DE10213746B4

DE10213746B4 - Vorrichtung zum Bedienen von Feldgeräten

Info

Publication number: DE10213746B4
Application number: DE2002113746
Authority: DE
Inventors: Dietmar Spanke; Bert Von Stein; Frank Erdmann; Markus Kilian
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: WO2003081183A1; DE10213746A1; AU2003226687A1

Abstract

Vorrichtung zum Bedienen von Feldgeräten zur Bestimmung oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße, bestehend aus
einem Sensor (1),
einer Steuereinheit (10),
einer Speichereinheit (15),
einer Auswerteeinheit (16) und
einer Anzeigeeinheit (11) mit Bedienelementen (13),
wobei auf der Anzeigeeinheit (11) vorgegebene graphische Strukturen (17) in Form von Symbolen (20, 21, 22, 23, 24) dargestellt werden, und
wobei die Symbole (20, 21, 22, 23, 24) Informationen über geräte- oder prozessspezifische Parameter (P1, P2, P3) bereitstellen, und
wobei über die Bedienelemente (13) die Symbole (20, 21, 22, 23, 24) ausgewählt werden, und Änderungen an auf der Anzeigeeinheit dargestellten geräte- oder prozessspezifischen Parametern (P1, P2, P3) vorgenommen werden, und
wobei die Steuereinheit (10) auf der Anzeigeeinheit (11) graphisch Messwerte der zu bestimmenden Prozessgröße in Abhängigkeit von der Zeit zur Anzeige bringt, und
wobei anhand der angezeigten Messwerte der zu bestimmenden Prozessgröße in...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bedienen eines Feldgeräts zur Bestimmung oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozeßgröße, bestehend aus einem Sensor, einer Steuereinheit, einer Speichereinheit, einer Auswerteeinheit und einer Anzeigeeinheit mit Bedienelementen. Bei der physikalischen oder chemischen Prozeßgröße handelt es sich beispielsweise um den Füllstand, den Druck, den Durchfluß, die Temperatur oder den pH-Wert.
Die Bedienung von Feldgeräten, insbesondere die Bedienung von Feldgeräten in explosionsgeschützten Bereichen, ist oftmals sehr kompliziert. Verursacht wird dies durch die in dieser Umgebung zu erfüllenden Randbedingungen. Eine wesentliche Randbedingung ist, daß die Energiezufuhr zu dem Feldgerät einen vorgegebenen Sicherheitswert nicht überschreiten darf. Hieraus ergibt sich, daß keine beliebige Speicher- und Recheneinheiten eingesetzt werden. Vielmehr müssen diese Komponenten energiesparend ausgelegt sein (Niederenergie-Komponenten oder übliche Komponenten, die getaktet werden). Der Nachteil von energiesparenden Komponenten wiederum ist, daß sie nicht in der Lage sind, eine komfortable Bedienung am Feldgerät zu unterstützen.
In der nicht vorveröffentlichten DE 100 52 836.8 bzw. der parallelen WO/EP01/12152 ist ein sog. eigenständiges Feldgerät bzw. eine kompakte Einheit zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozeßvariablen bekannt geworden. Dieses eigenständige Feldgerät besteht aus einem Sensor, einer Meß-/Regel-/Steuereinheit, die zumindest ein zu bestimmendes oder zu überwachendes Ereignis vorgibt, und zumindest einer Speichereinheit, die eine Speicherung von Daten in Abhängigkeit von dem zumindest einen vorgegebenen Ereignis vornimmt. Dem eigenständigen Feldgerät ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eine Anzeigeeinheit zugeordnet. Auf dieser Anzeigeeinheit können unterschiedliche Historiendaten graphisch dargestellt werden. Bei den Historiendaten handelt es sich beispielsweise im Falle eines Füllstandsmeßgeräts, das den Füllstand in einem Behälter über ein Laufzeitverfahren ermittelt, um die Amplituden der Echosignale als Funktion der Zeit. Anhand dieser sog. Echokurve kann das Bedienpersonal visuell verfolgen, ob und wie sich der Füllstand in dem Behälter über die Zeit ändert. Die in diesen nicht vorveröffentlichten Schriften beschriebene Vorrichtung ist in der Lage, dem Bedienpersonal die komplizierte Funktionsweise eines nach dem Laufzeitverfahren arbeitenden Meßgeräts bildhaft darzustellen und festigt so das Vertrauen des Bedienpersonals in die korrekte Arbeitsweise des Meßgeräts.
In der DE 42 40 898 A1 ist eine mit einem Berührungsbildschirm versehene Eingabevorrichtung gezeigt, bei der Symbole als Bedienelemente zur Steuerung und Visualisierung der Vorgänge im Gerät auf dem Berührungsbildschirm vorgesehen sind. Hierzu werden auf der Eingabevorrichtung mit dem Berührungsbildschirm entsprechende Bedienobjekte dargestellt. Über eine Berührung des Bildschirms durch den Bediener werden die Bedienobjekte ausgewählt und/oder verändert, so dass der Auswahl oder der Änderung entsprechende hinterlegte Funktionen im Gerät ausgeführt werden.
Desweiteren sind in der EP 0 592 921 A1 und der WO 97/49099 A1 sind graphische Darstellungen von Prozessanlagen, Alarmzustände und Prozessattributen der Anlagen auf einem Bildschirm einer Rechnereinheit gezeigt.
In der DE 197 23 646 C2 ist ein Verfahren zur Messung des Füllstands im Behälter nach dem Radarmessmethode gezeigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die bei niedrigem Energieverbrauch eine komfortable, intuitive Bedienung eines Feldgeräts durch das Bedienpersonal ermöglicht und Informationen über Prozessgrößen und Parametern dem Bedienpersonal graphisch darstellt.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Die graphischen Strukturen, die auf der Anzeigeeinheit in Form von Symbolen dargestellt werden, können desweiteren Information über die Einbindung des Feldgeräts in eine Prozeßanlage liefern, oder die Funktionsweise des Feldgeräts beschreiben oder Information über interne Abläufe in dem Feldgerät liefern.
Erfindungsgemäß erfolgt die Benutzerführung über Symbole. Damit ist die Bedienung des Feldgeräts sprachunabhängig. Daher ist es möglich, die Benutzerführung in unterschiedlichen Sprachen einzusparen. Hierdurch wird der Speicherplatzbedarf verringert. Weiterhin ist die Bildersprache so gewählt, daß sie leicht verständlich ist.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die Steuereinheit auf der Anzeigeeinheit graphisch die Meßwerte der zu bestimmenden Prozeßgröße in Abhängigkeit von der Zeit zur Anzeige bringt. Durch diese graphische Darstellung von Parametern, beispielsweise dem Füllstand, wird dem Bedienpersonal ein besseres Verständnis für die jeweils von dem Meßgerät durchgeführte Messung vermittelt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei einem Bedienelement um zumindest eine Taste oder um einen Jog Dial. Alternativ kann die Anzeigeeinheit auch als Touch Screen ausgebildet sein.
Bezüglich der räumlichen Anordnung der Anzeigeeinheit sind gleichfalls zwei Ausgestaltungen möglich: entweder ist die Anzeigeeinheit in die erfindungsgemäße Vorrichtung integriert, oder die Anzeigeeinheit ist als separate Einheit ausgebildet und über Verbindungsmittel mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kontaktierbar. Im zweiten Fall kann die Verbindung zwischen Vorrichtung und Anzeigeeinheit über Verbindungsleitungen oder drahtlos erfolgen.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die Steuereinheit die Symbole in bewegten Bildern auf der Anzeigeeinheit zur Anzeige bringt. Diese Animation ist sehr anschaulich und gibt dem Bedienpersonal in einfacher Weise Zugang zu den Vorgängen, die im Prozeß oder im Meßgerät ablaufen, oder zu den Prozeßgrößen, die bestimmt und/oder überwacht werden. Diese Art der Darstellung ermöglicht es dem Bedienpersonal, die Anzeigeeinheit ’intuitiv’ zu bedienen.
Um den Bedienvorgang zu erleichtern bzw. abzukürzen und um direkten Zugang zu einem bereits definierten Parameter oder zu einer definierten graphischen Struktur zu haben, ist vorgesehen, daß zumindest gewisse Parameter bzw. Strukturen über Kurzzeichen aufrufbar sind. Hierdurch ist bei bekannten Kurzzeichen eine sehr schnelle Navigation/Parametrierung durch die verschiedenen graphischen Strukturen möglich.
Im Zusammenhang mit der Erfindung wird im folgenden auf die erweitere Funktionalität eines Füllstandsmeßgeräts bei der Lagertankanwendung Bezug genommen: Ein Füllstandsmeßgerät mißt primär die Distanz zwischen der Antenne bzw. dem Flansch am Tankdeckel und dem Füllgut. Üblicherweise wird hieraus der Füllstand des Füllguts in dem Tank bzw. in dem Behälter errechnet. Der ermittelte Füllstandswert wird dem Bedienpersonal als Hauptmeßwert zugänglich gemacht, d. h. der Hauptmeßwert des Geräts bei einem Tank von 20 m Höhe ist nicht ”Distanz von 5 m vom Tankdeckel zum Füllgut”, sondern ”Tank ist zu 15 m gefüllt” oder ”Tank ist zu 75% gefüllt”.
Letztlich interessiert jedoch den Anwender bei z. B. einer Lagertankanwendung nicht, wie hoch der Füllstand in dem Behälter ist, sondern zu welchem zukünftigen Zeitpunkt der Tank aufgefüllt werden muß. Bislang muß der Anwender diesen Zeitpunkt aufgrund von Erfahrungswerten abschätzen. Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung wird ihm diese Arbeit nun abgenommen. Hierzu wird der Errechnung des Füllstands eine zusätzliche Funktionalität nachgeschaltet, die aufgrund des bisherigen zeitlichen Verlaufs der Änderung des Füllstands errechnet, zu welchem zukünftigen Zeitpunkt ein vorgegebener Füllstandswert voraussichtlich unterschritten wird.
Graphisch ist der entsprechende Sachverhalt in 4 dargestellt. Ausgehend vom zeitlichen Verlauf des abnehmenden Füllstands, der schrittweise erfolgt, wird eine Gerade interpoliert. Die Zeit vom aktuellen Zeitpunkt bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die interpolierte Gerade eine definierte Marke – hier 10% – schneidet, repräsentiert die gesuchte Zeit.
Diese zusätzliche Funktionalität kann natürlich auch parametriert werden: Nicht nur die vorgegebene Marke (in 4: 10%) sondern alle möglichen Parameter des (mathematischen) Filters zur Interpolation der Geraden sind denkbar.
Eine interessante Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die Steuereinheit auf der Anzeigeeinheit eine Graphik darstellt, in der der minimale und der maximale Wert der zu bestimmenden Prozeßgröße in Relation zu dem momentan ermittelten Wert der Prozeßgröße visualisiert wird. Diese Visualisierung kann beispielsweise über einen Schleppzeiger erfolgen. Beispielsweise wird bei einer Füllstandsmessung mittels eines Laufzeitverfahrens – wie bereits zuvor gesagt – die Echokurve ausgewertet: die Laufzeit und nachfolgend der Füllstand des Füllguts in einem Behälter wird anhand der Lage und/oder der Amplitude des sog. Nutzecho-signals ermittelt. Der Schleppzeiger zeigt dann die maximale und die minimale Position der Echoamplitude gegen die aktuelle Position der Echoamplitude an. Vorteilhaft ist die Ausgestaltung im Rahmen einer verbesserten Fehlersuche, da Ausreißer dokumentiert werden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung eines TDR-Meßgeräts zur Messung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter,
2: die Darstellung einer ersten graphischen Struktur auf dem Display einer Anzeigeeinheit,
3: die Darstellung einer zweiten graphischen Struktur auf dem Display der Anzeigeeinheit und
4: eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Füllstands in einem Behälter.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Füllstandsmeßvorrichtung 19. Im gezeigten Fall handelt es sich bei der Füllstandsmeßvorrichtung 19 um ein TDR-Meßgerät. Derartige Geräte werden von der Anmelderin unter der Bezeichnung ’LEVELFLEX’ angeboten und vertrieben.
Die Füllstandsmeßvorrichtung 19 ist in einer Öffnung 4 im Deckel 5 des Behälters 2 montiert. Zwecks Bestimmung des Füllstands des Füllguts 3 in dem Behälter 2 werden hochfrequente Meßsignale an dem Oberflächenwellenleiter 6 in das Füllgut 3 hineingeführt. Ein Meßsignal ist übrigens in der 1 als Hochfrequenzpuls 14 stilisiert dargestellt. Die Meßsignale werden in der Signalerzeugungseinheit 7 erzeugt und über die Einkopplung 8 auf den Oberflächenwellenleiter 6 eingekoppelt. Die an der Oberfläche 9 des Füllguts 3 reflektierten Meßsignale (→ Echosignale) werden über die Einkopplung 8 der Meß-/Regel-/Steuereinheit 10 zugeführt. Anhand der Laufzeit und in Kenntnis der Höhe des Behälters 2 errechnet die Meß-/Regel-/Steuereinheit 10 u. a. den Füllstand des Füllguts 3 in dem Behälter 2.
Weiterhin ist der Füllstandsmeßvorrichtung 19 eine Anzeigeeinheit 11 zugeordnet. Die Anzeigeeinheit 11 kann integraler Teil der Füllstandsmeßvorrichtung 19 sein; sie kann jedoch auch als separate Komponente ausgebildet sein, die mit der Füllstandsmeßvorrichtung 19 über eine Verbindungsleitung 18 verbindbar ist. Das Display 12 der Anzeigeeinheit 11 wird übrigens im gezeigten Fall über die Cursortasten 13 bedient.
2 zeigt die Darstellung einer ersten graphischen Struktur 17 auf dem Display 12 einer Anzeigeeinheit 11. Insbesondere handelt es sich hier um die sog. ’Geräteübersicht’.
Die graphische Struktur 17 enthält mehrere aussagekräftige Symbole (20, 21, 22, 23, 24), die dem Benutzer die Bedienerführung des Feldgeräts in einfacher Weise erschließen und es ihm ermöglichen, Änderungen von ausgewählten Parametern unmittelbar über die Anzeigeeinheit 11 vorzunehmen. Das Symbol 20 verdeutlicht, daß der Sensor eine frei abstrahlende Antenne besitzt. Entsprechende Sensoren werden übrigens von der Anmelderin unter dem Namen ’MICROPILOT’ angeboten und vertrieben.
Die Meßwerte des Sensors sind in dem Symbol 21 visualisiert. Hier handelt es sich um die sog. Echokurve bzw. die Hüllkurve, die die Amplituden A der Echosignale in Abhängigkeit von der Laufstrecke D zeigt. Der erste Peak in Nähe der A-Achse ist auf die im Bereich der Einkopplung 7 reflektierten Meßsignale zurückzuführen. Der zweite Peak repräsentiert das an der Oberfläche 9 des Füllguts 3 reflektierten Echosignal, das sog. Nutzechosignal.
Das Symbol 22 zeigt die zu der aktuellen Echokurve ermittelte/berechnete Distanz D. Diese Distanz D wird anhand der Echokurve bestimmt. Das Symbol 23 stellt den Offset (also die Korrektur der ermittelten Distanz auf den gerätespezifischen Bezugspunkt z. B. aufgrund der Antennenbeschaffenheit) dar. Über das Symbol ’Rädchen 25’ wird der Offset geändert, und an der +/– Skala wird die Änderung graphisch mit dem Symbol 22a dargestellt. Änderungen werden beispielsweise im einfachsten Fall dadurch ermöglicht, daß das Rädchen 25 über einen Touch-Screen betätigt wird.
Das Symbol 24 repräsentiert analoge und digitale Ausgangswerte. Mit dem oberen Zeigerelement 26 wird beispielsweise ein 4–20 mA Ausgang dargestellt. Die beiden digitalen Signalausgänge visualisieren bei HART-Geräten z. B. den sog. Primary Value und den Secondary Value.
Von der in 2 gezeigten ersten graphischen Struktur 17 gelangt der Nutzer in einfacher Weise zu einer untergeordneten graphischen Struktur 17, wie sie in 3 zu sehen ist. Diese erscheint auf dem Display 12, sobald das Bedienpersonal das in 2 dargestellt Symbol 21 z. B. durch Anklicken auswählt.
Die in 3 dargestellte graphische Struktur 17 stellt dem Bedienpersonal einen Auszug aus der Sensormeßtechnik bereit. Das Symbol 27 repräsentiert wiederum die Echokurve. Über die Symbole 28, 29, 30, 31 können unterschiedliche Filter über die Echokurve gelegt werden. Diese Filter unterdrücken z. B. das Rauschen und führen zu einer Glättung der Echokurve. Die Filter, die in den Symbolen 28, 29 dargestellt sind, können über die symbolisch dargestellten Zeiger verändert werden, wobei die gemachten Änderungen unmittelbar in der Echokurve ihren Niederschlag finden.
Die Schalter P4, P5 symbolisieren, daß gewisse Zusatzfunktionen zu- und abgeschaltet werden können. Eine mögliche Zusatzfunktion ist z. B. die Tankbodenerkennung.
Bezugszeichenliste

1: Sensor
2: Behälter
3: Füllgut
4: Öffnung
5: Deckel
6: Leitfähiges Element
7: Signalerzeugungseinheit
8: Einkopplung
9: Oberfläche des Füllguts
10: Meß-/Regel-/Steuereinheit
11: Anzeigeeinheit
12: Display
13: Bedienelement (Cursor, Taste, ...)
14: Meßsignal
15: Speichereinheit
16: Auswerteeinheit
17: graphische Struktur
18: Verbindungsleitung
19: TDR-Meßgerät
20: Meßgerät mit frei abstrahlender Antenne
21: Symbol ’Hüllkurve’
22: Symbol
23: Symbol ’Offset’
24: Symbol
25: Symbol ’Rädchen’
26: Symbol
27: Symbol ’Hüllkurve’
28: Symbol
29: Symbol
30: Symbol
31: Symbol

Claims

Vorrichtung zum Bedienen von Feldgeräten zur Bestimmung oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße, bestehend aus einem Sensor (1), einer Steuereinheit (10), einer Speichereinheit (15), einer Auswerteeinheit (16) und einer Anzeigeeinheit (11) mit Bedienelementen (13), wobei auf der Anzeigeeinheit (11) vorgegebene graphische Strukturen (17) in Form von Symbolen (20, 21, 22, 23, 24) dargestellt werden, und wobei die Symbole (20, 21, 22, 23, 24) Informationen über geräte- oder prozessspezifische Parameter (P1, P2, P3) bereitstellen, und wobei über die Bedienelemente (13) die Symbole (20, 21, 22, 23, 24) ausgewählt werden, und Änderungen an auf der Anzeigeeinheit dargestellten geräte- oder prozessspezifischen Parametern (P1, P2, P3) vorgenommen werden, und wobei die Steuereinheit (10) auf der Anzeigeeinheit (11) graphisch Messwerte der zu bestimmenden Prozessgröße in Abhängigkeit von der Zeit zur Anzeige bringt, und wobei anhand der angezeigten Messwerte der zu bestimmenden Prozessgröße in Abhängigkeit von der Zeit eine Information abgeleitet und dem Bedienpersonal zur Verfügung gestellt wird, und wobei die abgeleitete Information die berechnete Zeit bis zum Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei einem Bedienelement (13) um zumindest eine Taste oder um einen Jog Dial handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anzeigeeinheit (11) als Touch Screen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (10) die Symbole in bewegten Bildern auf der Anzeigeeinheit (11) zur Anzeige bringt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (10) auf der Anzeigeeinheit (11) eine Graphik darstellt, in der der minimale und der maximale Wert einer zu bestimmenden Prozessgröße in Relation zu dem momentan ermittelten Wert einer anderen Prozessgröße visualisiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, wobei es sich bei der zu bestimmenden Prozessgröße um den Füllstand eines Füllguts (3) in einem Behälter (2) handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Auswerteeinheit (16) den Füllstand des Füllguts (3) in dem Behälter (2) über ein Laufzeitverfahren ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Auswerteeinheit (16) den Füllstand des Füllguts (3) in dem Behälter (2) über die Echokurve ermittelt.