DE102004057005A1

DE102004057005A1 - Automatische, sichere Identifizierung und Parametrierung von gekoppelten Automatisierungskomponenten über Nahbereichskommunikation

Info

Publication number: DE102004057005A1
Application number: DE102004057005A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Heinemann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2006-06-08
Also published as: JP5214972B2; DE112005002681A5; WO2006056532A1; JP2008522567A; US20080102754A1

Abstract

In der Automatisierungstechnik werden Mittel zur Nahbereichskommunikation verwendet.

Description

Automatische, sichere Identifizierung und Parametrierung von gekoppelten Automatisierungskomponenten über Nahbereichskommunikation

Moderne automatisierte Anlagen enthalten eine Vielzahl von Automatisierungskomponenten, die untereinander in Verbindung stehen. Diese Verbindungen können „intelligenter" Natur (Ethernet- Netzwerk, WLAN, Bluetooth, Feldbus, ISDN etc.) sein oder „primitiver" Natur (analoge Signale, binäre Klemmensignale, Motorzuleitung, Netzzuleitung, analoge Telefonleitung etc.). In den meisten Fällen benötigen die miteinander verbundenen Komponenten Informationen übereinander, die zur jeweiligen Identifizierung und Adaptierung notwendig sind. Teilweise können diese Informationen schon heute problemlos ausgetauscht werden, wenn z.B. ein digitales Netzwerk mit intelligenten Komponenten und automatischer Adress- und Topologieerkennung vorliegt (z.B. Ethernet-Netzwerk). In vielen Fällen ist dieser Informationsaustausch jedoch noch nicht möglich oder mit unkomfortablen oder fehlerträchtigen Inbetriebnahmeschritten verbunden.

Beispiele bei intelligenten Verbindungen sind:

– Bei drahtlosen Netzwerken wie Bluetooth und WLAN müssen Informationen ausgetauscht werden, welche der drahtlos erreichbaren Automatisierungskomponenten in einem Verbund arbeiten sollen und welche nicht. Entsprechende Autorisierungsschlüssel müssen ausgetauscht werden. Diese Schlüssel sind heute von Hand einzugeben. Dasselbe gilt für die Codes zur Verschlüsselung der zu übertragenden Informationen.
– Bei Feldbusverbindungen wie PROFIBUS müssen zunächst die Adressen der einzelnen Komponenten per Hand vergeben werden, z.B. über Einstellschalter an den Komponenten.

Beispiele bei nichtintelligenten Verbindungen sind:

– Motoren ohne eingebaute Intelligenz (z.B. Norm-Asynchronmotoren) werden nur über ihre Motorphasen an den zugehörigen Umrichter angeschlossen. Der Umrichter benötigt für seinen Betrieb Angaben über den Motor. Diese können heute nur zum Teil über im Umrichter eingebaute Identifizierungsverfahren (z.B. Anregung des Motors mit Spannungspulsen) ermittelt werden. Wichtige, grundlegende Informationen, wie z.B. maximal zulässige Drehzahl, Polzahl und maximal zulässiger Strom des Motors müssen per Hand vorgegeben werden.
– Die Parameter von Drehgebern ohne eingebaute Intelligenz, wie z.B. die Strichzahl, müssen heute von Hand eingegeben werden.

Darüber hinaus können eine Vielzahl weiterer Beispiele genannt werden.

Sofern diese Informationen von Hand eingegeben werden müssen, besteht zuerst das Problem, die richtigen Daten zu erlangen, z.B. an Hand von aktuellen Datenblättern der Komponenten. Anschließend kann es bei der Eingabe dieser Daten zu Eingabefehlern kommen. Fehlerhafte Informationen führen zu langwieriger Fehlersuche und im schlimmsten Fall zu Anlagen- oder Personenschäden. Daher ist für die Inbetriebnahme im Allgemeinen entsprechend qualifiziertes Personal notwendig.

Weitere Probleme entstehen, wenn fälschlicherweise Komponenten miteinander in Verbindung gebracht werden, die nicht kompatibel zueinander sind. Beispiele hierfür sind

– Motoren, die von ihrem Spannungsbereich oder ihrem Funktionsprinzip nicht zu dem Umrichter passen,
– Geber mit nicht passenden Signal- oder Versorgungsspannungspegeln.

Bisher müssen die nicht automatisch erfassbaren Informationen von Hand eingegeben werden. Dazu werden die Informationen von Datenblättern abgelesen und über Inbetriebnahmegeräte (z.B. Notebook als Engineering System, PDA) eingegeben. Alternativ enthalten die Automatisierungskomponenten Listen mit den Daten der anschließbaren Komponenten. In diesen Fällen muss der Inbetriebsetzer die jeweils angeschlossene Komponente aus dieser Liste auswählen. Problematisch ist hierbei, dass die in der Automatisierungskomponente abgespeicherte Liste häufig nicht aktuell ist.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Umgang mit Automatisierungsgeräten benutzerfreundlicher und sicherer zu machen.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Dementsprechend weist eine industrielle Automatisierungskomponente Mittel zur Nahbereichskommunikation auf. Nahbereichskommunikation ist eine Kommunikation, die nur über eine Entfernung von etwa 0 bis 20 cm, insbesondere 0 bis 5 cm und weiter bevorzugt 0 bis 1 cm erfolgt und bei größeren Entfernungen nicht mehr stattfindet.

Die Erfindung nutzt die Möglichkeiten der Nahbereichskommunikation (Near Field Communication; NFC) aus, um die fehlenden Informationen auszutauschen. Hierbei handelt es sich um eine einfache und preiswerte, drahtlose Kommunikation, die auf eine Übertragungsstrecke von wenigen Zentimetern beschränkt ist. Auf Grund der erzwungenen Nähe zwischen den kommunizierenden Komponenten ist eine eindeutige Zuordnung dieser Komponenten zueinander gegeben. Diese Kommunikationsart schließt funktional die bestehende Lücke zwischen schon heute vollständig intelligenten Verbindungen wie drahtgebundenes Ethernet und intelligenten Verbindungen, die noch manuelle Einga ben bei der Inbetriebnahme benötigen, wie Bluetooth und WLAN. Da die NFC-Technologie nicht nur mit aktiven sondern auch mit passiven Komponenten wie den sehr preiswerten RF-Transpondern und Smart Cards kommunizieren kann, können hiermit auch die Informationen von nicht-intelligenten Komponenten wie Normmotoren, Schützen und einfachen Sensoren übertragen werden, sofern diese mit entsprechenden Bauelementen ausgestattet werden.

– Die Nahbereichskommunikationstechnologie wird bei Automatisierungsgeräten angewendet.
– Nahbereichskommunikation wird benutzt, um drahtlose Netzwerkverbindungen zwischen Engineering Systemen und intelligenten Automatisierungskomponenten automatisch in Betrieb zu setzen.
– Nahbereichskommunikation wird benutzt, um Informationen aus nicht-intelligenten Automatisierungskomponenten, die mit RF-Transpondern ausgestattet sind, in einen Datensammelvorrichtung (Daten-Logger) oder ein Engineering System einzulesen. Ein Engineering System wird benutzt, um diese Informationen miteinander zu verknüpfen und zu verarbeiten, z.B. um die Kompatibilität der verbundenen Automatisierungskomponenten zu überprüfen.
– Nahbereichskommunikation wird benutzt um Daten von einem Engineering System oder einem Daten-Logger in eine intelligente Automatisierungskomponente zu übertragen.
– Nahbereichskommunikation wird benutzt, um Daten aus nichtintelligenten Komponenten, die mit RF-Transpondern ausgestattet sind, in intelligente Automatisierungskomponenten einzulesen.

Ein Anwendungsbeispiel ist der Anschluss eines Engineering Systems an eine oder mehrere Automatisierungskomponenten über eine drahtlose Netzwerkverbindung (z.B. WLAN oder Bluetooth). Bisher musste hierfür zunächst diese drahtlose Kommunikation in Betrieb genommen werden, wozu unter Umständen zunächst ein drahtgebundenes Inbetriebnahmegerät an die Automa tisierungskomponente angeschlossen werden musste. Dies ist für die Inbetriebnahme einer nur gelegentlich benötigten Kommunikationstrecke inakzeptabel. Bei Einsatz der NFC muss das Engineering System nur kurzzeitig in die räumliche Nähe der Automatisierungskomponenten gebracht werden, wobei automatisch die WLAN- oder Bluetooth-Verbindung parametriert wird. Andere, ebenfalls über WLAN kommunikationsfähige Komponenten, die sich in der Fabrikhalle befinden, werden nicht in den Kommunikationsverbund aufgenommen; eine eindeutige Autorisierung der Teilnehmer an der drahtlosen Kommunikation ist also möglich.
In einem weiteren Anwendungsbeispiel werden nicht-intelligente Komponenten wie Normmotoren, Schütze und einfachen Sensoren mit sehr preiswerten, passiven RF-Transpondern ausgestattet. Ein Engineering System oder ein Daten-Logger wie z.B. ein PDA wird in die räumliche Nähe der in Betrieb zu nehmenden Komponenten gebracht, so dass eine eindeutige Zuordnung hergestellt wird. Dabei können dann die relevanten Daten dieser nicht-intelligenten Komponenten mit Hilfe von NFC in das Engineering System oder den Daten-Logger übernommen werden. Danach wird das Engineering System oder der Daten-Logger in räumliche Nähe mit der intelligenten Automatisierungskomponente gebracht, an welche die nichtintelligenten Komponenten angeschlossen werden sollen. Die Daten der intelligenten Automatisierungskomponente werden ebenfalls über die NFC-Schnittstelle in das Engineering System eingelesen. Im Engineering System können dann die verbundenen Komponenten automatisch auf Kompatibilität überprüft werden; die eingelesenen Daten der nicht-intelligenten Komponenten können in die intelligente Automatisierungskomponente übertragen werden, worauf sich diese automatisch an die angeschlossenen Komponenten adaptiert.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel beinhaltet, dass eine nicht-intelligente Komponente mit einem RF- Transponder bei der Inbetriebnahme kurzeitig an die intelligente Automatisierungs komponente gehalten wird, an die sie angeschlossen werden soll. Die intelligente Automatisierungskomponente liest dabei automatisch, ohne Zuhilfenahme eines Engineering Systems, über ihre NFC-Schnittstelle die Daten aus dem RF-Transponder aus und adaptiert sich automatisch an die angeschlossenen Komponente. Die Nahbereichskommunikationstechnologie kann auch die heute auf Automatisierungskomponenten aufgedruckten Bar Codes ersetzen. Der Vorteil der Nahbereichskommunikationstechnologie hierbei ist die praktisch unbegrenzte Informationsmenge und die prinzipielle Möglichkeit, auch Daten zurück in die Komponente zu übertragen.

Claims

Automatisierungskomponente, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Nahbereichskommunikation aufweist.
Automatisierungskomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine intelligente Automatisierungskomponente ist, insbesondere ein Engineeringsystem.
Automatisierungskomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Datensammelvorrichtung ist, die insbesondere durch entsprechendes Einrichten und Programmieren eines PDAs realisiert ist.
Automatisierungskomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine nicht-intelligente Automatisierungskomponente ist, insbesondere ein Motor, eine Schütze und/oder ein Sensor.
Verfahren, bei dem in der Automatisierung eine Nahbereichskommunikation verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem eine erste Automatisierungskomponente in den Nahbereich einer zweiten Automatisierungskomponente gebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die zweite Automatisierungskomponente eine Datensammelvorrichtung ist, die Daten von der ersten Automatisierungskomponente aufnimmt und an eine dritte Automatisierungskomponente weitergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem eine Teilnahme an einem Kommunikationsverbund über Mittel zur Nahbereichskommunikation autorisiert wird.