WO2006018345A1 - Verfahren zum betreiben eines feldgeräts der automatisierungstechnik - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines feldgeräts der automatisierungstechnik Download PDF

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WO2006018345A1
WO2006018345A1 PCT/EP2005/053047 EP2005053047W WO2006018345A1 WO 2006018345 A1 WO2006018345 A1 WO 2006018345A1 EP 2005053047 W EP2005053047 W EP 2005053047W WO 2006018345 A1 WO2006018345 A1 WO 2006018345A1
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Walter Borst
Alain Chomik
Marco Colucci
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    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25428—Field device

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a field device of the automation technique according to the preamble of claim 1.
  • Capture and / or influencing process variables Capture and / or influencing process variables.
  • field devices are level gauges, mass flow meters, pressure and temperature measuring devices, etc., which detect the corresponding process variables level, flow, pressure or temperature as sensors.
  • Flow of a liquid in a pipe section or as pumps can change the level in a container.
  • bus systems are all systems and manufacturing devices in which previously analog signals were used for measured value transmission. This applies to a large number of industries, such as the chemical industry, petrochemicals, foodstuffs, manufacturing technology, etc.
  • the size of the systems ranges from very small systems with approx. 10 sensors and actuators to large-scale systems with several hundred sensors and actuators.
  • Control must be made known before it can be put into operation in the automation device.
  • the controller For the integration of other field devices, the controller must be stopped and the configuration of the controller must be changed so that the new device is correctly recognized by the controller. To this end, at least a portion of a process plant has stopped t be. This is very undesirable for the user. Furthermore, the configuration of a controller can be made only by a specialist and not by the normal operating personnel.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for operating a
  • the essential idea of the invention is that in the field device in addition to the actual identifier, further alternative identifiers identify the similar field device types are stored and in a request by a higher-level unit, if this is the identifier transmitted in a previous request not accepted as a valid identifier, one of the alternative identifiers is transmitted.
  • the transmitted identifier is not accepted, an alternative identifier transmitted to the parent unit.
  • the control program in the higher-level unit there is no difference from the state before the device replacement.
  • the superordinate unit unit replacement does not seem to have taken place. The superordinated unit continues to "see" the old field device, so that no changes to the higher-level unit are necessary.
  • the bus system is a Profibus DP or a Profibus PA.
  • the higher-level unit is a controller
  • PLC which acts as master class 1).
  • the higher-level unit to the acting as a slave field device a Profibus ID no. to.
  • a change of the identifier is possible only during the initialization phase of the communication of the field device.
  • Fig. 1 typical field bus system with multiple field devices
  • FIG. 2 schematic representation of the invention
  • Fig. 1 is a small bus system F with three field devices Fl, F2, F3, a
  • the bus system F is a Profibus PA or Profibus DP system.
  • a field device measures the level in a container
  • another field device is designed as a valve that controls the outflow from the container.
  • a level switch is still provided, which detects the maximum level in the container.
  • the control program in the controller which may be a programmable logic controller PLC or a PLC Programmable Logic Controller, controls the level in a container.
  • the controller PLC is a Profibus master
  • the field devices Fl, F2, F3 are Profibus slaves.
  • the communication between the controller PLC and the field devices Fl, F2, F3 is carried out according to the known Profibus standards.
  • FIG. 2 shows schematically a Profibus state machine for the field device F1.
  • the system After switching on the power supply (state Power On), the system is switched to the "Waiting for parameterization" state (Wait Param).
  • the state Data Exchange After a successful configuration, the state Data Exchange is reached In this state, the PLC and the field devices F1, F2, F3 Exchange data with each other.
  • the field device F1 is intended to replace the field device FO originally used (shown in dashed lines in FIG. 1).
  • the connection of the field device FO with the bus system is released and the field device F1 is connected to the bus system and the voltage supply is switched on.
  • the device carries out a self-test and expects a parameterization (Wait Param).
  • the master, the control unit PLC asks about the service GetSlaveDiag.
  • the identifier (Ident No.) of the field device Fl ab The field device Fl sends its identifier KFl to the control unit.
  • the control unit SPS determines that the sent identifier KFl is not a valid identifier.
  • the PLC accepts only the identifier KFO, d. H. the identifier of the original field device FO used.
  • the control unit SPS therefore continuously repeats this request GetSlaveDiag.
  • control program running in the control unit SPS can now continue to run normally. No changes are necessary neither on the field device nor on the PLC control unit. For the device replacement is not necessary specialist staff z. B. would be necessary for a change in the system configuration of the control unit PLC.
  • the bus system may be z.
  • the identifier for the Profibus ID no. is given by the Profib us user organization for the individual field devices.
  • control unit PLC communicates via MSCY-Cl services (master-slave class 1 cyclically) with the field device functioning as a slave.
  • the control unit SPS sends the Identifier KFO, which is to be supported and the field device adapts to this identifier. This happens when the controller PLC does not use a GetDiag service to start up, but immediately calls a SetParam or SetSlaveAddr service. In these services, the controller PLC transmits the desired identifier. If the identifier is supported, the field device adjusts to this and confirms the service positively.
  • An adaptation of the identifier of the field device Fl to the identifier supported by the controller is possible only during the initialization phase of the bus communication.
  • the change in the identifier of the field device F1 must, of course, be compliant with the corresponding bus specifications.
  • the method complies with the Profibus specifications.
  • the method according to the invention is particularly well suited for device replacement of field devices of automation technology, which are connected via a field bus to a superordinate unit and which are integrated in a control program.

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik das über einen Bussystem mit einer übergeordneten Einheit verbunden ist und das eine Kennung aufweist, die den Typ des Feldgerätes identifiziert, ist neben einer Kennung (KF1) mindestens eine Alternativ-Kennung (AKF1), die einen änhlichen Felsgerätetyp identifiziert, im Feldgerät (F1) abgespeichert. Diese Alternativ Kennung (AKF1) wird auf Anfrage an die übergeordnete Einheit (SPS) übermittelt, wenn die übergeordnete Einheit (SPS), die bei vorhergehenden Anfragen übermittelte Kennung (KF1) nicht als gültige Kennung akzeptiert. Dadurch ist ein Austausch eines Feldgerätes einfach und schnell möglich.

Description

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Verfahren summ Befreübem eines Feldgerätes der AiafoiMsifMe- ranigfsfeelmfΪ€
[001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes der Automati¬ sierungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[002] In der Automatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur
Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Massedurchflussmessgeräte, Druck- und Tem¬ peraturmessgeräte etc., die als Sensoren die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck bzw. Temperatur erfassen.
[003] Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, die z. B. als Ventile den
Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt oder als Pumpen den Füllstand in einem Behälter ändern können.
[004] Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten.
[005]
[006] Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress+Hauser hergestellt und vertrieben.
[007] In der Regel sind Feldgeräte in modernen Industrieanlagen über Bussysteme
(Profibus, Foundation Fieldbus, etc.) mit übergeordneten Einheiten (Leitsystemen oder Steuereinheiten) verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbe¬ triebnahme der Feldgeräte.
[008] Bekannte Anwendungen von Bussystemen sind alle Anlagen und Fertigungsein¬ richtungen, bei denen bisher analoge Signale zur Messwertübertragung verwendet wurden. Dies betrifft eine Vielzahl von Branchen wie Chemischen Industrie, Pe- trochemie, Lebensmittel, Fertigungstechnik etc.. Die Größe der Systeme reicht von Kleinstanlagen mit ca. 10 Sensoren und Aktoren bis zu Großanlagen mit mehreren Hundert Sensoren und Aktoren.
[009] Vielfach sind bei solchen Anwendungen auch ältere Feldgeräte im Einsatz, die um einen sicheren Prozessablauf zu gewährleisten, in regelmäßigen Abständen gewartet und überprüft werden müssen. Häufig sind Feldgeräte über Jahre im Einsatz. Manche Feldgeräte werden auch nach einer bestimmten Betriebsstundenzahl sicherheitshalber gegen neue Feldgeräte ausgetauscht, um einem Geräteausfall vorzubeugen. Be¬ kanntlich steigt die Ausfallwahrscheinlichkeit von elektronischen Geräten mit wachsender Betriebsdauer. [010] In der Regel versucht man die Feldgeräte gegen baugleiche Geräte auszutauschen.
Diese lassen sich am einfachsten in eine laufende Anwendung integrieren.
[Ol 1] Die Gerätehersteller entwickeln jedoch ihre Produkte laufend weiter und nehmen deshalb ältere Modelle nach einer gewissen Zeit vom Markt
[012] Es ist nicht auszuschließen, dass für einen geplanten Austausch baugleiche Geräte nicht mehr erhältlich sind. Der Anwender hat somit nur zwei Alternativen, entweder ein Nachfolgermodell oder ein Gerät eines anderen Herstellers einzusetzen.
[013] In der Regel entscheidet er sich für ein Nachfolgemodell.
[014] Ein Problem das sich beim Austausch älterer Feldgeräte gegen Nachfolgegeräte ergibt, besteht darin, dass die neuen Geräte in den Anwendung, d. h. den Automatisie- rungsprozess, aufwendig integriert werden müssen.
[015] Viele Bussysteme sind nämlich so beschaffen, dass ein neues Gerät erst der
Steuerung bekannt gemacht werden muss, bevor es in der Automatisierungseinrichtung in Betrieb genommen werden kann.
[016] Die Integration von baugleichen Feldgeräten ist relativ einfach, da nur geringe oder gar keine Einstellungen am Gerät bzw. an der Steuerung
[017] vorgenommen werden müssen.
[018] Für die Integration anderer Feldgeräte muss die Steuerung angehalten werden und die Konfiguration der Steuerung so geändert werden, dass das neue Gerät von der Steuerung korrekt erkannt wird. Zu diesem Zweck muss mindestens ein Teilprozess einer Anlage angehaltent,werden. Dies ist anwenderseitig sehr unerwünscht. Weiterhin kann die Konfiguration einer Steuerung nur von einem Spezialisten und nicht vom normalen Bedienpersonal vorgenommen werden.
[019] Mit derartigen Maßnahmen sind teilweise erhebliche Kosten für den Anwender verbunden.
[020] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Betreiben eines
Feldgerätes der Automatisierungstechnik anzugeben, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist, das insbesondere ein einfacher Gerätetausch bei laufendem Betrieb ermöglicht ohne, dass ein Anlagenstillstand notwendig ist.
[021] Gelöst wird diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren.
[022] Vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
[023] Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dass im Feldgerät neben der ei¬ gentlichen Kennung noch weitere Alternativ-Kennungen die ähnliche Feldgerätetypen identifizieren, abgespeichert sind und bei einer Anfrage durch eine übergeordnete Einheit, wenn diese die bei einer vorhergehenden Anfrage übermittelte Kennung nicht als gültige Kennung akzeptiert, eine der Altemativkennungen übermittelt wird.
[024] Dadurch wird bei der Initialisierung, wenn die übergeordnete Einheit, die übermittelte Kennung nicht akzeptiert, eine Alternativkennung an die übergeordnete Einheit übermittelt. Für das Steuerprogramm in der übergeordneten Einheit besteht kein Unterschied gegenüber dem Zustand vor dem Gerätetausch. Für die über¬ geordnete Einheit scheint ein Gerätetausch nicht stattgefunden zu haben. Die über¬ geordnete Einheit „sieht" weiterhin quasi das alte Feldgerät. Somit sind keinerlei Änderungen an der übergeordneten Einheit notwendig.
[025] In vorteilhafter Weise handelt es sich bei dem Bussystem um einen Profibus DP oder um einen Profibus PA.
[026] In der Regel handelt es sich bei der übergeordneten Einheit um eine Steuerung
(SPS, die als Master Klasse 1 fungiert).
[027] In einer alternativen Ausgestaltung weist die übergeordnete Einheit dem als Slave fungierenden Feldgerät einem Profibus Ident-Nr. zu.
[028] In vorteilhafter Weise ist eine Änderung der Kennung nur während der Initialisie¬ rungsphase der Kommunikation des Feldgerätes möglich.
[029] Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispiels näher erläutert.
[030] Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders für den Gerätetausch bei
Feldgeräten der Äutomatisierungstechnik geeignet.
[031] Es zeigen:
[032] Fig. 1 typisches Feldbussystem mit mehreren Feldgeräten und
[033] * einer übergeordneten Einheit;
[034] Fig. 2 schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
[035] Verfahrens anhand Zustandsmaschine.
[036] In Fig. 1 ist ein kleines Bussystem F mit drei Feldgeräten Fl, F2, F3, einer
Steuerung SPS und einer weiteren übergeordneten Einheit WSl dargestellt. Bei dem Bussystem F handelt es sich um einen Profibus PA oder Profibus DP System.
[037] Als Anwendung ist eine Überfüllsicherung bei einem Flüssigkeitstank denkbar, bei
• dem ein Feldgerät den Füllstand in einem Behälter misst, ein weiteres Feldgerät als Ventil ausgelegt ist, das den Abfluss aus dem Behälter regelt. Darüber hinaus ist noch ein Grenzstandschalter vorgesehen, der den maximalen Füllstand im Behälter detektiert. Das Steuerprogramm in der Steuerung, die eine speicherprogrammierbare Steuerung SPS oder ein PLC Programable Logic Controller sein kann, regelt den Füllstand in einem Behälter. Die Steuerung SPS ist ein Profibus-Master, die Feldgeräte Fl, F2, F3 sind Profibus-Slaves. Die Kommunikation zwischen der Steuerung SPS und den Feldgeräten Fl, F2, F3 erfolgt entsprechend den bekannten Profibus-Standards.
[038] In Fig. 2 ist eine Profibus-Zustandsmaschine für das Feldgerät Fl schematisch dargestellt. Nach dem Einschalten der Spannungsversorgung (Zustand Power On) wird das System in den Zustand „Warten auf Parametrierung" (Wait Param) über. Nach er- folgreicher Parametrierang geht das System in den Zustand „Warten auf Konfi¬ gurierung" (Wait Cfg) über. Nach erfolgreicher Konfigurierung wird der Zustand Da¬ tenaustausch (Data Exch) erreicht. In diesem Zustand können die SPS und die Feldgeräte Fl, F2. F3 Daten miteinander austauschen.
[039] Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben.
[040] Das Feldgerät Fl, soll das ursprünglich eingesetzte Feldgerät FO (in Fig. 1 ge¬ strichelt dargestellt) ersetzen.
[041] Zu diesem Zweck wird die Verbindung des Feldgerätes FO mit dem Bussystem gelöst und das Feldgerät Fl an das Bussystem angeschlossen und die Spannungs¬ versorgung eingeschaltet. Dies entspricht dem Zustand „Power On" der Zu- standsmaschine gemäß Fig. 2. Das Gerät führt einen Selbsttest aus und erwartet eine Parametrierung („Wait Param"). Über den Dienst GetSlaveDiag fragt der Master, die Steuereinheit SPS,
[042] unter anderem die Kennung (Ident-Nr.) des Feldgerätes Fl ab. Das Feldgerät Fl sendet seine Kennung KFl an die Steuereinheit. Die Steuereinheit SPS stellt fest, dass die gesendete Kennung KFl keine gültige Kennung ist. Die SPS akzeptiert nur die Kennung KFO, d. h. die Kennung des ursprünglichen eingesetzten Feldgerätes FO. Die Steuereinheit SPS wiederholt deshalb kontinuierlich diese Anfrage GetSlaveDiag.
[043] Aufgrund dieser sich wiederholenden Anfragen, erkennt das Feldgerät, dass seine
Kennung anscheinend von der Steuereinheit nicht akzeptiert wird. [044] Es übermittelt deshalb nach ein oder mehreren Fehlversuchen eine Alternativ-
Kennung AKFl, die der Kennung KFO des ursprünglich eingesetzten Feldgerätes FO entspricht, d. h. AKFl=KFO. Diese Kennung wird von der Steuereinheit als gültig akzeptiert und das Feldgerät Fl geht über den Zustand Wait Cfg in den Zustand Data Exch über.
[045] Das in der Steuereinheit SPS ablaufende Steuerprogramm kann nun normal wei¬ terlaufen. Es sind keine Änderungen weder am Feldgerät noch an der Steuereinheit SPS notwendig. Für den Gerätetausch ist kein Fachpersonal notwendig das z. B. für eine Änderung der Systemkonfigurierung der Steuereinheit SPS notwendig wäre.
[046] Die im Feldgerät Fl abgespeicherte Alternativ-Kennung AKFl entspricht
[047] der Kennung eines ähnlichen Feldgerätetyps, des Feldgerätes FO.
[048] Es können auch mehrere Alternativ-Kennungen im Feldgerät Fl abgespeichert sein.
[049] Bei dem Bussystem kann es sich z. B. um einen Profibus-DP oder einen Profibus-
PA handeln. Die Kennung die bei Profibus Ident-Nr. genant wird, wird von der Profib us Nutzerorganisation für die einzelnen Feldgeräte vergeben.
[050] Die Steuereinheit SPS kommuniziert über MSCY-Cl Dienste (Master-Slave Klasse 1 zyklisch) mit dem als Slave fungierenden Feldgerät.
[051] In einer Alternativen Ausgestaltung der Erfindung sendet die Steuereinheit SPS die Kennung KFO, die unterstützt werden soll und das Feldgerät passt sich dieser Kennung an. Dies geschieht wenn die Steuerung SPS keinen GetDiag Dienst zum Aufstarten verwendet, sondern sofort einen SetParam oder SetSlaveAddr Dienst aufruft. In diesen Diensten wird von der Steuerung SPS die gewünschte Kennung mit übertragen. Sofern die Kennung unterstützt wird, stellt sich das Feldgerät darauf ein und bestätigt den Dienst positiv. Eine Anpassung der Kennung des Feldgerätes Fl an die von der Steuerung unterstützte Kennung ist nur während der Initialisierungsphase der Buskom¬ munikation möglich.
[052] Die Änderung der Kennung des Feldgerätes Fl muss natürlich konform mit den entsprechenden Busspezifikationen sein. Insbesondere ist das Verfahren konform mit den Profibus-Spezifikationen.
[053] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut bei einem Gerätetausch von Feldgeräten der Automatisierungstechnik, die über einen Feldbus mit einer über¬ geordneten Einheit verbunden sind und die in ein Steuerprogramm eingebunden sind.

Claims

Ämsprädiie
[001] 1. Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik das über einen Bussystem mit einer übergeordneten Einheit verbunden ist und das eine Kennung aufweist, die den Typ des Feldgeräts identifiziert, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass neben einer Kennung KFl mindestens eine Alternativ- Kennung AKFl, die einen ähnlichen Feldgerätetyp identifiziert, im Feldgerät Fl abgespeichert ist und dass diese Alternativ Kennung AKFl auf Anfrage an die übergeordnete Einheit übermittelt wird, wenn die übergeordnete Einheit, die bei vorhergehenden Anfragen übermittelte Kennung KFl nicht als gültige Kennung akzeptiert.
[002] 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät Fl als Nachfolgegerät zu einem Feldgerät FO eingesetzt wird, das die Kennung KFO, die als Alternativ-Kennung AKFl im Feldgerät Fl verwendet wird, besitzt und das Feldgerät Fl ein zum Feldgerät FO ähnlicher Feldgerätetyp mit im We¬ sentlichen gleichen Funktionalitäten ist.
[003] 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das Bussystem ein Profibus-DP oder ein Profibus-PA ist und die Kennung eine Profibus Ident-Nr. ist.
[004] 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die übergeordnete Einheit eine Steuerung SPS ist, die als Master Klasse 1 fungiert und über MSCY_C1 (Master-Slave Klasse 1 Zyklisch) Dienste mit dem als Slave fungierende Feldgerät Fl kommuniziert.
[005] 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die übergeordnete Einheit mit dem Dienst SetSlaveAdd oder SetParam dem als Slave fungierende Feldgerät Fl eine Profibus Ident-Nr. anbietet.
[006] 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die übergeordnete Einheit mit dem Dienst GetSlaveDiag, das als Slave fungierende Feldgerät auffordert, u. a. seine Ident-Nr. zurückzusenden.
[007] 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass nur in der Initialisierungsphase der Buskommunikation des Feldgerätes eine automatische Anpassung der Kennung möglich ist.
[008] 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass eine Änderung der Kennung nur im Zustand „Warten auf Pa- rametrierung" (Wait Param) möglich ist.
[009] 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Änderung der Kennung konform mit den Profibus- Spezifikationen ist. 10. Verfahren zum Austausch von Feldgeräten der Automatisierungstechnik die über einen Feldbus mit einer übergeordneten Einheit verbunden sind, bei dem ein vorhandenes erstes Feldgerät, das in ein Steπernrogramm der übergeordneten Einheit integriert ist, durch ein neues zweites Feldgerät ausgetauscht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das neue zweite Feldgerät nach dem in den vor¬ hergehenden Ansprüchen beschriebene Verfahren arbeitet.
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