DE102020110520A1 - Measuring arrangement with at least one field device and at least one receiving device and a method for monitoring a field device - Google Patents
Measuring arrangement with at least one field device and at least one receiving device and a method for monitoring a field device Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Messanordnung (10) mit mindestens einem Feldgerät (14) und mindestens einem Empfangsgerät (12), wobei das Feldgerät (14) und das Empfangsgerät (12) über einen ersten Kommunikationskanal (16) miteinander verbunden sind, welcher zum Übertragen eines Signals dient.Die zugrundeliegende Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messanordnung (10) zur Überwachung eines Feldgerätes (14) zu Verfügung zu stellen, mittels welchen eine kostengünstige und zuverlässige Überwachung des Feldgerätes (14) ermöglicht wird. Die Messanordnung (10) weist dazu Mittel zur Überwachung der Strom- und/oder Spannungsversorgung (18) des Feldgerätes (14) auf und wobei das Feldgerät (14) und das Empfangsgerät (12) über einen zweiten Kommunikationskanal (20) miteinander verbunden sind, welcher zum Übertragen eines Ausfallsignals dient, falls ein Ausfall der Strom und/oder Spannungsversorgung des Feldgerätes (14) detektiert wird und wobei das Feldgerät (14) einen Energiespeicher (22) aufweist, der Energie für das Übertragen des Ausfallsignals zur Verfügung stellt.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Überwachung eines Feldgerätes (14).The invention relates to a measuring arrangement (10) with at least one field device (14) and at least one receiving device (12), the field device (14) and the receiving device (12) being connected to one another via a first communication channel (16) which is used for transmitting a The underlying object of the invention is to provide a measuring arrangement (10) for monitoring a field device (14), by means of which an inexpensive and reliable monitoring of the field device (14) is made possible. For this purpose, the measuring arrangement (10) has means for monitoring the current and / or voltage supply (18) of the field device (14) and the field device (14) and the receiving device (12) being connected to one another via a second communication channel (20), which is used to transmit a failure signal if a failure of the current and / or voltage supply of the field device (14) is detected and wherein the field device (14) has an energy store (22) which provides energy for the transmission of the failure signal also relates to a method for monitoring a field device (14).
Description
Die Erfindung betrifft eine Messanordnung mit mindestens einem Feldgerät und mindestens einem Empfangsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Messanordnung kann dabei insbesondere mehrere, verteilt angeordnete Feldgeräte umfassen, die mit einem Empfangsgerät verbunden sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Überwachen eines Feldgerätes.The invention relates to a measuring arrangement with at least one field device and at least one receiving device. The invention also relates to a method for monitoring a field device.
Bei Feldgeräten ist es üblich, dass diese an einer Messstelle entfernt vom Empfangsgerät bzw. einer Ausleseeinheit Messwerte ermitteln. Beispielsweise kann es sich bei einem solchen Feldgerät um einen Grenzstandsensor handeln, mittels welchem der Pegel eines Flusses überwacht werden soll. Überschreitet oder Unterschreitet der gemessene Pegel einen vorbestimmten Grenzpegelstand, so wird von dem Grenzstandsensor ein Signal (beispielsweise in Form des Messwertes) an das Empfangsgerätes gesendet. Ein Übertragen des Signals erfolgt dabei nur in solchen vorgenannten Fällen, in welchen ein Über- oder Unterschreiten eines vorbestimmten Messwertes erreicht wird.In the case of field devices, it is customary for these to determine measured values at a measuring point away from the receiving device or a readout unit. For example, such a field device can be a limit level sensor by means of which the level of a river is to be monitored. If the measured level exceeds or falls below a predetermined limit level, the limit level sensor sends a signal (for example in the form of the measured value) to the receiving device. The signal is only transmitted in the aforementioned cases in which a predetermined measured value is exceeded or not reached.
Da das mindestens eine Feldgerät oder die mehreren Feldgeräte beabstandet von dem Empfangsgerät und mitunter auch an schwierig zugänglichen Stellen angeordnet seien können, kann der Fall auftreten, dass die Strom- und/oder Spannungsversorgung des Feldgerätes ausfällt, ohne dass dies bemerkt wird. Der Betreiber einer solchen Messanordnung wiegt sich in Sicherheit, dass die Messwerte die vorbestimmten Grenzwerte nicht über- oder unterschreiten und im Normbereich sind. Die Ursache der fehlenden Benachrichtigung ist jedoch die mangelnde Strom- und/oder Spannungsversorgung.Since the at least one field device or the multiple field devices can be arranged at a distance from the receiving device and sometimes also at locations that are difficult to access, the case may arise that the power and / or voltage supply of the field device fails without this being noticed. The operator of such a measuring arrangement feels certain that the measured values do not exceed or fall below the predetermined limit values and are in the normal range. However, the cause of the missing notification is the lack of power and / or voltage supply.
Die zugrundeliegende Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Messanordnung sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Feldgerätes zu Verfügung zu stellen, mittels welchen eine kostengünstige und zuverlässige Überwachung eines Feldgerätes ermöglicht wird.The underlying object of the invention is therefore to provide a measuring arrangement and a method for monitoring a field device, by means of which an inexpensive and reliable monitoring of a field device is made possible.
Eine erfindungsgemäße Messanordnung umfasst mindestens ein Feldgerät und mindestens ein Empfangsgerät. Das Feldgerät und das Empfangsgerät sind beabstandet voneinander angeordnet. Insbesondere sind mehrere räumlich verteilt angeordnete Feldgeräte einem Empfangsgerät zugeordnet. Bei dem Empfangsgerät kann es sich um einen zentralen Empfangsserver handeln, beispielsweise um einen Server einer Leitstelle.A measuring arrangement according to the invention comprises at least one field device and at least one receiving device. The field device and the receiving device are arranged at a distance from one another. In particular, a plurality of spatially distributed field devices are assigned to a receiving device. The receiving device can be a central receiving server, for example a server in a control center.
Das mindestens eine Feldgerät und das Empfangsgerät sind über einen ersten Kommunikationskanal miteinander verbunden, welcher zum Übertragen eines ersten Signals dient. Bei dem ersten Signal handelt es sich hier um ein Signal, welches übertragen wird, wenn mittels des Messgerätes ein Ist-Messwert ermittelt wird, welcher einen vorbestimmten Grenzwert über- oder unterschreitet. Das Signal kann den Ist-Messwert enthalten oder auch lediglich ein Signal sein, welches ein Über- oder Unterschreiten des Grenzwertes anzeigt. Das Signal wird insbesondere über das Mobilfunknetz von dem Feldgerät an das Empfangsgerät gesendet.The at least one field device and the receiving device are connected to one another via a first communication channel which is used to transmit a first signal. The first signal is a signal which is transmitted when the measuring device determines an actual measured value which exceeds or falls below a predetermined limit value. The signal can contain the actual measured value or just be a signal which indicates that the limit value has been exceeded or fallen below. The signal is sent from the field device to the receiving device in particular via the cellular network.
Weiterhin sind Mittel zur Überwachung der Strom- und/oder Spannungsversorgung des mindestens einen Feldgerätes vorgesehen. Der Strom und/oder die Spannung kann in dem Feldgerät dabei durch einen externen Strom- und/oder Spannungsanschluss zu Verfügung gestellt werden oder durch eine in dem Feldgerät angeordnete Batterie bzw. einen im Feldgerät angeordneten Akkumulator. Ein Akkumulator kann insbesondere mittels einer Solarzelle geladen werden.Means for monitoring the current and / or voltage supply of the at least one field device are also provided. The current and / or the voltage can be made available in the field device by an external current and / or voltage connection or by a battery arranged in the field device or an accumulator arranged in the field device. An accumulator can in particular be charged by means of a solar cell.
Das Feldgerät und das Empfangsgerät sind zudem über einen zweiten Kommunikationskanal miteinander verbunden, welcher zum Übertragen eines Ausfallsignals dient. Das Ausfallsignal wird dann übertragen, falls ein Ausfall der Strom- und/oder Spannungsversorgung des Feldgerätes detektiert wird. Das Feldgerät weist dazu einen Energiespeicher auf, der Energie für das Übertragen des Ausfallsignals zur Verfügung stellt. Dabei soll die Verbindung über den zweiten Kommunikationskanal so ausgelegt sein, dass das Feldgerät und das Empfangsgerät nicht permanent miteinander kommunizieren. Es kann z.B. eine einmalige Initialisierung erfolgen und im Falle eines Ausfalls wird seitens des Feldgeräts lediglich das Ausfallsignal gesendet. Es wird dabei insbesondere nicht überprüft, ob das Signal von dem Empfangsgerät empfangen wurde. Insbesondere findet nicht zwingend eine wechselseitige Kommunikation statt. Das Ausfallsignal kann beispielsweise als sogenannte Broadcast-Nachricht, also Nachricht, die an beliebige empfangsbereite Empfänger versendet wird, erfolgen.The field device and the receiving device are also connected to one another via a second communication channel, which is used to transmit a failure signal. The failure signal is then transmitted if a failure of the current and / or voltage supply of the field device is detected. For this purpose, the field device has an energy store which provides energy for the transmission of the failure signal. The connection via the second communication channel should be designed in such a way that the field device and the receiving device do not communicate with one another permanently. For example, a one-time initialization can take place and in the event of a failure, the field device only sends the failure signal. In particular, it is not checked whether the signal was received by the receiving device. In particular, reciprocal communication does not necessarily take place. The failure signal can, for example, take the form of a so-called broadcast message, that is to say a message that is sent to any recipient who is ready to receive.
Mittels der erfindungsgemäßen Messanordnung wird sichergestellt, dass ein Betreiber bei einem Ausfall der Strom- und/oder Spannungsversorgung zuverlässig benachrichtigt wird. Der Energiespeicher sorgt dafür, dass trotz fehlender Strom- und/oder Spannungsversorgung ein Ausfallsignal gesendet werden kann. Auch der zweite, redundante Kommunikationskanal erhöht die Zuverlässigkeit der Messanordnung.The measuring arrangement according to the invention ensures that an operator is reliably notified in the event of a power and / or voltage supply failure. The energy store ensures that a failure signal can be sent despite the lack of power and / or voltage supply. The second, redundant communication channel also increases the reliability of the measuring arrangement.
Im Vergleich zu einer Messanordnung, bei welcher das Feldgerät in regelmäßigen Abständen ein sogenanntes „still-alive“ Signal an das Empfangsgerät sendet, arbeitet die erfindungsgemäße Messanordnung energiesparend und kostenminimierend. Dies wird besonders deutlich, wenn eine engmaschige Überwachung des Feldgerätes gewünscht ist. In diesem Fall muss in kurzen Abständen ein „stillalive“ Signal gesendet werden, was insgesamt auch zu einer großen Menge an gesendeten „still-alive“ Signalen führt. Dies wiederrum führt zu einem großen Datenvolumen und hohen Kosten. Erfindungsgemäß wird nur in den Fällen ein Ausfallsignal gesendet, in welchen auch wirklich ein Ausfall der Strom- und/oder Spannungsversorgung detektiert wird.In comparison to a measuring arrangement in which the field device sends a so-called “still-alive” signal to the receiving device at regular intervals, the measuring arrangement according to the invention works in an energy-saving and cost-saving manner. This is particularly evident when a close monitoring of the field device is desired. In this case, a "still-alive" signal must be sent at short intervals, which overall also leads to a large number of "still-alive" signals sent. This in turn leads to a large volume of data and high costs. According to the invention, a failure signal is only sent in those cases in which a failure of the current and / or voltage supply is actually detected.
Bei dem mindestens einen Feldgerät handelt es sich insbesondere um einen Grenzstandsensor, der zur Überwachung eines Grenzstandes in einem Behälter oder zur Überwachung eines Pegels eines Gewässers dient. Alternativ kann es sich auch um einen Drucksensor oder einen Temperatursensor handeln. Den verschiedenen Sensoren ist gemein, dass sie jeweils Messwerte ermitteln und ein Signal an das Feldgerät senden, wenn ein festgelegter Grenzstand, ein festgelegter Druck oder eine festgelegte Temperatur unter- oder überschritten wird. Es können auch verschiedene Arten von Sensoren mit einem Empfangsgerät verbunden sein.The at least one field device is in particular a limit level sensor which is used to monitor a limit level in a container or to monitor a level in a body of water. Alternatively, it can also be a pressure sensor or a temperature sensor. The various sensors have in common that they each determine measured values and send a signal to the field device when a defined limit level, a defined pressure or a defined temperature is exceeded or fallen short of. Different types of sensors can also be connected to a receiving device.
In einer praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung handelt es sich bei dem zweiten Kommunikationskanal um ein Low Power Wide Area Netzwerk (LPWAN). Beispiele für ein solches LPWAN sind ein Long Range Wide Area Network (LoRa-WAN) bzw. LoRa der LoRa Alliance, Sigfox oder Silver Spring von Silver Spring Network. Über diese Netzwerke ist eine Signalübertragung mit besonders niedrigem Energieeinsatz möglich und es können trotzdem hohe Reichweiten erzielt werden. Insbesondere können Reichweiten über 10 km erreicht werden. Die Datenübertragungsrate reicht von 292 Bit/s bis 50 kbit/s.In a practical embodiment of the measuring arrangement according to the invention, the second communication channel is a low power wide area network (LPWAN). Examples of such an LPWAN are a Long Range Wide Area Network (LoRa-WAN) or LoRa from the LoRa Alliance, Sigfox or Silver Spring from the Silver Spring Network. Signal transmission with particularly low energy consumption is possible via these networks, and high ranges can still be achieved. In particular, ranges of over 10 km can be achieved. The data transfer rate ranges from 292 bit / s to 50 kbit / s.
Das Feldgerät weist für das Übertragen des Ausfallsignals an das Empfangsgerät einen Energiespeicher auf. Bei dem Energiespeicher kann es sich insbesondere um einen Kondensator handeln. Dieser kann nach Art eines Puffers bei bestehender Strom- und/oder Energieversorgung geladen werden und bei einem detektierten Ausfall die Energie für das Senden des Ausfallsignals zur Verfügung stellen. Insbesondere, wenn das Senden des Ausfallsignals über LPWAN erfolgt, ist eine Energieversorgung durch einen Kondensator ausreichend. Ein solcher Kondensator ist kostengünstig, beansprucht nur einen geringen Bauraum und kann zudem im Betrieb des Feldgerätes im Gegensatz zu einer Batterie aufgeladen werden. Alternativ können als Energiespeicher aber auch eine Batterie und/oder ein Akkumulator vorgesehen sein.The field device has an energy store for transmitting the failure signal to the receiving device. The energy store can in particular be a capacitor. This can be charged in the manner of a buffer with an existing power and / or energy supply and, if a failure is detected, it can provide the energy for sending the failure signal. In particular, if the failure signal is sent via LPWAN, a power supply through a capacitor is sufficient. Such a capacitor is inexpensive, takes up only a small amount of space and, in contrast to a battery, can also be charged when the field device is in operation. Alternatively, however, a battery and / or an accumulator can also be provided as the energy store.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung eines Feldgerätes, wobei von dem Feldgerät ein Signal über einen ersten Kommunikationskanal an ein Empfangsgerät gesendet wird, wenn von dem Feldgerät ein Unterschreiten oder Überschreiten eines Grenzwertes ermittelt wird. Zudem wird die Strom- und/oder Spannungsversorgung des Feldgerätes überwacht und bei Detektion eines Ausfalls der Strom- und/oder Spannungsversorgung wird ein Ausfallsignal über einen zweiten Kommunikationskanal an das Empfangsgerät gesendet, wobei die Energie für das Senden des Ausfallsignals von einem Energiespeicher in dem Feldgerät zur Verfügung gestellt wird.The invention also relates to a method for monitoring a field device, a signal being sent from the field device to a receiving device via a first communication channel if the field device determines whether a limit value has been undershot or exceeded. In addition, the current and / or voltage supply of the field device is monitored and if a failure of the current and / or voltage supply is detected, a failure signal is sent to the receiving device via a second communication channel, the energy for sending the failure signal from an energy store in the field device is made available.
Wie vorstehend schon erläutert, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einerseits eine zuverlässige Überwachung des Feldgerätes erzielt werden und anderseits kann auf ein regelmäßiges Senden eines „still-alive“ Signals verzichtet werden, wodurch vorallem Kosten gespart werden können.As already explained above, with the method according to the invention, on the one hand, reliable monitoring of the field device can be achieved and, on the other hand, regular sending of a “still-alive” signal can be dispensed with, which in particular saves costs.
Das Ausfallsignal wird insbesondere über ein Low Power Wide Area Netzwerk gesendet. Für ein Senden des Ausfallsignals über ein solches Netzwerk müssen nur geringe Energiemengen bereitgestellt werden. Dies kann beispielsweise über einen Energiepuffer in Form eines Kondensators realisiert sein.In particular, the failure signal is sent over a low power wide area network. Only small amounts of energy have to be made available for sending the failure signal via such a network. This can be implemented, for example, via an energy buffer in the form of a capacitor.
Ein praktisches Ausführungsbeispiel ist in Zusammenhang mit
-
1 eine erfindungsgemäße Messanordnung in einer schematischen Darstellung.
-
1 a measuring arrangement according to the invention in a schematic representation.
In
Die Feldgeräte
Die Feldgeräte
Um gerade bei ausgefallener Strom- und/oder Spannungsversorgung ein Ausfallsignal seitens des Feldgerätes
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- MessanordnungMeasuring arrangement
- 1212th
- EmpfangsgerätReceiving device
- 1414th
- FeldgerätField device
- 1616
- erster Kommunikationskanalfirst communication channel
- 1818th
- Mittel zur Überwachung einer Strom und/oder SpannungsversorgungMeans for monitoring a current and / or voltage supply
- 2020th
- zweiter Kommunikationskanalsecond communication channel
- 2222nd
- EnergiespeicherEnergy storage
Claims (6)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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R016 | Response to examination communication |