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Die Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung für ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Verarbeitung einer Eingabe auf einer derartigen Eingabevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
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In prozesstechnischen Anlagen werden zur Steuerung von Prozessen vielfältige Feldgeräte für die Prozessinstrumentierung eingesetzt. Messumformer dienen zur Erfassung von Prozessvariablen, wie beispielsweise Temperatur, Druck, Durchflussmenge, Füllstand, Dichte oder Gaskonzentration eines Mediums. Durch Stellglieder kann der Prozessablauf in Abhängigkeit von erfassten Prozessvariablen entsprechend einer beispielsweise von einer Leitstation vorgegebenen Strategie beeinflusst werden. Als Beispiele für Stellglieder seien ein Regelventil, eine Heizung oder eine Pumpe genannt. Im Hinblick auf ein optimales Anlagenverhalten und eine dauerhaft hohe Produktqualität sind qualitativ hochwertige Feldgeräte notwendig, die auch unter extremen Bedingungen fehlerfrei arbeiten. Zur Ermöglichung einer Vor-Ort-Bedienung, z. B. zur manuellen Eingabe von Betriebsparametern oder Kalibrierfaktoren des Feldgeräts, kann eine Tastatur als Eingabevorrichtung vorgesehen sein. Für einen fehlerfreien Betrieb des Feldgeräts wird in diesem Fall eine Tastatur benötigt, die auch bei Störungen in der Umgebung des Feldgeräts eine sichere Funktion gewährleistet.
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Aus der
EP 0 759 660 B1 ist eine Eingabevorrichtung für einen Messumformer bekannt, die eine optoelektronische, fingerbetätigte Tastatur mit mehreren Eingabefeldern auf einer Glasscheibe aufweist und für einen Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ausgelegt ist.
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Der bekannte Messumformer SITRANS FUS1010 besitzt als Eingabevorrichtung eine Tastatur mit fünf Hall-Effekt-Magnetschaltern, bei welchen als Magnetfeldsensoren Hall-Sensoren die Tasteneingaben über unterschiedliche Magnetpositionen erfassen. Diese Hall-Sensoren erzeugen dabei ein von dem jeweiligen Betätigungszustand der Taste abhängiges Messsignal, welches zur Detektion einer Tastenbetätigung ausgewertet wird. Dabei muss vermieden werden, dass die Detektion von Tastenbetätigungen mittels der Hall-Sensoren unbeabsichtigt auf magnetische Störfelder reagiert und Gerätefunktionen, beispielsweise aufgrund von veränderten Parametereinstellungen, bei derartigen Störungen nicht mehr korrekt arbeiten. Dies könnte gegebenenfalls zu schwer wiegenden Fehlfunktionen führen, die nicht vorhersehbar sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eingabevorrichtung für ein Feldgerät zu schaffen, die eine sichere Funktion des Feldgeräts selbst bei Störungen gewährleistet. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein funktionssicheres Verfahren zur Verarbeitung einer Eingabe auf einer Eingabevorrichtung zu finden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist die neue Eingabevorrichtung der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, in Anspruch 4 ein Verfahren zur Verarbeitung einer Eingabe auf einer Eingabevorrichtung beschrieben.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Einfluss von Störungen auf die Funktionssicherheit des Feldgeräts sehr weit reduziert werden kann. Selbst in rauer Umgebung ist die Wahrscheinlichkeit von Funktionsstörungen durch fehlerhafte Eingabe, die beispielsweise durch magnetische Störungen entstehen kann, von nahezu Null erreichbar. Bei Feldgeräten wird eine Veränderung von Parametern häufig durch eine Eingabeprozedur vorgenommen, bei welcher ein Bediener menügeführt verschiedene, hierarchisch strukturierte Eingabeebenen bis zur Auswahl des gewünschten Parameters durchläuft. In jeder Bedienebene gibt es eine Menge an Kombinationen betätigter Tasten, die zulässigen Eingaben entsprechen, beispielsweise das Drücken einer Taste zum Wechsel in die nächste Bedienebene, und eine Menge von unzulässigen Eingaben, d. h. Kombinationen betätigter Tasten, die in der aktuellen Bedienebene und/oder generell unzulässig sind. Bei Feststellen einer unzulässigen Eingabe wird nun in vorteilhafter Weise eine Störung bei der Eingabeprozedur angezeigt, so dass durch den Bediener geeignete Maßnahmen zur Fehlerbehandlung erfolgen können. Eine mögliche Maßnahme kann darin bestehen, dass durch eine spezielle Kombination betätigter Tasten der Fehlerzustand aufgehoben wird, so dass die Bedienung an derselben Stelle, an welcher zuvor die unzulässige Eingabe detektiert wurde, fortgesetzt werden kann. Bei Vorliegen einer unzulässigen Eingabe aufgrund einer Störung ist es äußerst unwahrscheinlich, dass aufgrund derselben Störung anschließend die spezielle, vorzugsweise andersartige Kombination betätigter Tasten detektiert werden kann. Bereits durch diese Maßnahme kann somit die Wahrscheinlichkeit einer Beeinträchtigung der Funktionssicherheit aufgrund von Störungen deutlich verringert werden. Eine weitere mögliche Maßnahme zur Fehlerbehandlung ist, bei Feststellung einer unzulässigen Eingabe die aktuelle Eingabeprozedur vollständig abzubrechen, so dass die bei der Eingabeprozedur bereits durchlaufenen Bedienebenen erneut durchschritten werden müssen. Auch dadurch wird nahezu völlig ausgeschlossen, dass eine durch Störungen verursachte Kombination betätigter Tasten zu einer Änderung von Parametern oder Kalibrierwerten des Feldgeräts führt, da es sehr unwahrscheinlich ist, dass die Folge von detektierten Tastenkombinationen beispielsweise genau der für eine Parameteränderung erforderlichen Eingabeprozedur entspricht.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die gleichzeitige Betätigung aller Tasten als generell unzulässige Eingabe vorgegeben. Für das Auftreten einer derartigen Fehleingabe sind vielfältige Störungsursachen denkbar. Beispielsweise bei einer optischen Eingabevorrichtung können Lichtblitze, bei einer mechanischen Eingabevorrichtung Stöße oder bei einer magnetischen Eingabevorrichtung starke magnetische Störfelder zur Detektion einer derartigen Kombination betätigter Tasten führen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist den Tasten jeweils ein Magnetfeldsensor zugeordnet, der ein von dem jeweiligen Betätigungszustand der Taste abhängiges Messsignal erzeugt. Treten starke magnetische Störfelder auf, so wirken diese sich gleichermaßen auf alle Magnetfeldsensoren aus und führen zu einander entsprechenden Veränderungen der von den verschiedenen Sensoren gelieferten Messsignale. Gerade bei einer derart ausgestalteten Eingabevorrichtung kann es also vorkommen, dass aufgrund äußerer Störungen eine gleichzeitige Betätigung aller Tasten detektiert wird, die in vorteilhafter Weise als unzulässige Eingabe erkannt und als Fehlerzustand einer Störung durch Magnetfelder angezeigt wird.
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Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Feldgerät mit einer Eingabevorrichtung,
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2 ein Ablaufdiagramm einer Detektion von Tastenbetätigungen und
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3 ein Ablaufdiagramm einer Plausibilitätsprüfung.
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In 1 sind lediglich die zum Verständnis der Erfindung erheblichen Komponenten eines Feldgeräts 7 dargestellt. Andere Teile des Feldgeräts 7, die in herkömmlicher Weise ausgeführt sein können, wie beispielsweise Prozessanschluss oder Feldbusschnittstelle zur Kommunikation innerhalb eines Automatisierungsnetzwerks, sind der Übersichtlichkeit wegen nicht eingezeichnet.
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Zentrales Element des Feldgeräts 7 bildet eine Recheneinheit 5, z. B. ein Mikrocontroller mit einem Betriebsprogramm, welche außer ihren Funktionen im Zusammenhang mit der Eingabevorrichtung auch weitere Aufgaben innerhalb des Feldgeräts, z. B. die Messwertaufbereitung und -übertragung zu einem Automatisierungsgerät, übernimmt. Zur manuellen Eingabe von Daten in das Betriebsprogramm, beispielsweise zur Veränderung von Betriebsparametern oder Kalibrierfaktoren, dient eine Eingabevorrichtung, die ein Eingabefeld 6 sowie eine Auswerteeinrichtung 4 umfasst. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt das Eingabefeld 6 drei Magnettasten 1, 2 und 3, denen jeweils ein Magnetfeldsensor 9, 10 bzw. 11 zugeordnet ist. Die Magnetfeldsensoren 9, 10, 11 erzeugen jeweils ein Messsignal 13, 14 bzw. 15, das vom jeweiligen Betätigungszustand der zugeordneten Taste 1, 2 bzw. 3 abhängig ist. Beispielsweise, wenn die Magnettaste 1 ihre relative Lage zum Magnetfeldsensor 9 verändert, wird durch einen Hall-Sensor als Magnetfeldsensor 9 ein entsprechend veränderter Pegel einer Spannung als Messsignal 13 erzeugt. Die Auswerteeinrichtung 4 wertet die Messsignale 13, 14, 15 zur Detektion einer Tastenbetätigung aus, beispielsweise indem diese auf Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts überwacht werden. Zur weiteren Verbesserung der Störfestigkeit können selbstverständlich auch alternative oder ergänzende Auswerteverfahren, beispielsweise eine Signalfilterung, angewandt werden. Der jeweils detektierte Betätigungszustand der Tasten 1, 2, 3 wird durch die Auswerteeinrichtung 4 der Recheneinheit 5 angezeigt, welche in einer geeignet programmierten Weise auf Tastenbetätigungen reagiert.
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In der Darstellung gemäß 1 ist die Auswerteeinrichtung 4, in welcher die Detektion von Tastenbetätigungen erfolgt, als Funktionsblock zwischen der Recheneinheit 5 und dem Eingabefeld 6 angeordnet. Sie kann beispielsweise durch einen Zustandsautomaten realisiert sein. In einer anderen Realisierung kann die Funktion der Auswerteeinrichtung 4 selbstverständlich durch geeignete Programmierung von der Recheneinheit 5 übernommen werden, so dass die gesonderte Auswerteeinrichtung 4 physikalisch nicht vorhanden ist.
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Anhand des Ablaufdiagramms gemäß 2 wird im Folgenden kurz die Struktur eines Unterprogramms erläutert, welches zur Detektion von Tastenbetätigungen mit Hilfe einer entsprechend programmierten Recheneinheit geeignet ist. Das Unterprogramm wird nach vorbestimmten Intervallzeiten zyklisch aufgerufen. Nach dem Start des Unterprogramms bei einem Schritt S01 wird zunächst in einem Schritt S02 der Magnetfeldsensor 9 der Taste 1 (1) aktiviert. In einer Abfrage S03 wird geprüft, ob die Taste 1 aktuell betätigt ist. Führt die Abfrage S03 zu dem Ergebnis „Ja”, so wird entsprechend einem mit „J” markierten Zustandsübergangspfeil zu einem Schritt S04 übergegangen, in welchem ein erster Zähler für die Anzahl der Tastendrücke der Taste 1 inkrementiert wird. Bei einem Abfrageergebnis „Nein”, d. h. Taste 1 wird nicht betätigt, erfolgt ein Übergang entsprechend einem mit „N” markierten Zustandsübergangspfeil zu einem Schritt S05, in welchem der erste Zähler auf Null zurückgesetzt wird. In diesem Programmdurchlauf ist nun die Detektion einer Betätigung der Taste 1 abgeschlossen. In analoger Weise erfolgt anschließend die Detektion von Betätigungen der Taste 2 und 3 mit
Schritt S06 – Einschalten des Magnetfeldsensors 10 (1),
Abfrage S07 des Betätigungszustands von Taste 2,
Schritt S08 – Inkrementieren eines zweiten Zählers bei Ergebnis „Ja” der Abfrage S07,
Schritt S09 – Rücksetzen des zweiten Zählers bei Ergebnis „Nein” der Abfrage S07,
Schritt S10 – Einschalten des Magnetfeldsensors 11 (1),
Abfrage S11, ob Taste 3 betätigt ist,
Schritt S12 – Inkrementieren eines dritten Zählers für die Anzahl der Tastendrücke von Taste 3 bei Ergebnis „Ja” der Abfrage S11 und
Schritt S13 – Rücksetzen des dritten Zählers bei Ergebnis „Nein” der Abfrage S11.
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Beim Ende S14 des Unterprogramms kann an den Zählerständen des ersten, zweiten und dritten Zählers der Betätigungszustand der Taste 1, 2 bzw. 3 abgelesen werden.
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3 zeigt einen beispielhaften Ablauf einer Plausibilitätsprüfung, die neben der bereits beschriebenen Detektion von Tastenbetätigungen einen weiteren Schritt bei der Verarbeitung einer Eingabe auf der Eingabevorrichtung für ein Feldgerät darstellt. Bei dieser Auswertung werden die zuvor ermittelten Zählerstände genutzt. Nach Start S20 beginnt das Unterprogramm mit einer Abfrage S21, ob der Zählerstand des ersten Zählers größer Null ist. Bei einem Ergebnis „Ja” der Abfrage S21 wird zu einer Abfrage S22 übergegangen, bei einem Ergebnis „Nein” zu einer Abfrage S23. Die Übergangspfeile sind entsprechend den Abfrageergebnissen mit „J” bzw. „N” markiert. In den Abfragen S22 und S23 wird geprüft, ob der Zählerstand des zweiten Zählers, welcher der Taste 2 (1) zugeordnet ist, größer als Null ist. Bei dem Ergebnis „Ja” wird von beiden Abfragen zu einer Abfrage S24 übergegangen, in welcher der Zählerstand des dritten Zählers, der für die Taste 3 vorgesehen ist, daraufhin überprüft wird, ob dieser größer als Null ist. Dieselbe Überprüfung wird ebenfalls in den Abfragen S25 und S26 vorgenommen. In den Abfragen S27 und S28 wird wiederum der Zählerstand des ersten Zählers daraufhin überprüft, ob er größer als Null ist.
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An den von den verschiedenen Abfragen in 3 wegführenden Pfeilen sind die bereits vorliegenden Ergebnisse durch Zeichen gekennzeichnet. Dabei bedeutet eine Ziffer „1” als Zeichen, dass die Taste 1 betätigt wurde, die Ziffer „1” mit folgendem Ausrufezeichen, also ein Zeichen „1!”, dass die Taste 1 nicht betätigt wurde, und eine in Klammern gesetzte Ziffer „1”, also ein Zeichen „(1)”, oder eine fehlende Ziffer „1”, dass die Betätigung der Taste 1 durch eine weitere Abfrage noch abgeklärt werden muss. Entsprechendes gilt für die Zeichen mit Ziffern „2” und „3” an den Übergangspfeilen in 3. Werden mehrere derartige Zeichen angegeben, sind diese durch ein oder mehrere „+”-Zeichen gruppiert.
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Je nach Ergebnis der Abfragen S21 ... S28 werden verschiedene Rückmeldungen durch das Unterprogramm ausgegeben. Diese sind in
Schritt S30 – Taste 1 gedrückt,
Schritt S31 – Tasten 1 und 3 gedrückt,
Schritt S32 – Taste 2 gedrückt,
Schritt S33 – Tasten 1 und 2 gedrückt,
Schritt S34 – Tasten 2 und 3 gedrückt,
Schritt S35 – Taste 3 gedrückt,
Schritt S36 – keine Taste gedrückt und
Schritt S37 – Fehlerzustand einer Störung.
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In einem Schritt S38 endet das Unterprogramm der Plausibilitätsprüfung.
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In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die gleichzeitige Betätigung der Tasten 1, 2 und 3 als eine unzulässige Eingabe vorbestimmt. Bei Detektion einer derartigen Eingabe wird davon ausgegangen, dass die Magnetfeldsensoren 9, 10 und 11 in 1 unbeabsichtigt auf ein magnetisches Störfeld reagiert haben. Mit der Plausibilitätsprüfung wird zuverlässig vermieden, dass eine derartige unbeabsichtigte Eingabe Gerätefunktionen verändert. Insbesondere bei einem Feldgerät zur Prozessinstrumentierung wird somit die Funktionssicherheit verbessert.
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Die Erfindung wurde anhand des Ausführungsbeispiels für ein Feldgerät mit drei Tasten und lediglich einer vorbestimmten unzulässigen Eingabe ausführlich erläutert. Selbstverständlich ist die Erfindung ebenfalls bei Feldgeräten mit zwei oder mit mehr als drei Tasten anwendbar oder es können andere oder zusätzliche Kombinationen betätigter Tasten als unzulässige Eingaben vorbestimmt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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