维护设备和现场设备的系统和用于与现场设备通信的方法
【专利摘要】本发明涉及一种包括操作设备(1)和现场设备(2)的系统。该现场设备具有用于确定和/或监视至少一个工艺变量的至少一个传感器单元(21)、具有从传感器单元(21)接收测量信号并且关于工艺变量评价所述测量信号的评价单元的至少一个电子单元(22)，和能够从现场设备外侧以无接触方式致动的至少一个开关元件(23)。本发明特征在于，操作设备(1)设计成调制开关元件(23)的开关状态从而向电子单元(22)传输现场设备特定数据。本发明进一步涉及一种现场设备、一种操作设备，和一种用于在现场设备和操作设备之间通信的方法。
【专利说明】维护设备和现场设备的系统和用于与现场设备通信的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种由维护设备和现场设备构成的系统，该现场设备具有至少一个传感器单元以确定和/或监视至少一个工艺变量。进而，本发明涉及用于在该系统中应用的一种现场设备以及一种维护设备。而且，本发明涉及一种用于与现场设备通信的方法。该现场设备例如是过程自动化测量设备，特别地用于确定介质的填充水平、限制水平、密度、粘度或者导电性的测量设备。
【背景技术】
[0002]很多现场设备要求由制造商确定参数。为此可能性在于使用一种制造接口，该制造接口使用现有接口例如HART接口。然而，一旦现场设备分别地被完全地组装和封装，这种接口便通常不再是可用的。因此，为了预先定制现场设备的最终调节，要求单独的接口。这种接口例如经由无线电、RFID或者光路为参数确定提供无接触连接。然而这种接口的实现是昂贵的，或者由于完全地闭合的金属现场设备外罩，经常是根本不能实现的。
【发明内容】
[0003]本发明的一个目的在于提供一种系统，该系统由第一带有能够成本有效地实现的通信接口的现场设备和第二维护设备构成，以及一种用于在现场设备和维护设备之间的通信的、能够成本有效地实现的方法。
[0004]利用一种由现场设备和维护设备构成的系统实现了该目的，其中维护设备实施为调制用于向电子设备单元传输现场设备特定数据的开关元件的开关状态。
[0005]已知具有用于启动校准手续的、能够在外部致动的开关元件的现场设备。该开关元件例如是簧片开关。这种开关元件由在现场设备外罩上在外部应用的磁体致动。例如，在Offenlegungsschrift DE 101 62334 Al中描述了这种现场设备。本发明提出能够在外部致动的开关元件被致动以不仅用于启动特定功能而且还用于实现通信接口。
[0006]该开关元件是能够以无接触方式致动的开关元件。因此，现场设备的外罩能够被以密闭方式密封而不必放弃现场设备的电子单元的访问。优选地存在恰好一个开关元件。电子单元实施为经由开关元件接收形式为电信号例如电流脉冲的数据。
[0007]在第一实施例中，开关元件能够经由磁场从现场设备外侧致动并且维护设备产生可调制磁场。开关元件是模拟或者数字磁场敏感构件，优选地模拟或者数字霍尔传感器或者簧片开关。经常地，簧片开关已经存在于现场设备中以例如启动校准功能或者功能测试。在此情形中，经由簧片开关的通信能够特别地成本有效地实现，因为在任何情形中存在的元件都被用于通信。与从现有技术已知的簧片开关的作为对照，在本发明的现场设备的情形中簧片开关不仅用作致动开关而且替代地或者另外地用于数据传输。在这种情形中，数据从维护设备传输到现场设备或者从外部设备开始地传输到现场设备。在后一情形中，维护设备用作调停设备，因为仅仅维护设备实施为控制在现场设备中集成的开关元件。
[0008]在一个实施例中，现场设备包括至少一个光学显示元件并且电子单元经由光学显示元件向维护设备传输数据。相应地，维护设备拥有用于记录和处理光信号的光学传感器系统。光学显示元件提供形式为读出响应功能的光接口。现场设备向维护设备传输的数据，例如是关于现场设备的配置或者操作状态的数据、测量参数或者其它现场设备特定数据。
[0009]进而利用一种用于在本发明的系统中应用的现场设备实现了该目的，其中该现场设备包括用于确定和/或监视至少一个工艺变量的至少一个传感器元件、至少一个电子单元和从现场设备外侧能够以无接触方式致动的至少一个开关元件，其中该电子单元实施为经由开关元件接收现场设备特定数据。经由开关元件传输的现场设备特定数据例如是参数数据或者诊断数据。电子单元例如在存储器单元中存储传输的数据从而这种数据在测量期间可用，或者实现对应于数据的设定。如果考虑的是诊断数据，则电子单元执行某个诊断功能。能够以无接触方式致动的开关元件使得不仅在现场设备中存储信息而且检索信息都是可能的。例如，现场设备经由4-20mA接口输出查询信息。
[0010]进而，利用一种用于在本发明的系统中应用的维护设备实现了该目的，其中该维护设备包括用于产生可调制磁场的至少一个场产生单元，其中场产生单元以如此方式实施，使得由场产生单元产生的磁场调制现场设备的开关元件的开关状态。场产生单元优选地实施为可控电流通过其流动并且具有线圈铁芯的线圈。
[0011]在一个实施例中，该维护设备包括记录来自现场设备的光信号的光学传感器系统。该光学传感器系统优选地以如此方式布置，使得它被从环境光线屏蔽。优选地，光学传感器系统将光信号转换成电信号例如电压信号，并且作为输出信号提供这些信号。或者维护设备具有用于评价光学传感器系统的输出信号的评价单元或者将输出信号馈送到外部设备例如计算机。
[0012]另一个实施例提出:维护设备具有第二电子单元和用于输入现场设备特定数据的装置或者能够与第二电子单元和用于输入现场设备特定数据的装置连接；第二电子单元包含用于向现场设备传输现场设备特定数据的协议；并且第二电子单元以如此方式控制场产生单元，使得场产生单元产生对应于协议并且对应于所要传输的数据的磁场。经由开关元件在现场设备和维护设备之间的通信经由根据预先选择的协议产生的电报发生。在存在的给定情形中，经由光接口的通信类似地根据预先选择的协议发生。
[0013]进而，利用一种用于在维护设备和具有至少一个传感器单元，至少一个电子单元和能够以无接触方式从现场设备外侧致动的至少一个开关元件的现场设备之间的通信的方法实现了该目的，其中为了从维护设备向电子单元传输现场设备特定数据，开关元件的开关状态得到调制。开关元件提供串行数据通信。
[0014]在该方法的一个实施例中，开关元件的开关状态根据传输协议调制。对于其中开关元件实施为磁场敏感元件的情形，在这种情形中，如此选择传输协议，使得主导性地打开状态存在并且仅仅所传输的脉冲必要地要求的那么经常。在最简单的情形中，产生磁场的元件是带有线圈铁芯的线圈。其中开关元件保持主导性地处于打开状态中的实施例防止在产生数据传输要求的磁场的情形中线圈铁芯变得饱和。适当的协议例如是IrDA协议，诸如、例如关于经由红外接口的传输已知的SIR(串行红外)。本发明的方法使得能够向现场设备安全地传输现场设备特定数据。特别地，能够使用校验和技术确保安全的传输。
[0015]在方法的一个实施例中，利用开关元件传输参数数据和/或诊断数据。参数数据包括考虑现场设备的设定的所有的数据例如校准数据、用于测量的完备比较曲线的参数、在确定输出信号的值的情形中的公差、设备类型或者关于补充功能的信息。参数数据由电子单元存储在存储器单元中。诊断数据包括以任何方式适合于诊断现场设备的一个或者多个构件中的缺陷的数据。在预见性维护的环境中诊断还能够指的是构件的、未来的行为。例如，诊断数据使得预定输出信号产生或者使得LED被致动。
[0016]在填充水平测量设备方面本发明的一个优点例如是产生了随后能够改变存储在现场设备的电子单元中的开关曲线的可能性，而不必拆解现场设备。进而，在制造现场设备时给出了在带有封装电子单元的、完全组装的现场设备的情形中能够执行校准或者调节的优点，从而封装材料对于工艺变量的确定或者监视的可能的影响能够已经被加以考虑。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]现在将基于附图更加详细地解释本发明，其中的图如下地示出:
[0018]图1由现场设备和维护设备构成的系统的实施例的第一形式；
[0019]图2由现场设备和维护设备构成的系统的实施例的第二形式。
【具体实施方式】
[0020]图1示出带有用于确定介质的密度、粘度和/或限制水平的传感器单元21的现场设备2，以及用于与现场设备2通信的维护设备I的实施例的第一形式。进而，概略地描绘了现场设备2紧固于此的容器4。
[0021]现场设备2的传感器单元21包括形式为带有桨形尖头的叉子的可振荡单元。为了确定由传感器单元21在此处布置在容器4中的高度预先确定的分别地填充水平和限制水平是否已经实现，可振荡单元被驱动和接收单元激发从而以它的共振频率执行机械振荡。驱动和接收单元进而接收可振荡单元的振荡并且将它们转换成电信号。驱动和接收单元优选地是一个或者多个压电元件。能够根据当包围振荡性叉子的介质改变时发生的振荡频率的改变检测填充水平的达到。现场设备2的电子单元22控制以此激发可振荡单元进行振荡的频率，并且评价所接收的振荡。为此，例如比较振荡频率与至少一个预定阈值并且为现场设备2产生输出信号的评价单元位于电子单元22中，该输出信号告知阈值是否已经实现。该输出信号例如是4-20mA信号。电子单兀22优选地包括至少一个微控制器。在多个实施例中受让人以商标“Liquiphant”生产并且销售具有所描述的类型的测量设备。
[0022]现在将基于这个电子振动填充水平测量设备更加详细地解释本发明。然而，本发明不限于这种现场设备2，而是替代地能够应用于其中期望经由无接触接口与现场设备2的电子单元22通信的任何情形。有利地，特别地还能够在基于电容性和/或传导测量原理(一项或者多项)的限制水平开关的情形中应用本发明。受让人以商标“Liquipoint”生产并且销售这种限制水平开关。
[0023]形式为能够从现场设备2外侧以无接触方式致动的簧片开关23的开关元件布置在现场设备外罩的内部中。这种开关根据现有技术是众所周知的并且通常具有在静止状态中无接触地相互交迭的铁电材料的两个簧片。开关23在静止状态中是打开的。如果这个布置置放在磁场中，则簧片靠到一起，从而开关23关闭。簧片开关23与现场设备2的电子单元22电连接。
[0024]在现场设备2的实施例的一种形式中，例如簧片开关23在正在进行的操作中用作致动开关，从而致动其程序存储在电子单元22中的测试功能或者校准功能。在制造、保养或者维护技术员执行维护任务期间，簧片开关23功能用作通信接口并且使得能够传输现场设备特定数据。为了致动簧片开关23，然后优选地存在两个不同的设备。例如，被朝着现场设备外罩保持的测试磁体能够用于簧片开关23的一次致动。第二设备是所示意的维护设备1，维护设备I使得能够根据预先选择的传输协议调制开关状态。维护设备I因此比简单的磁体更加复杂。当然，维护设备I还能够承担测试磁体的功能并且一次地致动簧片开关23。
[0025]维护设备I以如此方式实施，使得它能够经由存在于现场设备2中的簧片开关23与现场设备2通信。为此，维护设备I具有有包括线圈12、线圈铁芯11和功率控制模块13的场产生单元。进而，存在与能源5的接口和与外部电子单元15以及用于输入数据的装置的接口。为了区别现场设备2的电子单元22，这个电子单元被称作第二电子单元15。
[0026]第二电子单元15例如是计算机的一个部分。在此情形中，能够经由计算机的键盘16输入数据。可替代地，第二电子单元15还能够实施为维护设备I的构件。于是，维护设备I为了数据输入包括例如键盘、输入按钮或者触摸屏。
[0027]功率控制模块13与能源5连接并且控制通过线圈12的绕组流动的电流的功率。进而，功率控制模块13与第二电子单元15连接。第二电子单元15对应于所要传输的数据并且根据符合现场设备2的电子单元22的传输协议的传输协议控制功率控制模块13。线圈铁芯11是环形的并且具有现场设备2并且特别地它的、其中布置簧片开关23的片段能够引入其中的间隙。由线圈12产生的磁场的磁力线近似相互平行地在间隙的区域中延伸。
[0028]现场设备2类似地经由电缆连接连接到能源5。现场设备2的输出信号经由同一连接电缆馈送到第二电子单元15。以此方式，例如作为用于校正数据传输的检查功能，使得现场设备2能够经由簧片开关23传输对于供应给它的数据的响应。
[0029]维护设备I例如经由簧片开关23将以下参数供应到填充水平测量设备的电子单元22中:
[0030]-设备类型(最小或者最大，即用于监视未超过(subceeding)或者降至低于或者超过预定填充水平)；
[0031]-开关行为，例如是否利用泡沫的覆盖导致被覆盖的报告或者未被覆盖的报告；
[0032]-开关曲线的参数；
[0033]-校准数据，分别地在制造商处进行的调谐中获得的传感器特定数据；
[0034]-使得能够实现在现场设备的电子单元中配备的某个特殊功能。
[0035]进而，维护设备I能够执行诊断功能，诸如给出显示元件诸如发光二极管24的测试设定，或者产生特定输出信号。
[0036]关于向现场设备2的数据传输，优选地选择要求很少的能量的协议。在理想的情形中，这意味着在基础状态中无任何磁场存在。以此方式，同时地防止了通过磁场的更长的持续应用线圈铁芯11达到饱和。用于防止饱和的另一个可能性在于产生其极性交替的磁场。
[0037]图2示出在第二实施例中的现场设备2和维护设备I。关于通信响应信道，实施例的这个形式不同于在图1中示意的形式。
[0038]从现场设备2到维护设备I分别地到外部第二电子单元15的响应通信经由光接口发生。关于向外通信，现场设备2的电子单元22控制优选地形式为发光二极管24的一个或者多个光学显示元件。维护设备I拥有用于记录从现场设备2的发光二极管24传输的光信号的光学传感器系统14。优选地,光学传感器系统14布置成被从环境光线屏蔽,从而现场设备2的光信号能够明确地并且可靠地记录。维护设备I为此还能够具有外罩。
[0039]发光二极管24能够被一次地或者根据协议致动并且被停用并且因此用于传输数据。例如，当经由簧片开关23的参数确定被成功地执行时，现场设备2的电子单元22打开发光二极管24。进而，一个选项在于，维护设备I启动功能测试的执行，在此情形中为了测试的意图实施开关功能。发光二极管24然后能够信示开关状态。
[0040]维护设备I进而实施为实现特定数据从现场设备2的读出，其中现场设备2根据预先选择的协议经由光接口传输请求数据。
[0041]附图标记的列表
[0042]I维护设备
[0043]11线圈铁芯
[0044]12 线圈
[0045]13功率控制模块
[0046]14光学传感器系统
[0047]15第二电子单元
[0048]16 键盘
[0049]2现场设备
[0050]21传感器单元
[0051]22电子单元
[0052]23簧片开关
[0053]24LED
[0054]3磁力线
[0055]4 容器
[0056]5 能源
【权利要求】
1.一种系统，包括维护设备(I)和现场设备(2)，所述现场设备具有:用于确定和/或监视至少一个工艺变量的至少一个传感器单元(21);具有评价单元的至少一个电子单元(22)，其中所述评价单元从所述传感器单元(21)接收测量信号并且参考工艺变量评价这种测量信号；和能够从所述现场设备(2)外侧以无接触方式致动的至少一个开关元件(23)， 其特征在于， 所述维护设备(I)被实施为为了将现场设备特定数据传输到所述电子单元(22)而调制所述开关元件(23)的开关状态。
2.根据权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述开关元件(23)能够经由磁场从所述现场设备(2)外侧致动， 并且 所述维护设备(I)产生可调制磁场。
3.根据权利要求1或者2所述的系统， 其特征在于， 所述现场设备(2)包括至少一个光学显示元件(24)， 并且 所述电子单元(22)经由所述光学显示元件(24)向所述维护设备(I)传输数据。
4.一种在根据前面权利要求之一所述的系统中应用的现场设备(2)，其中所述现场设备(2)包括用于确定和/或监视至少一个工艺变量的至少一个传感器元件(21)、至少一个电子单元(22)和能够从所述现场设备(2)外侧以无接触方式致动的至少一个开关元件(23)， 其特征在于， 所述电子单元(22)被实施为经由所述开关元件(23)接收现场设备特定数据。
5.一种在根据权利要求2-4之一所述的系统中应用的维护设备(I)，其中所述维护设备(I)包括用于产生可调制磁场的至少一个场产生单元(11、12、13)，其中所述场产生单元(11、12、13)以如此方式实施，使得由所述场产生单元(11、12、13)产生的磁场调制所述现场设备(2)的所述开关元件(23)的开关状态。
6.根据前一权利要求所述的维护设备， 其特征在于， 所述维护设备(I)包括记录记录来自所述现场设备(2)的光信号的光学传感器系统(14)。
7.根据权利要求5或者6所述的维护设备， 其特征在于， 所述维护设备(I)具有第二电子单元(15)和用于输入现场设备特定数据的装置(16)或者能够与第二电子单元(15)和用于输入现场设备特定数据的装置(16)连接， 所述第二电子单元(15)包含用于向所述现场设备(2)传输现场设备特定数据的协议， 并且 所述第二电子单元(15)以如此方式控制所述场产生单元(11、12、13)，使得所述场产生单元(11、12、13)产生对应于所述协议和所要传输的数据的磁场。
8.一种用于在维护设备(I)和现场设备(2)之间的通信的方法，所述现场设备具有至少一个传感器单元(21)、至少一个电子单元(22)和能够从所述现场设备(2)外侧以无接触方式致动的至少一个开关元件(23)，其中为了从所述维护设备(I)向所述电子单元(22)传输现场设备特定数据，调制所述开关元件(23)的开关状态。
9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 根据传输协议调制所述开关元件(23)的开关状态。
10.根据权利要求8或者9所述的方法， 其特征在于， 利用所述开关元件(23)传输参数数据和/或诊断数据。
【文档编号】G01D18/00GK103959665SQ201280058516
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年10月23日 优先权日:2011年11月28日
【发明者】阿尔明·韦内特, 卡伊·乌彭坎普 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔两合公司