DE10014272B4

DE10014272B4 - Feldgerät, sowie Verfahren zum Umprogrammieren eines Feldgerätes

Info

Publication number: DE10014272B4
Application number: DE10014272A
Authority: DE
Inventors: Martin PFÄNDLER; Arthur Schrock
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: AU2001250392A1; DE10014272A1; WO2001071439A1; US7320067B2; US20030097521A1

Abstract

Verfahren zum Umprogrammieren eines Feldgerätes, das einen Mikroprozessor μP und einen elektrisch löschbaren und wieder programmierbaren Speicher EE aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Unterbrechung eines laufenden ersten Steuerprogramms des Mikroprozessors μP und Umschalten von einem normalen Betriebsmode in einen Programmiermode
b) Erhöhung der Stromversorgung des Feldgerätes,
c) Löschen des ersten Steuerprogramms im Speicher EE durch Anlegen einer Spannung,
d) Abspeichern eines zweiten Steuerprogramms im Speicher EE,
e) Aufheben des Programmiermodes und Starten des zweiten Steuerprogramms.

Description

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät, sowie ein Verfahren zum Umprogrammieren eines Feldgerätes.
In der Automatisierungs- und Prozeßsteuerungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die im Prozeßablauf Prozeßvariablen messen (Sensoren) oder Regelgrößen steuern (Aktoren).
Feldgeräte zur Durchfluß-, Füllstands, Differenzdruck-, Temperaturbestimmung etc. sind allgemein bekannt. Zur Erfassung der entsprechenden Prozeßvariable, Massen- oder Volumendurchfluß, Füllhöhe, Druck, Temperatur etc., sind die Feldgeräte in unmittelbarer Nähe zu der betreffenden Prozeßkomponente angeordnet.
Die Feldgeräte liefern ein Meßsignal, das dem Meßwert der erfaßten Prozeßvariablen entspricht. Dieses Meßsignal wird an eine zentrale Steuereinheit (z.B. eine Warte oder Prozeßleitsystem) weitergeleitet. In der Regel erfolgt die gesamte Prozeßsteuerung von der Steuereinheit, wo die Meßsignale verschiedener Feldgeräte auswertet werden und aufgrund der Auswertung Steuersignale für Aktoren erzeugt werden, die den Prozeßablauf steuern.
Als Beispiel für ein Aktor ist ein steuerbares Ventil zu nennen, das den Durchfluss einer Flüssigkeit oder eines Gases in einem Rohrleitungsabschnitt regelt.
Die Signalübertragung zwischen Feldgerät und Steuereinheit kann in analoger oder digitaler Form erfolgt (z.B. über eine Stromschleife oder über einen digitalen Datenbus).
Bekannte internationale Standards für die Signalübertragung sind z.B. 4–20 mA Stromschleifen, HART, PROFIBUS, FOUNDATION FIELDBUS oder CAN-Bus.
Neben analogen Feldgeräten finden immer mehr programmierbare Feldgeräte Verwendung. Häufig werden hierfür ASICs (application-specific integrated circuits) und SMDs (surface mounted devices) eingesetzt.
Bei den programmierbaren Feldgeräten wird somit immer mehr „Intelligenz" ins Feld zum eigentlichen Einsatzort verlagert.
Das entsprechende Steuerprogramm des Feldgerätes ist in einem nichtflüchtigen Speicher im Feldgerät abgespeichert und wird in einem Mikroprozessor ausgeführt. Es steuert u.a. die Bedienung-, die Mess- bzw. Steuerfunktionen des Feldgeräts. Solche Bedienungsfunktionen und Steuerfunktionen durch den Mikroprozessor sind in der DE 19707436 gezeigt.
Bei Sensoren, die zur Meßwerterfassung dienen, sind normalerweise größere Steuerprogramme als bei Aktoren, die nur zur Steuerung dienen, im Einsatz.
Aufgrund der größeren Steuerprogramme ist auf die Vielfalt der Steuerprogramme bei Sensoren größer.
Es sind verschiedene Funktionalitäten möglich, z.B. kann die Art und Weise der Datenspeicherung unterschiedlich sein, die Kalibrierung kann mit einer unterschiedlichen Genauigkeit erfolgen, die Datenerfassung und Datenauswertung kann unterschiedlich sein, verschiedene Regel- und Stellfunktionen können eingesetzt werden, die Art der Signalübertragung kann verschieden sein, eine mehr oder weniger aufwendige Eigenüberwachung (predictive maintenance) ist möglich etc.
Das Feldgerät übermittelt insbesondere als Sensor nicht mehr nur ein einfaches Meßsignal, sondern ein aufbereitetes Meßsignal mit eventuell weiteren Zusatzinformationen. Die Summe dieser Möglichkeiten macht die Funktionalität des Feldgerätes aus.
Für jede Funktionalitäten ist ein entsprechendes Steuerprogramm (Software) notwendig. Das Steuerprogramm wird normalerweise in einem nichtflüchtigen Speicher im Feldgerät abgespeichert.
Die Funktionalität eines Feldgerätes hängt somit in entscheidendem Maße von dem Steuerprogramm ab, das in der Regel vom Hersteller des Feldgerätes zur Verfügung gestellt wird.
Das Steuerprogramm kann gewisse Grundfunktionen oder aber auch erweiterte Funktionalitäten umfassen.
Das Steuerprogramm wird normalerweise bei der Herstellung des Feldgerätes implementiert. D.h. die Funktionalität des Feldgerätes ist somit nach der Produktion fest vorgegeben und kann nicht mehr einfach geändert werden. Bei Programmfehlern, Programmweiterentwicklungen (Updates) oder neuen Funktionalitäten (Upgrades) ist ein Programmaustausch notwendig.
Eine Möglichkeit besteht darin den Speicher, in dem das Steuerprogramm gespeichert ist, auszutauschen. Dieser Austausch muß von Fachpersonal vorgenommen werden und ist aufwendig.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Speicher nicht mehr auszutauschen sondern umzuprogrammieren. Dies kann z.B. mit Hilfe einer tragbaren Bedieneinheit (z.B. Handheld oder PC) erfolgen, die mit dem Feldgerät verbunden wird. Über eine entsprechende Schnittstelle am Feldgerät wird das neue Steuerprogramm vom Bediengerät an das Feldgerät übertragen und im Feldgerät abgespeichert.
Eine solche Methode den Speicher mit der neuen Firmeware umzuprogramieren ist in der US 5937198 A gezeigt.
Seit einiger Zeit sind elektrisch löschbare und wieder programmierbare Speicher, sogenannte Flash-Memories oder Flash-EPROMs bekannt, die eine einfache Umprogrammierung erlauben. Solche Flash-EPROMs als programierbare Speicher sind aus der WO 9428549 bekannt.
Ein Nachteil derartiger Speicher ist jedoch, daß die Umprogrammierung eine hohe Stromversorgung, die über dem normalen Grundstrom bei Feldgeräten liegt, erfordert, so daß diese speziellen Speicher bei Feldgeräten nicht verwendet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Umprogrammieren eines Feldgerätes mit einem elektrisch löschbaren und wieder programmierbaren Speicher anzugeben, das einfach durchführbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe mit Hilfe folgender Verfahrensschritte:

a) Unterbrechung eines laufenden ersten Steuerprogramms des Mikroprozessors und Umschalten von einem normalen Betriebsmode in einen Programmiermode
b) Erhöhung der Stromversorgung des Feldgerätes,
c) Löschen des ersten Steuerprogramms im Speicher durch Anlegen einer Spannung,
d) Abspeichern eines zweiten Steuerprogramms im Speicher,
e) Aufheben des Programmiermodes und Starten des zweiten Steuerprogramms.

Nur durch die Anhebung der Stromversorgung im Feldgerät ist ein Umprogrammieren des Speichers möglich.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird während des Programmiermodes an einem Steuerausgang des Mikroprozessors ein Spannungspuls erzeugt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das zweite Steuerprogramm über eine am Feldgerät vorgesehene Schnittstelle eingelesen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Feldgerät, das die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht.
Ein solches Feldgerät weist einen elektrisch löschbaren und wieder programmierbaren Speicher und eine regelbare Stromversorgungseinheit auf.
Dadurch daß die Stromversorgung des Feldgerätes einstellbar ist, kann die Stromversorgung des Feldgerätes während einer Umprogrammierung über den Grundstrombedarf angehoben werden und somit das Umprogrammieren des Speichers vorgenommen werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Feldgerät eine Feldbusschnittstelle als Anschluß an einen digitalen Datenbus auf, die als Stromversorgungseinheit dient.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Feldbusschnittstelle eine Steuereingang auf dessen Widerstand zum Spannungsnullpunkt die Stromversorgung regelt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Steuereingang über zwei in Reihe geschaltete Widerstände mit Masse verbunden ist, wobei der zweite Widerstand mittels eines Steuertransistors überbrückbar ist.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 schematische Darstellung eines Datenbussystems mit mehreren Feldgeräten
2 schematische Darstellung eines Feldgerätes.
In 1 ist ein Datenbussystem DBS mit mehreren Feldgeräten und einem Prozeßleitsystem PLS dargestellt. Bei den Feldgeräten handelt es sich um Sensoren S und Aktoren A. Die Datenbusteilnehmer sind über eine Datenbusleitung DBL miteinander verbunden.
Das Prozeßleitsystem PLS ist in der Regel in einem Kontrollraum angeordnet von dem aus die gesamte Prozeßsteuerung zentral erfolgt. Die Sensoren S und Aktoren A sind „im Feld" bei den einzelnen Prozeßkomponenten (Tank, Befüllvorrichtung, Pipeline etc.) angeordnet.
Die Sensoren S1, S2 und S3 erfassen z.B. die Prozeßvariablen Temperatur T, Druck D und Durchfluß F an jeweils einer bestimmten Prozeßkomponente. Die Aktoren A1 und A2 sind z.B. Ventilsteuerungen, die den Durchfluß einer Flüssigkeit oder eines Gases durch einen Rohrleitungsabschnitt regeln.
Die Datenkommunikation zwischen dem Prozeßleitsystem PLS, den Sensoren S und den Aktoren A erfolgt in bekannter Weise nach einer international standardisierten Übertragungstechnik (z.B. RS 485 oder IEC 1158) mittels spezieller Protokolle (z.B. PROFIBUS oder FOUNDATION FIELDBUS, CAN-Bus).
In 2 ist der Sensor S1, als Beispiel für ein Feldgerät näher dargestellt. Der Sensor S1 ist direkt an die Datenbusleitung DBS angeschlossen ist. Der Anschluss erfolgt mittels eines T-Kopplers T, der über eine Datenleitung DL1 mit einer Feldbusschnittstelle FBS verbunden ist. Die Feldbusschnittstelle FBS unterstützt alle Sende- und Empfangsfunktionen entsprechend der eingesetzten Übertragungstechnik.
Von der Feldbusschnittstelle FBS führt eine Datenleitung DL2 zu einer Kommunikationseinheit KE, die Telegramme von der Datenbusleitung liest oder selbst Telegramme auf die Datenbusleitung DBL schreibt.
Die Kommunikationseinheit KE ist über eine Datenleitung DL3 mit einem Mikroprozessor μP verbunden. Das Steuerprogramm des Mikroprozessor μP ist in einem nicht flüchtigen Speicher EE abgespeichert. Bei dem Speicher EE handelt es sich um einen sogenannten elektrisch löschbaren und wieder programmierbaren Speicher (Flash-Memory bzw. Flash-EPROM).
Der Mikroprozessor μP ist weiterhin mit einer Schnittstelle S verbunden, die als Anschluss für einen externen Speichereinheit, z.B. einem tragbaren Personalcomputer, dient. Über diese Schnittstelle S können Steuerprogramme und Daten von externen Speichern zum Feldgerät übertragen werden.
Zusätzlich ist der Mikroprozessor μP noch über einen A/D-Wandler AD mit einem Meßwertaufnehmer MWA verbunden. Der A/D-Wandler wandelt das analoge Meßsignal des Meßwertaufnehmers MWA in ein digitales Meßsignal um, das im Mikroprozessor μP verarbeitet wird.
Von einem Steuerausgang A1 des Mikroprozessor μP führt eine Steuerleitung SL zum Basisanschluss B eines Transistors T, dessen Emitteranschluss E zu einem aus zwei Widerständen R1, R2 aufgebauten Spannungsteiler führt, der mit einem Steuereingang E1 der Feldbusschnittstelle FSB verbunden ist.
Die Feldbusschnittstelle liefert die gesamte Stromversorgung des Sensors S1.
Erfindungsgemäß läßt sich die Höhe der Stromversorgung des Sensors S1 durch den Widerstandswert zwischen Steuereingang E1 und Massenullpunkt einstellen.
Dieser Wert wird über die beiden Widerstände R1 und R2 festgelegt.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Umprogrammieren eines Feldgerätes näher erläutert.
In einem ersten Verfahrensschritt wird das laufende Steuerprogramm des Mikroprozessors μP unterbrochen und der Mikroprozessor μP schaltet von einem normalen Betriebsmode in einen Programmiermode um.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird die Stromversorgung des Feldgerätes erhöht, in einem dritten Verfahrensschritt wird das alte Steuerprogramm im Speicher EE durch Anlegen einer Spannung gelöscht, im einem vierten Verfahrensschritt wird der Speicher EE mit einem neuen Steuerprogramm beschrieben, in einem fünften Verfahrensschritt wird der Programmiermode aufgehoben und das neue Steuerprogramm gestartet.
Nur durch die Stromerhöhung kann der Speicher EE umprogrammiert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während des Programmiermodus ein Spannungspuls an einem Steuerausgang S1 des Mikroprozessors μP erzeugt. Mit diesem Spannungsimpuls kann die Stromversorgung gesteuert werden. Solange der Spannungsimpuls anliegt benötigt das Feldgerät mehr Strom.
Das neue Steuerprogramm wird über die Schnittstelle S eingelesen. An diese Schnittstelle S läßt sich ein tragbare Bedieneinheit z.B. ein PC (Personal-Computer) oder ein "Handheld" einfach anschließen. Das neue Steuerprogramm ist in einem Speicher dieser Bedieneinheit abgespeichert und wird in bekannter Weise übertragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nur bei einem Feldgerät S1 einsetzen, das einen elektrisch löschbaren und wieder programmierbaren Speicher EE aufweist. Zusätzlich wird noch eine regelbare Stromversorgungseinheit benötigt. Regelbare Stromversorgungseinheiten sind kommerziell erhältlich.
Eine derartige regelbare Stromversorgungseinheit ist durch die Feldbusschnittstelle FBS gegeben.
Wesentliche Idee der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der eine einfache Umprogrammierung eines Feldgerätes möglich ist.

Claims

Verfahren zum Umprogrammieren eines Feldgerätes, das einen Mikroprozessor μP und einen elektrisch löschbaren und wieder programmierbaren Speicher EE aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Unterbrechung eines laufenden ersten Steuerprogramms des Mikroprozessors μP und Umschalten von einem normalen Betriebsmode in einen Programmiermode b) Erhöhung der Stromversorgung des Feldgerätes, c) Löschen des ersten Steuerprogramms im Speicher EE durch Anlegen einer Spannung, d) Abspeichern eines zweiten Steuerprogramms im Speicher EE, e) Aufheben des Programmiermodes und Starten des zweiten Steuerprogramms.
Verfahren nach Anspruch 1 wobei während des Programmiermodes an einem Steuerausgang A1 des Mikroprozessors μP ein Spannungspuls erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei das zweite Steuerprogramm über eine am Feldgerät vorgesehene Schnittstelle S eingelesen wird.
Feldgerät zur Erfassung oder Steuerung einer Prozeßvariablen, das einen Mikroprozessor und einen Speicher aufweist, in dem ein Steuerprogramm abgespeichert ist, das die Funktion des Feldgerätes bestimmt und das eine Stromversorgungseinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher EE elektrisch löschbar und wieder programmierbar ist und die Stromversorgungseinheit regelbar ist.
Feldgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromversorgungseinheit eine Feldbusschnittstelle FBS dient, die mit einem digitalen Datenbus DBS verbunden ist.
Feldgerät nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldbusschnittstelle FBS einen Steuereingang E1 aufweist, dessen Widerstand zum Spannungsnullpunkt die Stromversorgung des Feldgerätes regelt.
Feldgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang E1 über zwei in Reihe geschaltete Widerstände R1, R2 mit Masse verbunden ist, wobei der zweite Widerstand R2 mittels eines Transistors T überbrückbar ist.