puissance aux modules, et ledit module HART étant agencé pour être relié à un appareil externe compatible avec HART afin de demander des données à l'appareil externe et d'en recevoir par l'intermédiaire d'un protocole HART, et ledit module HART étant relié de manière opérationnelle au module LPWAN pour fournir les données reçues au module LPWAN, et ledit module LPWAN étant agencé pour transmettre les données reçues à un serveur externe compatible avec LPWAN.
  2. 2. Appareil selon la revendication 1, ledit appareil comprenant en outre un processeur qui est agencé pour former la liaison opérationnelle entre le module HART et le module LPWAN.
  3. 3. Appareil selon la revendication 2, ledit processeur étant en outre relié à une mémoire dans laquelle des instructions et/ou des commandes du module HART sont rattachées à des instructions et/ou des commandes du module LPWAN, de sorte que le processeur assure la liaison opérationnelle sur la base des données en mémoire.
  4. 4. Appareil selon l'une des revendications précédentes, ledit module LPWAN étant agencé pour envoyer les données reçues à un serveur externe compatible avec LPWAN en utilisant un protocole LoRaWAN.
  5. 5. Appareil selon l'une des revendications précédentes, ladite alimentation étant agencée pour être reliée avec l'appareil externe compatible avec HART pour recevoir de la puissance du signal HART.
  6. 6. Appareil selon la revendication 5, ladite alimentation étant aménagée au moins pour ne pas perturber notablement l'intensité du courant du signal HART pendant la réception de la puissance.
  7. 7. Appareil selon la revendication 5 ou 6, ladite alimentation comprenant en outre un support de stockage d'énergie pour stocker l'énergie entre la réception de la puissance et la distribution de la puissance aux modules.
  8. 8. Appareil selon l'une des revendications précédentes, ledit appareil comprenant en outre un pare-feu qui est agencé pour bloquer les commandes d'écriture HART par le module HART.
  9. 9. Appareil selon la revendication 8, ledit pare-feu étant du type qui nécessite une authentification matérielle pour le contournement du pare-feu.
  10. 10. Appareil selon la revendication 8 ou 9 et selon la revendication 2 ou 3, ledit pare-feu étant placé entre le processeur et le module HART.
  11. 11. Appareil selon l'une des revendications précédentes, ledit module LPWAN étant agencé pour choisir un moment dans le temps pour la transmission au serveur externe
    5 compatible avec LPWAN.
  12. 12. Appareil selon la revendication 11, ledit module LPWAN étant agencé pour choisir le moment dans le temps sur la base d'un statut de l'alimentation.
  13. 13. Procédé pour la transmission de données d'un appareil externe compatible avec HART (Highway Addressable Remote Transducer) à un serveur externe, ledit procédé
    10 comprenant la fourniture d'un appareil selon l’une des revendications précédentes, et le procédé comprenant en outre :
    La demande de données de l'appareil externe compatible avec HART par l'intermédiaire d'un module HART de l'appareil ;
    La réception des données de l'appareil externe compatible avec HART sur le module 15 HART;
    Le transfert des données reçues vers un module LPWAN de l'appareil ;
    L'envoi par le module LPWAN des données reçues au serveur externe.
  14. 14. Procédé selon la revendication 13, ledit procédé comprenant :
    Le déclenchement du module HART par le module LPWAN pour demander les données. 20
  15. 15. Procédé selon la revendication 14, ledit déclenchement ayant lieu à un moment dans le temps choisi par le module LPWAN sur la base d'un statut de l'alimentation.
    1/2
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    CM
    LJL.
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