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Die Erfindung betrifft ein Netzwerksystem. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System zum manipulationsfreien Übertragen von Daten eines Feldgeräts der Automatisierungstechnik, welches System ein erfindungsgemäßes Netzwerkgerät umfasst.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Feldgeräte bekannt geworden, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. In der Prozessautomatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, bzw. Sensoren. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, pH-Messung, Füllstandmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktoren verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
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Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.
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In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Kommunikationsnetzwerke wie beispielsweise Feldbusse (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Leitsysteme bzw. Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder einen PLC (Programmable Logic Controller). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, insbesondere von Sensoren, erfassten Messwerte werden über das jeweilige Bussystem an eine (oder gegebenenfalls mehrere) übergeordnete Einheit(en) übermittelt. Daneben ist auch eine Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an die Feldgeräte erforderlich, insbesondere zur Konfiguration und Parametrierung von Feldgeräten sowie zur Ansteuerung von Aktoren.
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Zur Anzeige der von einem Feldgerät erhobenen Messwerte werden sogenannte Entferntanzeiger, oder auch Prozessanzeiger, verwendet, welche abgesetzt vom Feldgerät angeordnet sind, über eine Kabel- oder Funkverbindung mit dem Feldgerät verbunden sind und ein Display zur Anzeige des Messwerter aufweisen.
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Für bestimmte Applikationen, beispielsweise zur Rechnungsstellen bei „Custody Transfer“-Applikationen, müssen die angezeigten Messwerte nach heutiger Normenlage (beispielsweise WELMEC 7.2, Abschnitt T, 2015; OIML R49:2013) rechtlich unanfechtbar sein. Dies ist für Prozessanzeiger, welche per Funk mit den Feldgeräten verbunden sind, bis dato durch die Normenlage nicht möglich. Ist ein Rechnungsempfänger mit der Rechnungsstellung nicht einverstanden, so muss das Gerät manuell vor Ort abgelesen werden.
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Durch die in den Normen definierte Anforderung müssen die Feldgeräte daher ortsgebundene integrierte, per Kabel verbundene Anzeigeeinheiten aufweisen. Es bedarf immer einer eins-zu-eins-Kabelverbindung zwischen Feldgerät und Anzeigeeinheit, was in einem erhöhten Installationsaufwand und einer erhöhten Fehleranfälligkeit resultiert. Im Extremfall werden Feldgeräte verkauft, welche Anzeigeeinheiten aufweisen, welche niemals verwendet werden. Auch werden heutzutage Feldgeräte mit Anzeigeeinheiten an unzugänglichen Stellen verbaut, beispielsweise unter der Erde oder in Kanalschächten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Notwendigkeit einer ortsgebundenen 1-1-Beziehung zwischen Feldgerät und Anzeigeeinheit zu eliminieren und die Anzeige von nicht-anfechtbaren metrologischen Geräteinformationen eines Feldgeräts zu garantieren.
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Die Aufgabe wird durch ein Netzwerkgerät mit einer ersten Schnittstelle und einer Elektronikeinheit gelöst, wobei die erste Schnittstelle dazu ausgestaltet ist, Daten, insbesondere Daten von zumindest einem Feldgerät der Automatisierungstechnik, gemäß einem OPC UA-Protokoll drahtlos zu empfangen, wobei das Netzwerkgerät dazu ausgestaltet ist, die empfangenen Daten anzuzeigen und/oder mittels der Elektronikeinheit weiterzuverarbeiten.
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Erfindungsgemäß wird ein Netzwerkgerät vorgestellt, welches OPC UA („Open Platform Communications Unified Architecture“) als drahtlosen Kommunikationsstandard verwendet. Dieser Standard ermöglicht ein drahtloses Empfangen der Daten, bzw. Informationen, von einem oder mehrerer Feldgeräte. Dieser Kommunikationsstandard bietet Securityfunktionen wie Authentifizierung und Autorisierung, Verschlüsselung und Datenintegrität durch Signieren, welche an den Web-Service-Security-Spezifikationen orientiert sind. Dadurch sind die von dem Feldgerät oder den Feldgeräten übermittelten Daten rechtlich nicht-anfechtbar.
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Der Schritt des Weiterverarbeitens der Daten enthält beispielsweise ein Clustern oder Filtern der Daten, aber auch spezielle Anwendungsfälle wie das Erstellen einer Rechnung auf Basis der empfangenen Daten.
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Bei den Daten kann es sich um beliebige feldgerätebezogene Daten handeln, beispielsweise metrologische Werte wie Prozessmesswerte, oder Statusinformationen der Feldgeräte.
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Bei der Elektronikeinheit handelt es sich beispielsweise um eine elektronische Schaltung, welche analogen elektronischen Bauteilen aufweist oder als integrierter Schaltkreis ausgestaltet ist, beispielsweise als Mikroprozessor (beispielsweise Arduino- oder Raspberry Pi-basiert) oder als FGPA.
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Feldgeräte, welche im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lösung beschrieben werden, sind bereits im einleitenden Teil der Beschreibung beispielhaft aufgeführt worden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Netzwerkgeräts ist vorgesehen, dass das Netzwerkgerät ein Display zum Anzeigen der empfangenen Daten aufweist. Bei dem Display handelt es sich beispielsweise um ein LCD-, LED-, oder TFT-Display, im einfachsten Fall um eine Segmentanzeige.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Netzwerkgeräts ist vorgesehen, dass das Netzwerkgerät eine zweite Schnittstelle zum drahtlosen oder drahtgebundenen Übermitteln der weiterverarbeiteten Daten, insbesondere gemäß einem OPC UA-Protokoll, und/oder drahtlosen oder drahtgebundenen zum Empfang weiterer Daten, insbesondere gemäß einem OPC UA-Protokoll, aufweist. Mittels dieser zweiten Schnittstelle können Daten eines weiteren - zum Feldgerät - verschiedenen Geräts, bzw. einer Instanz, empfangen oder an dieses gesendet werden. Der Empfang, bzw. Übermittlung dieser Daten erfolgt ebenfalls rechtlich nicht-anfechtbar.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Alternative des erfindungsgemäßen Netzwerkgeräts ist vorgesehen, dass das Netzwerkgerät ein Prozessanzeiger ist. Beispiele für solche Prozessanzeiger stellen die von der Anmelderin produzierten und vertriebenen Geräte „RIA15“ und „RIA45“ dar. Im Gegensatz zu diesen bereits bekannten Prozessanzeiger weist das erfindungsgemäßen Netzwerkgerät spezielle OPC UA-konforme Schnittstellen, sowie eine spezielle angepasste Firmware auf.
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Gemäß einer zweiten vorteilhaften Alternative des erfindungsgemäßen Netzwerkgeräts ist vorgesehen, dass das Netzwerkgerät ein mobiles Endgerät, insbesondere ein Smartphone oder ein Tablet, ist. Die Implementierung der speziellen Software zur Ausführung der Funktionen (Anzeige und/oder Weiterverarbeitung der Daten) wird beispielsweise über eine App vorgenommen.
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Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein System zum manipulationsfreien Übertragen von Daten eines Feldgeräts der Automatisierungstechnik gelöst, umfassend:
- - Zumindest ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät eine dritte Schnittstelle aufweist, wobei das Feldgerät dazu ausgestaltet ist, Daten, insbesondere Messwerte eines verfahrenstechnischen Prozesses, zu generieren und die Daten über die dritte Schnittstelle gemäß einem OPC UA-Protokoll drahtlos zu übermitteln;
- - Ein erfindungsgemäßes Netzwerkgerät, welches zum Empfang der Daten des Feldgeräts ausgestaltet ist, und welches zum Anzeigen und/oder Weiterverarbeiten der Daten des Feldgeräts ausgestaltet ist.
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Der Kern des erfindungsgemäßen Systems liegt in der speziellen Ausbildung einer drahtlosen Funkverbindung basierend auf einem OPC UA-Protokoll zwischen dem Feldgerät und dem Netzwerkgerät. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass mehr als ein Feldgerät Daten an das Netzwerkgerät übermittelt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das Feldgerät zum Erfassen eines Volumenstroms eines Prozessmediums in einer Rohrleitung ausgestaltet ist, wobei die Daten des Feldgeräts ein in einem definierten Zeitintervall in der Rohrleitung beförderten Volumen des Prozessmediums, eine Identifikation des Feldgeräts und einen Zeitstempel umfassen. Bei dem Feldgerät handelt es sich um ein Durchflussmessgerät, beispielsweise basierend auf dem Ultraschallprinzip, auf dem magnetisch-induktiven Messprinzip oder auf dem Coriolis-Messprinzip. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass das Feldgerät weitere Sensoren zur Erfassung weiterer Variablen, insbesondere der Dichte des Prozessmediums, aufweist.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das System eine von dem Netzwerkgerät entfernte Datenbank umfasst, auf welcher aktuelle Preise des Prozessmediums pro definiertem Volumen gespeichert sind, wobei das Netzwerkgerät einen Datenspeicher ausgestaltet zum Speichern der übertragenen Daten des Feldgeräts umfasst, wobei die Elektronikeinheit des Netzwerkgeräts dazu ausgestaltet ist, in regelmäßigen Zeitabständen ein Gesamtvolumen des in einem jeweiligen Zeitabstand die Rohrleitung durchströmenden Prozessmediums zu berechnen, die in dem Zeitabstand aktuellen Preise des Prozessmediums via zweiter Schnittstelle abzurufen und auf Grundlage des berechneten Gesamtvolumens und der abgerufenen Preise eine Rechnung zu erstellen.
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Es kann hierbei vorgesehen sein, dass das Feldgerät zusätzlich die jeweils in einem Zeitabstand aktuelle Dichte, oder eine andere Zustandsinformation des Prozessmediums erfasst.
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Der Datenspeicher des Netzwerkgeräts ist insbesondere nicht-flüchtig ausgestaltet und ist eine Festplatte oder ein externes Speichermedium, bspw. ein USB-Stick. Bei der Datenbank handelt es sich um eine lokal erreichbare Datenbank auf einem weiteren Netzwerkgerät oder um eine per Internet kontaktierbare Datenbank. Im zweiten Fall befinden sich weitere Netzwerkgeräte zwischen dem Netzwerkgerät und der Datenbank.
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Die Rechnung wird beispielsweise als PDF-Dokument erstellt und übertragen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das Netzwerkgerät dazu ausgestaltet ist, die Rechnung zu verschlüsseln und via die zweite Schnittstelle an eine Serviceplattform zu übermitteln. Die Serviceplattform ist insbesondere auf einem cloudbasierten Server ausgebildet, welcher per Internet durch einen Benutzer kontaktiert werden kann. Auf diese Art und Weise kann die Rechnung dem Kunden online zur Verfügung, bzw. zum Abruf, gestellt werden.
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Gemäß einer zweiten vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das System eine Serviceplattform umfasst, wobei das Netzwerkgerät einen Datenspeicher ausgestaltet zum Speichern der übertragenen Daten des Feldgeräts umfasst, wobei das Netzwerkgerät dazu ausgestaltet ist, die gespeicherten Daten via die zweite Schnittstelle an die Serviceplattform zu übermitteln, wobei die Serviceplattform dazu ausgestaltet ist, in regelmäßigen Zeitabständen ein Gesamtvolumen des in einem jeweiligen Zeitabstand die Rohrleitung durchströmenden Prozessmediums zu berechnen, und auf Grundlage des berechneten Gesamtvolumens und abgerufener Preise des Prozessmediums eine Rechnung zu erstellen, wobei die Serviceplattform dazu ausgestaltet ist, die Preise von einer in der Serviceplattform integrierten Datenbank oder von einer extern angeordneten Datenbank zu beziehen.
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In dieser Variante erstellt nicht das Netzwerkgerät selbst, sondern die Serviceplattform die Rechnung. Das Netzwerkgerät übermittelt der Serviceplattform hierfür die aufbereiteten Daten des Feldgeräts.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert. Es zeigt
- 1: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems.
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1 zeigt zwei mit dem erfindungsgemäßen System verbundene use cases. Die Grundstruktur dieses Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems besteht aus einem Feldgerät FG, einem Netzwerkgerät NG und einer Serviceplattform SP.
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Bei dem Feldgerät FG handelt es sich um ein Durchflussmessgerät, welches in einer Rohrleitung eingebaut ist und welches den Volumen- und/oder Massenstrom eines die Rohrleitung durchströmenden Prozessmediums erfasst. Das Feldgerät umfasst weiterhin einen Sensor zur Messung der aktuellen Dichte des Messmediums. Bei dem Prozessmedium handelt es sich beispielsweise um Rohöl.
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Bei dem Netzwerkgerät NG handelt es sich um einen Prozessanzeiger mit einem Display DS. Das Netzwerkgerät weist eine erste Schnittstelle SN1 und eine zweite Schnittstelle SN2 auf, welche zur Kommunikation entsprechend des OPC UA-Protokolls ausgestaltet sind. Die erste Schnittstelle SN1 zur drahtlosen Kommunikation ausgestaltet, wobei die zweite Schnittstelle SN2 zur drahtlosen oder drahtgebundenen Kommunikation ausgestaltet ist.
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Das Feldgerät FG3 weist eine dritte Schnittstelle SN3 auf, welche zur drahtlosen Kommunikation entsprechend des OPC UA-Protokolls ausgestaltet ist.
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Im ersten use case 1.) überträgt das Feldgerät FG Daten, insbesondere Messwerte der Prozessvariablen des Volumenflusses, aber auch Status- und Diagnosedaten an das Netzwerkgerät. Das Netzwerkgerät NG zeigt diese anschließend auf dem Display an. Der Benutzer kann zwischen den verschiedenen Daten auswählen, bzw. schalten.
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In einem zweiten use case 2.) verarbeitet die Elektronikeinheit EE die übermittelten Daten des Feldgeräts. Konkret werden Volumenmesswerte, Identifikationsdaten und Zeitstempel mit dem Datum des Erhebens der Volumenmesswerte als Datentriple an das Netzwerkgerät NG übermittelt. Aus dem Datentriple berechnet das Netzwerkgerät ein in einem definierten Zeitintervall durch die Rohrleitung geströmtes Volumen des Prozessmediums. Über die zweite Schnittstelle SN2 ruft das Netzwerkgerät NG aktuelle Preise pro definiertem Volumen für das Prozessmedium von einer Datenbank DB ab, welche im vorliegenden Fall auf einer cloudbasierten Serviceplattform SP implementiert ist. Das Netzwerkgerät NG erstellt anschließend eine Rechnung RE über das definierte Zeitintervall und gibt diese, beispielsweise in PDF-Form, digital signiert aus und übermittelt diese zur weiteren metrologischen Verarbeitung beispielsweise an ein Billing System. Die Datenbank DB stammt beispielsweise von einer autorisierten Entität, bspw. einer Börse.
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Alternativ übermittelt das Netzwerkgerät NG die gesammelten Datentriple an die Serviceplattform SP, welche die Rechnung RE erstellt und dem Benutzer bereitstellt.
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Die Verbindung zwischen Netzwerkgerät NG und Serviceplattform und/oder Datenbank DB erfolgt hierbei ebenfalls über OPC UA.
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Bezugszeichenliste
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- DB
- Datenbank
- DS
- Display
- EE
- Elektronikeinheit
- FG
- Feldgerät
- NG
- Netzwerkgerät
- RE
- Rechnung
- SN1, SN2
- erste/zweite Schnittstelle
- SP
- Serviceplattform