Die Erfindung bezieht sich auf ein System der Automatisierungstechnik, ein ansteckbares Funkmodul der Automatisierungstechnik und ein Verfahren zur drahtlosen

Datenübertragung zwischen einer mobilen Bedieneinheit und einem an das Feldgerät angesteckten Funkmodul.

In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Bestimmung, Optimierung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os (elektrische Schnittstellen), Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.

Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.

Gegenwärtig sind in einer Vielzahl der bestehenden Automatisierungsanlagen noch Zweileiterfeldgeräte gängig, die über eine Zweidrahtleitung zu einer übergeordneten Einheit, bspw. eine Steuereinheit SPS, verbunden sind. Die Zweileiterfeldgeräte sind derartig ausgebildet, dass die Mess- bzw. Stellwerte als Haupt-Prozessvariable über die Zweidrahtleitung bzw. das Zweileiterkabel analog in Form eines 4-20 mA Signals kommuniziert, d.h. übertragen, werden. Neben der primären Funktion, nämlich der Erzeugung von Messwerten, weisen moderne Feldgeräte zahlreiche weitere

Funktionalitäten auf, die ein effizientes und sicheres Führen des zu beobachtenden Prozesses unterstützen. Dazu zählen u. a. solche Funktionen, wie die Eigenüberwachung des Feldgerätes, das Abspeichern von Messwerten, das Erzeugen von Steuersignalen für Stellglieder, etc..

Die mittels der Feldgeräte beobachteten Prozesse unterliegen sowohl hinsichtlich der baulichen Ausführung der Anlagen als auch hinsichtlich der zeitlichen Abfolgen einzelner Prozessschritte einer steten Modifikation. In entsprechender Weise sind auch die

Feldgeräte den sich ändernden Prozessbedingungen anzupassen und weiter zu entwickeln. Dies erstreckt sich einerseits auf die Messwert-Aufnehmer, andererseits aber vor allem auch auf die implementierten Funktionen, wie z. B. die Ansteuerung des Messwert-Aufnehmers, die Auswertung der Messsignale oder die Präsentation der Messergebnisse sowie die Kommunikation mit der übergeordneten Einheit.

Aufgrund der Zweidrahtleitung sind die Feldgeräte in der Regel hinsichtlich der

Spannungs- und Stromversorgung begrenzt, insbesondere gilt dies in

explosionsgefährdeten Bereichen.

Dadurch dass die Leistungsaufnahme stark eingeschränkt ist, bezeichnet man derartige Geräte auch als Low-Power-Feldgeräte. Aufgrund der beschränkten Leistung, die dem Feldgerät zur Verfügung steht, ist auch die Leistung für einzelne Komponenten des Feldgerätes bzw. Komponenten, die an das Feldgerät für einen kurzzeitigen Betrieb angebracht bzw. angesteckt werden, stark begrenzt. Ein Beispiel für derartigen an das Feldgerät angesteckten Komponenten ist ein Funkmodul bzw. Funkadapter zur drahtlosen Datenübertragung von Daten.

Um einen dauerhaften Betrieb eines solchen Funkmoduls garantieren zu können, sind die Funkmodule so an die Feldgeräte angepasst, dass diese nie einen maximal vergebenen Leistungsbedarf überschreiten, wobei der Leistungsbedarf hierbei auf eine dem Feldgerät minimal zugeführte Leistung abgestimmt ist. Dies bietet zwar den Vorteil, dass das

Funkmodul jederzeit sicher Daten drahtlos übertragen kann. Nachteilig ist jedoch, dass die Daten mit vergleichsweise geringer Übertragungsgeschwindigkeit drahtlos übertragen werden, umso entsprechend Leistung einzusparen. Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein Funkmodul derartig an ein Feldgerät anzupassen, dass das Funkmodul sowohl dauerhaft sicher betrieben werden kann, als auch mit einer möglichst hohen Übertragungsgeschwindigkeit die Daten drahtlos übertragen kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das System der Automatisierungstechnik gemäß Patentanspruch 1 , dem ansteckbaren Funkmodul gemäß Patentanspruch 3 und dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 1.

Das erfindungsgemäße System der Automatisierungstechnik umfasst:

- ein Feldgerät mit einer Feldgeräteelektronik, welche eine Anschlussklemme zum

Anschließen einer Zweidrahtleitung und eine drahtgebundene Feldgeräteschnittstelle aufweist, wobei dem Feldgerät über die Zweidrahtleitung, die an die Anschlussklemme anschließbar ist, zumindest eine minimale Betriebsleistung zur Verfügung gestellt wird;

- ein ansteckbares Funkmodul der Automatisierungstechnik zur drahtlosen

Datenübertragung zumindest aufweisend eine drahtgebunden Schnittstelle zum Anschließen an die Feldgeräteschnittstelle des Feldgerätes und eine

Funkmodulelektronik mit einer Funkantenne, wobei die Funkmodulelektronik dazu eingerichtet ist, über die drahtgebundenen Schnittstellen zumindest einen Stromwert des Feldgerätes abzufragen und anhand des Stromwertes ein Funkintervall und/oder eine Funkdatenbreite für die drahtlose Datenübertragung entsprechend anzupassen, sodass die Funkmodulelektronik einen leistungsangepassten Betriebsmodus ausführt, in dem die drahtlose Datenübertragung an die dem Feldgerät aktuell zur Verfügung gestellte Leistung angepasst wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems umfasst ferner eine mobile Bedieneinheit, die zur drahtlosen Datenübertragung mit dem Funkmodul eingerichtet ist.

Das erfindungsgemäße ansteckbares Funkmodul der Automatisierungstechnik zur drahtlosen Datenübertragung Vorrichtung umfasst zumindest eine drahtgebunden Schnittstelle zum Anschließen an eine entsprechende drahtgebunden

Feldgeräteschnittstelle eines Feldgerätes und eine Funkmodulelektronik mit einer Funkantenne, wobei die Funkmodulelektronik dazu eingerichtet ist, über die

drahtgebundenen Schnittstellen zumindest einen Stromwert des Feldgerätes abzufragen und anhand des Stromwertes ein Funkintervall und/oder eine Funkdatenbreite für die drahtlose Datenübertragung entsprechend anzupassen, sodass die Funkmodulelektronik einen leistungsangepassten Betriebsmodus ausführt, in dem die drahtlose

Datenübertragung an die dem Feldgerät aktuell zur Verfügung gestellte Leistung angepasst wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Funkmoduls oder des Systems sieht vor, dass die Funkmodulelektronik ferner dazu eingerichtet ist, einen Standardbetriebsmodus auszuführen, in dem das Funkintervall und/oder die Funkdatenbreite für die drahtlose Datenübertragung an eine minimale Betriebsleistung, die dem Feldgerät mindestens zur Verfügung gestellt wird, angepasst wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Funkmoduls oder des Systems sieht vor, dass die Funkmodulelektronik ferner dazu eingerichtet ist, zwischen dem Standardbetriebsmodus und dem leistungsangepassten Betriebsmodus hin und her zu schalten, wobei die Umschaltung von dem Standardbetriebsmodus in den leistungsangepassten Modus insbesondere durch eine externe Aktion eines Bedieners ausgelöst wird. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die externe Aktion eine Anfrage an das

Funkmodul zur drahtlosen Datenübertragung einer Hüllkurve des Feldgerätes umfasst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Funkmoduls oder des Systems sieht vor, dass die Funkmodulelektronik zum Anpassen des Funkintervalls und/oder der Funkdatenbreite auf eine Tabelle oder eine mathematische Funktion zurückgreift, die für verschiedene Stromwerte jeweils eine für das Funkmodul mögliche Leistung abbildet, wobei die

Funkmodulelektronik ferner dazu eingerichtet ist, das Funkintervall und/oder die

Funkdatenbreite an eine für den abgefragten Stromwert aus der Tabelle oder über die mathematische Funktion ermittelte Leistung anzupassen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Funkmoduls oder des Systems sieht vor, dass die Funkmodulelektronik ferner dazu eingerichtet ist, über die drahtgebundenen Schnittstellen eine Klemmenspannung, die an einer Anschlussklemme des Feldgerätes anliegt, abzufragen und das Funkintervall und/oder die Funkdatenbreite für die drahtlose

Datenübertragung anhand des abgefragten Stromwerts und der Klemmspannung anzupassen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Funkmoduls oder des Systems sieht vor, dass die Tabelle oder die mathematische Funktion die mögliche Leistung in Abhängigkeit der verschiedenen Stromwerte und dazu entsprechender Klemmenspannungen abbildet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Funkmoduls oder des Systems sieht vor, dass die Funkmodulelektronik ferner dazu eingerichtet ist, die drahtlose Datenübertragung gemäß einem der folgenden Standards bzw. Protokollen oder einer davon abgewandelten Variante auszuführen:

Bluetooth oder Bluetooth Low Energy;

- 6 LoWPAN;

- 6TiSCH; oder

- Wireless HART.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung, insbesondere der drahtlosen Übertragung von Daten einer Hüllkurve eines Feldgerätes, zwischen einer mobilen Bedieneinheit und einem an das Feldgerät angesteckten

Funkmodul nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltung, umfassend zumindest die folgenden Schritte:

Anfrage des Stromwertes über die drahtgebundene Schnittstelle bei einer Feldgeräteelektronik des Feldgerätes durch die Funkmodulelektronik;

- Anpassen des Funkintervalls und/oder der Funkdatenbreite des Funkmoduls zumindest an den abgefragten Stromwert des Feldgerätes;

- Drahtlose Übertragung von Daten, insbesondere Daten der Hüllkurve des Feldgerätes, mit dem angepassten Funkintervall und/oder der Funkdatenbreite zwischen dem

Funkmodul und der mobilen Bedieneinheit. Als Bedieneinheit kommen hierbei sämtliche tragbaren Recheneinheiten mit einer Funkschnittstelle zur drahtlosen Datenübertragung in Betracht. Beispiele von

Bedieneinheiten sind Mobilfunktelefone bzw. Smartphones, Notebooks oder auch Tablets.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Funkmodulelektronik ferner die Klemmspannung, die an der Anschlussklemme des Feldgerätes anliegt, abfragt und wobei die Funkmodulelektronik das Funkintervall und/oder die Funkdatenbreite für die drahtlose Datenübertragung anhand des abgefragten Stromwerts und der Klemmspannung anpasst.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Funkmodulelektronik ferner zwischen dem Standardbetriebsmodus und dem

leistungsangepassten Betriebsmodus hin und her schaltet, wobei die Umschaltung von dem Standardbetriebsmodus in den leistungsangepassten Modus durch eine an der mobilen Bedieneinheit ausgeführten externe Aktion, insbesondere einer Anfrage zur Übertragung einer Hüllkurve, durch einen Bediener ausgelöst wird.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems der

Automatisierungstechnik.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems der Automatisierungstechnik. Das System weist ein Zweileiterfeldgerät 1 auf, welches ein vorzugsweise metallisches Gehäuse 2 umfasst, indem eine Feldgeräteelektronik 4 angeordnet ist. Die Feldgeräteelektronik 4 ist derartig ausgebildet, dass diese

Anschlussklemmen 13 aufweist, über die eine Zweidrahtleitung 12 elektrisch

angeschlossen ist bzw. anschließbar ist. Über die Zweidrahtleitung 12 wird die

Feldgeräteelektronik 4 und somit das Feldgerät 1 an eine, in Fig. 1 nicht gesondert dargestellte, übergeordnete Einheit angeschlossen, um mit der übergeordneten Einheit Daten drahtgebunden zu kommunizieren. Hierbei werden die Messwerte als Haupt- Prozessvariable über die Zweidrahtleitung 12 analog in Form eines 4-20 mA Stromsignals kommuniziert, indem ein entsprechender Stromwert des 4-20 mA Stromsignals durch die Feldgeräteelektronik gestellt wird. Andere Daten, die bspw. Parameter des Feldgerätes umfassen können, werden in Form eines digitalen Zweileitersignals, bspw. gemäß dem HART Standard, übertragen. Ferner wird über die Zweidrahtleitung bzw. das 4-20 mA Stromsignal die Feldgeräteelektronik 4 auch mit Energie versorgt. Hierfür wird der Feldgeräteelektronik in Abhängigkeit einer Klemmspannung Uk, die an den

Anschlussklemmen anliegt, und dem 4-20 mA Stromsignal, eine Betriebsleistung zur Verfügung gestellt. Für gewöhnlich umfasst die Klemmspannung Uk einen minimalen Spannungswert von ca. 10 V, sodass sich eine minimale Betriebsleistung für die

Feldgeräteelektronik von Lmin = 10V ^* 4 mA = 40 mW ergibt. Die Klemmspannung kann prinzipiell aber auch einen davon abweichenden Wert aufweisen, bspw. einen Wert aus dem bereich von 10-30 V.

Um einen sicheren Betrieb des Feldgerätes 1 zu gewähren, ist die Feldgeräteelektronik 4 derartig ausgebildet, dass diese sämtliche Funktionen, insbesondere das Erfassen bzw. Stellen von Messwerte, die Bearbeitung dieser und die Übertragung bzw. Stellen eines entsprechenden Stromwertes des 4-20 mA Stromsignales mittels der minimalen

Betriebsleistung Pmin durchführen kann. Ferner ist die Feldgeräteelektronik 4 dazu eingerichtet, dass ein Teil der minimalen Betriebsleistung dauerhaft für ein extern anschließbares Funkmodul 6 zur Verfügung steht bzw. diesen Teil quasi für das

Funkmodul„reserviert“ ist. Dieser zur Verfügung gestellte Teil der minimalen

Betriebsleistung dient dazu, das Funkmodul dauerhaft mit einer minimalen

Funkmodulbetriebsleistung zu betreiben.

Das System umfasst ferner ein Funkmodul 6 zur drahtlosen Datenübertragung mit einer Funkmodulelektronik 8 und einer drahtgebundenen Schnittstelle 7. Über die

drahtgebunden Schnittstelle 7 ist das Funkmodul 6 zur drahtgebunden Kommunikation lösbar mit einer Feldgeräteschnittstelle 5 des Feldgerätes 1 datenleitend verbunden.

Das Funkmodul 6 weist eine Funkanatenne 9 auf, wobei die Funkmodulelektronik 8 dazu eingerichtet ist, die über die drahtgebundene Schnittstelle 5 von der Feldgeräteelektronik 4 stammenden Daten in zur drahtlosen Übertragung entsprechende Daten zu wandeln, die dann über die Funkantenne 9 ausgesendet werden können und umgekehrt.

Erfindungsgemäß ist die Funkmodulelektronik 8 dazu eingerichtet, einen

leistungsangepassten Betriebsmodus auszuführen, in dem ein Funkintervall 3a und/oder eine Funkdatenbreite 3b an die dem Feldgerät 1 durch die Zweidrahtleitung 12 aktuell zur Verfügung gestellte Leistung P angepasst wird, sodass das Funkmodul zumindest kurzzeitig mit einer Leistung oberhalb der notwendigen minimalen

Funkmodulbetriebsleistung betreibbar ist. Hierzu ist die Funkmodulelektronik 8 dazu eingerichtet, zumindest den aktuell eingestellten Stromwert I bei der Feldgeräteelektronik 4 über die drahtgebundenen Schnittstellen 5, 7 abzufragen und anhand zumindest des

Stromwertes I eine aktuell für das Funkmodul zur Verfügung stehende maximal mögliche Leistung zu bestimmen, sodass das Funkintervall 3a und/oder die Funkdatenbreite 3b entsprechend angepasst werden kann. Der leistungsangepasste Betriebsmodus kann so ausgestaltet sein, dass die Prozedur zum Anpassen des Funkintervalls 3a und/oder der Funkdatenbreite 3b in regelmäßigen Abständen durch die Funkmodulelektronik 8 durchgeführt wird, sodass die Anpassung des Funkintervalls 3a und/oder der

Funkdatenbreite 3b an die dem Feldgerät 1 aktuell zur Verfügung stehende Leistung P dynamisch erfolgt. Es versteht sich von selbst, dass in dem Fall, dass das Funkintervall und/oder die Funkdatenbreite aufgrund der zur Verfügung stehenden Mehrleistung erhöht wird, die drahtgebundene Kommunikation über die drahtgebunden Schnittstelle 7 zur Kommunikation der Daten die drahtlos übertragen werden sollen, entsprechend angepasst wird.

Mit Funkintervall 3a ist vorliegend das Intervall zwischen zwei aktiven Sende- bzw.

Empfangsaktionen des Funkmoduls 6 zu verstehen und mit Funkdatenbreite 3b die

Anzahl von Funkpaketen die pro Sende- bzw. Empfangsaktionen übertagen werden. Je nach Art der eingesetzten Funktechnologie werden das Funkintervall bzw. die

Funkdatenbreite unterschiedlich bezeichnet. So wird bspw. bei Bluetooth Low Energy das Funkintervall als„Connection interval“ bezeichnet und die Funkdaten breite als„packets per connection event“.

Zur Ermittlung der für das Funkmodul 6 zur Verfügung stehenden Leistung kann ein Speicher 15 der Funkmodulelektronik eine Tabelle aufweisen, in der für spezifische Stromwerte spezifische Leistungswerte hinterlegt ist. Ergänzend oder alternativ dazu, kann eine mathematische Funktion, die den Zusammenhang zwischen dem Stromwert I und der Leistung beschreibt, hinterlegt sein. Neben der Abfrage des Stromwertes I kann die Funkmodulelektronik 6 auch dazu eingerichtet sein, den Wert der Klemmspannung UK bei der Feldgeräteelektronik über die drahtgebundenen Schnittstellen 5, 7 abzufragen, umso eine präzisere Ermittlung der dem Funkmodul zur Verfügung stehenden Leistung zu ermöglichen. Es versteht sich von selbst, dass in diesem Fall die hinterlegte Tabelle bzw. die mathematische Funktion um entsprechende Klemmspannungswerte Uk erweitert ist.

Neben dem leistungsangepassten Betriebsmodus kann die Funkmodulelektronik 8 ferner dazu eingerichtet sein, einen Standardbetriebsmodus auszuführen, in dem das

Funkintervall 3a und/oder Funkdatenbreite 3b an die dem Feldgerät 1 zur Verfügung gestellte minimale Betriebsleistung Pmin angepasst ist. Ergänzend kann die

Funkmodulelektronik 8 dazu eingerichtet sein, zwischen dem Standardbetriebsmodus und dem leistungsangepassten Betriebsmodus zu wechseln bzw. umzuschalten. Die

Umschaltung kann dabei durch das Auslösen einer spezifischen Aktion, bspw. der

Anforderung des Übertragens einer größeren Datenmenge, initiiert werden. Eine derartige Aktion kann bspw. die Anforderung zur Übertragung einer Hüllkurve 14 von dem

Feldgerät 1 auf eine mobile Bedieneinheit 10 durch einen Bediener 1 1 umfassen.

Alternativ oder ergänzend dazu kann die externe Aktion aber auch die Anforderung einer allgemeinen Funktion, wie bspw. das Laden bzw. Speichern einer Konfiguration des Feldgerätes (Parametrierung), das Laden eines Ereignis-Logbuchs oder ähnliche Funktionen umfassen.

Die Anforderung zur Übertragung der Daten kann hierbei durch den Bediener 1 1 an der mobilen Bedieneinheit 10 ausgeführt werden, bspw. durch Eingabe eines entsprechenden Befehls.

Bezugszeichenliste

Feldgerät

Gehäuse des Feldgerätes

a Funkintervall

b Funkdatenbreite

Feldgeräteelektronik

Feldgeräteschnittstelle

Funkmodul

drahtgebunden Schnittstelle des Funkmoduls

Funkmodulelektronik

Funkantenne

0 Mobile Bedieneinheit

1 Bediener

2 Zweidrahtleitung

3 Anschlussklemme

4 Hüllkurve

5 Speicher

Stromwert des Feldgerätes

minimale Betriebsleistung

Klemmspannung