Beschreibung

Verfahren zum Betreiben eines nach dem Blockmodell arbeitenden Feldgerätes für ein verteiltes Automatisierungssystem

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines nach dem Blockmodell arbeitenden Feldgerätes für ein verteiltes Automatisierungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] In der Automatisierungstechnik (Fabrikautomatisierung bzw. Prozessautomatisierung) werden vielfach verteilte Automatisierungssysteme zur Anlagensteuerung eingesetzt. Zur Erfassung und/oder Beeinflussung der für die Steuerung relevanten Prozessvariablen dienen so genannten Feldgeräten. Beispiele hiefür sind Füllstandsmessgeräte, Massedurchflussmessgeräte, Druckschicht- und Temperaturmessgeräte etc, die als Sensoren die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck- bzw. Temperatur erfassen.

[0003] Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, z.B. Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter verändert werden kann.

[0004] Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firmengruppe Endress+Hauser hergestellt und vertrieben.

[0005] Zum Datenaustausch zwischen den Feldgeräten und den übergeordneten Einheiten (z.B. Leitsysteme, Steuereinheiten etc.) werden Feldbussysteme eingesetzt. Die übergeordneten Einheiten dienen zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung und Anlageüberwachung sowie zur Inbetriebnahme und zur Bedienung der Feldgeräte.

[0006] Als Feldgeräte werden allgemein auch solche Einheiten bezeichnet, die direkt an einen Feldbus angeschlossen werden und zur Kommunikation mit übergeordneten Einheiten dienen (z.B. I/Os, Gateways, Linking Devices, Controller). Häufig sind Feldbusse auch in Unternehmensnetzwerke, die auf Ethernet-Basis arbeiten, integriert. Damit kann aus unterschiedlichen Bereichen eines Unternehmens auf Prozessbzw. Feldgeräte- Informationen zugegriffen werden.

[0007] Zur globalen Kommunikation können Firmennetzwerke mit öffentlichen

Netzwerken (z. B. Internet) verbunden sein.

[0008] Zum Bedienen und zur Inbetriebnahme der Feldgeräte sind entsprechende Bedienprogramme notwendig (z.B. Fieldcare, Endress+Hauser; Pactware; AMS, Emerson; Simatic PDM, Siemens).

[0009] Zur Anlagensteuerung von größeren Anlagen dienen

Leitsystemanwendungen (z.B. Simatic PCS7, Siemens; Freelance, ABB; Delta V, Emerson).

[0010] Ein wesentlicher Aspekt bei den offenen Feldbusssystemen (Profibus,

Foundation Fieldbus) ist die interoberabilität und die Austauschbarkeit von Geräten unterschiedlicher Hersteller. In einer Anlage können Geräte (Sensoren, Aktoren, etc.) unterschiedlicher Hersteller zusammen eingesetzt werden. Bei Ausfall eines Sensors eines bestimmten Herstellers ist es möglich, diesen durch einen ähnlichen Sensor eines anderen Herstellers zu ersetzen.

[0011] Diese Anforderungen erfordern eine klare Strukturierung von Daten und

Funktionen in den einzelnen Feldgeräten, um einen einheitlichen Zugriff zu ermöglichen. Erreicht wird dies durch ein standardisiertes Blockmodell, das sowohl den Feldbussystemen Profibus wie auch Foundation Fieldbus zugrunde liegt.

[0012] Daten und Funktionen eines Feldgerätes werden dabei in unterschiedlichen Blöcken gekapselt, die nach außen als Kommunikationsobjekt in Erscheinung treten. Jedes Feldgerät, das nach dem Block-Modell arbeitet, weist zumindest einen Geräteblock (Resource bloc) auf, der alle Daten, die ein Gerät identifizieren z.B. Geräte- Herstellername, Seriennummer, Hardware- und Firmenversionen beinhaltet. Neben dem Geräteblock ist ein übertragungsblock (Transducer bloc) vorgesehen, der zur Aufbereitung von Signalen dient. In der Regel handelt es sich bei diesen Signalen um Rohsignale (Eingangssignale), die von einem Messaufnehmer stammen und aufbereitet werden müssen, bevor diese weiteren Funktionsblöcken zugeführt werden können. Im übertragungsblock erfolgt eine Kalibrierung und eine Linearisierung des Rohsignals, so dass als Ausgangssignale des übertragungsblocks der eigentliche Messwert zur Verfügung steht. Es werden eine Vielzahl

vordefinierter Basisfunktionsblöcke zur Verfügung gestellt. Typische Funktionsblöcke sind: Analog Input, Analog Output, Digital Input, Digital Output, PID- Regler etc.. Diese Funktionsblöcke werden in den Feldgeräten mit Hilfe eines entsprechenden Bedienwerkzeugs z.B. ControlCare Fa. Endress+Hauser zu einer Kontrollstrategie schaltet. Die so erstellte Kontrollstrategie dient ausschließlich der Prozesssteuerung.

[0013] Zur Anlagenüberwachung (Asset - Management) dienen in der Regel entsprechende Anwendungsprogramme, die ebenfalls auf den übergeordneten Einheiten ablaufen.

[0014] Prozesssteuerung und Anlagenüberwachung sind meist zwei völlig getrennte Systeme. Ein Datenaustausch zwischen diesen Systemen ist nur mit einem erheblichen Aufwand zu realisieren.

[0015] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren zum Betreiben eines nach dem Blockmodell arbeitenden Feldgerätes der Automatisierungstechnik anzugeben, dass ein einfacher Datenaustausch zwischen einem Prozesssteuerungssytem und einem Anlagenüberwachungssystemen ermöglicht.

[0016] Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Merkmale.

[0017] Vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0018] Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, zwei virtuelle

Feldgeräte-Objekte in einem Feldgerät vorzusehen, wobei das eine virtuelle Feldgerät-Objekt mit einer der Prozesssteuerung dienenden Funktionsblock-Anwendung verbunden ist und das andere virtuelle Feldgeräte-Objekt mit einer zweiten zur Anlagenüberwachung dienenden Funktionsblock-Anwendung verbunden ist. Beide Funktionsblock-Anwendungen werden nach verschiedenen Zeitplänen abgearbeitet. Dadurch dass auch zur Anlagenüberwachung Funktionsblock-Anwendungen mit entsprechenden Funktionsblöcken verwendet werden, ist ein einfacher Datenaustausch zwischen Prozesssteuerungssystemen und Anlageüberwachungssystemen möglich.

[0019] Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten

Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

[0020] Fig. 1: Verteiltes Automatisierungssystem in schematischer Darstellung [0021] Fig. 2: Feldgerät eines verteilten Automatisierungssystems gemäß Fig. 1 [0022] Fig. 3: Funktionsblockanwendung in einem Feldgerät gemäß Fig. 2 in schematischer Darstellung. [0023] Fig. 4: Funktionsblockanwendung gemäß Fig. 3 mit unterschiedlichen

Schnittstellen.

[0024] Fig. 5: Blockschaltbild eines Feldgerätes gemäß Fig. 1 [0025] In Figur 1 ist ein verteiltes Automatisierungssystem VS näher dargestellt. An einen Datenbus D1 sind mehrere Rechnereinheiten (Arbeitsplatzrechner, Workstations) WS1 , WS2, WS3 angeschlossen. Diese Rechnereinheiten dienen als übergeordnete Einheiten unter anderem zur Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung und zum Engineering sowie zum Bedienen und überwachen von Feldgeräten. Der Datenbus D1 arbeitet zum Beispiel nach dem HSE (High Speed Ethernet) Standard der Foundation Fieldbus. über eine Verbindungseinheit V1 ist der Datenbus D1 mit einem Feldbusssegment SM1 verbunden. Die Verbindungseinheit V1 kann zum Beispiel eine Steuereinheit (FieldController, Fa. Endress+Hauer) sein. Das Feldbus-Segment SM1 besteht aus mehreren Feldgeräten F1 , F2, F3, F4, die über einen Feldbus FB miteinander verbunden sind. Bei den Feldgeräten F1 , F2, F3, F4 kann es sich wohl um Sensoren wie auch um Aktoren handeln. Der Feldbus FB arbeitet zum Beispiel nach dem Feldbusstandard Foundation Fielbus. [0026] In Fig. 2 ist eines der Feldgeräte, zum Beispiel das Feldgerät F1 , schematisch dargestellt. Die physikalische Verbindung des Feldgerätes F1 mit dem Feldbus erfolgt über eine Schnittstelle PHY, die als Feldbusschnittstelle ausgebildet ist. Diese Feldbusschnittstelle führt eine physikalische Signal-Anpassung auf den verwendeten Feldbusstandard durch. Die protokollspezifische Anpassung erfolgt in einem Kommunikationsstapel (Kommunikations-Stack) ST. Dieser Kommunikationsstapel ST ist mit mehreren virtuellen Feldgeräten-Objekten (Virtual Field Devices) verbunden. Diese virtuellen Feldgeräte-Objekte stellen alle über den Feldbus darstellbaren

Kommunikationsobjekte und deren Objektbeschreibungen zur Verfügung. Ein virtuelles Feldgeräte-Objekt ist das Netzwerk- und Systemmanagementobjekt NSM-VFD, das mit einer Netzwerk- und Systemmanagamentanwendung NSMA verbunden ist. Ein weiteres virtuelles Feldgerät-Objekt ist das Objekt VFD1 das mit einer Funktionsblockanwendung FBA1 verbunden ist. Diese Objekte und Anwendungen sind bei herkömmlichen Feldgeräten bekannt.

[0027] Erfindungsgemäß ist im Feldgerät F1 ein weiteres virtuelles Feldgeräte-Objekt VFD2 vorgesehen, das mit einer Funktionsblockanwendung FBA2 verbunden ist.

[0028] Die Funktionsblockanwendung FBA1 dient zur Prozesssteuerung. Die Funktionsblockanwendung FBA2 zur Anlagenüberwachung.

[0029] Diese beiden Funktionsblockanwendungen sind in Fig. 3 näher dargestellt. Das virtuelle Feldgeräte-Objekt VFD2 ist mit einem Anlagen-überwachungssfunktionsblock AFB und einem Diagnosefunktionsblock DIAG-FB verbunden. Mit Hilfe des Diagnosefunktionsblocks DIAG-FB werden gerätespezifische Diagnoseinformationen abgefragt bzw. ermittelt. Der Anlagen-überwachungsfunktionsblock AFB verarbeitet Anlagenüberwachungs-relevante Informationen. Bei diesen beiden Funktionsblöcken handelt es sich um so genannte flexible Funktionsblöcke (flexibel function blocks), für die die Foundation Fieldbus entsprechende aSpezifikationen erstellt hat.

[0030] Das virtuelle Geräteobjekt VFD1 ist mit einer herkömmlichen standardisierten AI Funktionsblock AI-FB verbunden. Der AI Funktionsblock AI-FB ist mit einem PID-Regler Funktionsblock PID-FB verbunden. Außerdem ist bei der Ansicht der Funktionsblockanwendung FBA1 der Anlageüberwachungsfunktionsblock AFB zu sehen, deshalb ist dieser gestrichelt dargestellt. Der Datenaustausch zwischen dem Diagnosefunktionsblock DIAG-FB und dem Reglerfunktionsblock PID-FB ist gestrichelt dargestellt. Die Anlagenüberwachungsfunktionsblöcke AFB und DIAG-FB entsprechen der IEC61131-3 Programmierung und werden in der vom Feldgerät F1 zur Verfügung gestellten

Funktionsblockumgebung ausgeführt. Hierdurch ist ein einfacher Austausch zwischen einem Prozessteuerungssystem und einem im Anlageüberwachungssystem möglich. Die Differenzierung von Anlagenüberwachung und Prozessdaten bereits auf der Feldgeräteebene macht einen einfachen Datenaustausch möglich. Handelt es sich bei dem Feldgerät F1 zum Beispiel um eine pH Elektrode und meldet der Diagnosefunktionsblock DIAG-FB, dass die pH-Elektrode verschmutzt ist, so wird diese Information an den PID Regler Funktionsblock weitergeleitet, der daraufhin den PID Reglerfunktionsblock PID -FB in einen Sicherheitsmodus (Safety-Mode) schaltet, da in diesem Fall der sichere Betrieb der Anlagen möglicherweise nicht mehr gewährleistet ist. Entsprechende Verknüpfungen zwischen den Funktionsblöcken können mit herkömmlichen Bedienwerkzeugen einfach durchgeführt werden.

[0031] In Fig. 4 ist eine alternative Aufgestaltung der Erfindung dargestellt.

Hierbei greifen die virtuellen Feldgeräte-Objekte VFD1 bzw. VFD2 auf unterschiedliche Kommunikations-Schnittstellen zu. Die Kommunikationsblöcke des herkömmlichen virtuellen Feldgerätes-Objekt VFD1 werden in gewohnter Weise über den Feldbus FB anderen Systemteilnehmern zur Verfügung gestellt. Das zweite virtuellen Feldgeräte-Objekte VFD2 ist mit einer Funkschnittstelle PHYI verbunden, die drahtlos Daten mit anderen Systemteilnehmern austauscht. Somit werden die anlageüberwachungsrelevanten Daten auf einem völlig anderen Kommunikationskanal übertragen. Dies entlastet die Datenübertragungsrate auf dem Feldbus FB.

[0032] Die übertragung auf diesen Kommunikationskanal kann auch nach einem anderen Protokoll erfolgen. Dies ist durch den Kommunikationsstapel ST' angedeutet.

[0033] Je nach Verwendung der Funktionsblöcksätze (Prozesssteuerung, Anlagenüberwachung) können Speicherbereiche und logische Datenstrukturen dynamisch zugewiesen werden. Werden nur Anlagenüberwachungs-Funktionen benötigt, so kann der gesamte zur Verfügung stehende Speicherplatz diesen Funktionalitäten zugewiesen werden.

[0034] Unter Anlagenüberwachung soll auch Zustandsüberwachung im Sinne von Condition Monitoring verstanden werden.

[0035] In Fig. 5 ist der Hardware mäßige Aufbau des Feldgerätes F1 näher dargestellt. Ein Mikrokontroller μC ist mit einem Messaufnehmer MA verbunden, der zur Auffassung einer Prozessvariablen z.B. eines PH-Wert dient. An den Mikrocontroller μC sind mehrere Speichereinheiten angeschlossen. Ein Speicher VM dient als temporärer flüchtiger Arbeitsspeicher. Als Programmspeicher für den Mirkocontroller μC dient EPROM-Speicher oder Flashspeicher. In einem nichtflüchtigen beschreibbaren Datenspeicher NVN z.B. einem EEPROM Speicher sind Parameterwerte abgespeichert. Zur Messwertanzeige und zur Bedienung ist eine Anzeige / Bedieneinheit AB vorgesehen, die ein Display und mehrere Drucktasten aufweist.

[0036] Zur Kommunikation mit dem Feldbus dient Kommunikationscontroller COM, dem eine Feldbusschnittstelle PHV nachgestaltet ist. Der Kommunikationsstapel bzw. die Kommunikationsstapel werden im Kommunikationscontroller COM abgearbeitet.

[0037] Zur Energieversorgung des Gerätes dient ein Versorgungsteil VT, das entweder mit einer externen Versorgungseinheit verbunden ist oder seine Energie vom Feldbus FB über die Feldbusschnittstelle PHY bezieht.