DE60006018T2

DE60006018T2 - Drahtlose Steuerung eines Feldgerätes in einem industriellen Prozess

Info

Publication number: DE60006018T2
Application number: DE60006018T
Authority: DE
Inventors: Jouni Pyötsiä; Markku Simula; Harri Cederlof
Original assignee: Metso Automation Oy
Current assignee: Valmet Automation Oy
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: EP1045302A1; FI111760B; US7010294B1; FI990864A; FI990864A0; DE60006018D1; EP1045302B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Steuerungs- und Managementsystem für industrielle Abläufe, und insbesondere die schnurlose Konfiguration, Management und Steuerung von Feldgeräten.
Hintergrund der Erfindung
Feldgeräte für industrielle Abläufe bedeuten im Allgemeinen Regulierungsvorrichtungen, Steuervorrichtungen, Sensoren, Wandlervorrichtungen und dergleichen, die unmittelbar mit dem Ablauf verbunden sind. Ein typisches Feldgerät ist ein mit einer Ventilsteuereinrichtung versehenes Steuerungsventil wie etwa die Ventilsteuereinrichtung ND800 von Neles Controls Oy. Sogenannte intelligente Feldgeräte sind mit einer Steuerungslogik und Software versehen, welche die lokale Steuerung des Feldgerätes beispielsweise mittels eines geeigneten Steueralgorithmus ermöglichen, um Status- und Messdaten zu sammeln und/oder mit einem Automatisierungssystem oder einem Feldgerätmanagementsystem zu kommunizieren.
1 zeigt ein allgemeines Diagramm eines Ablaufautomatisierungssystems und eines damit verbundenen Wartungsmanagementsystems für Feldgeräte. Das Automatisierungssystem umfasst Leitstandprogramme und Datenbänke 11 sowie Ablaufsteuerprogramme sowie ein Ein-/Ausgabeteil 12. Üblicherweise wurden die Feldgeräte mit dem Steuersystem durch zweiadrige verdrillte Leitungsschleifen verbunden, wobei jedes Gerät mit dem Steuersystem durch eine einzelne verdrillte Leitung verbunden ist, und ein analoges Eingangssignal von 4 bis 20 mA bereitstellt. In jüngster Zeit wurden neue Lösungen wie etwa das Highway Addressable Remote Transducers (HART) Protokoll bei den Steuersystemen verwendet, das die Übertragung von digitalen Daten zusammen mit konventionellen 4 bis 20 mA starken Analogsignalen in der verdrillten Leitungsschleife erlaubt. Bei der neuesten Entwicklungsphase wurde ein Feldsteuersystem (FCS) eingeführt, das ein vollständig digitales Hochgeschwindigkeitsnetzwerk oder -Datenbus zum Verschalten des Leitstandcomputers und der Feldgeräte verwendet. Die analog verschalteten Leitungsschleifen werden bei FCS weggelassen. Ein allgemein als Feldbus bezeichnetes Kommunikationsprotokoll wurde von der Instrument Society of America (ISA) definiert. Bezüglich der in 1 dargestellten Architektur ist das Steuerungs- und Ein-/Ausgabeteil 12 über HART-Busse mit intelligenten Feldgeräten wie etwa Steuerventilen 14, 15, 16 und Ventilsteuereinrichtungen 14A, 15A, 16A verbunden. HART ermöglicht eine Zweiwegekommunikation, mittels derer die intelligenten Feldgeräte gesteuert, konfiguriert und überwacht werden können. Das HART-Protokoll wird beispielsweise in der Veröffentlichung „HART Field Communication Protocol: An Introduction for Users and Manufacturers, HART Communication Foundation, 1995" näher beschrieben. Unter erneuter Bezugnahme auf 1 werden die Feldgeräte durch ein Feldgerätmanagementsystem 10 überwacht, das Daten von den Feldgeräten sammelt. Zu diesem Zweck ist jedes Feldgerät 14, 15 und 16 über einen jeweiligen Feldbus mit einer bekannten HART-Multiplexeinrichtung 9 verbunden, die wiederum über einen FS-485-Bus 8 mit einem PC 6 verbunden ist. Die in 1 gezeigte Architektur ist so zu verstehen, dass sie lediglich ein Beispiel von möglichen Steuer- und Managementsystemarchitekturen darstellt. Das Feldgerätmanagementsystem kann beispielsweise teilweise oder völlig in das Automationssystem integriert sein. Da die Feldgeräte jedoch typischer Weise von anderen Herstellern als die des Automatisierungssystem angeboten werden, ist die Fehlerdiagnose bei dem Feldgerät üblicher Weise ein Bereich, welcher dem Feldgerätlieferant und nicht dem Lieferant des tatsächlichen Automatisierungssystem zufällt, weswegen sehr häufig getrennte Managementsysteme bereitgestellt werden.
Daher können zumindest bei einigen Automatisierungs- und Feldgerätmanagementsystemen die intelligenten Feldgeräte durch den Betreiber der Anlage vom Leitstand aus konfiguriert, gesteuert und/oder überwacht werden. Es ist jedoch wünschenswert, dass auch das Wartungspersonal an verschiedenen Orten in der Anlage zur Überwachung, Konfiguration und Steuerung der Feldgeräte befähigt ist. Ein bekannter Ansatz ist, das Wartungspersonal mit einer Kommunikationseinrichtung für Spezialzwecke zur Konfiguration der Feldgeräte wie etwa einer tragbaren HART-Kommunikationseinrichtung auszurüsten, die mit dem HART-Bus über Konfigurationsanschlüsse für Spezialzwecke verbunden werden kann.
Ein weiterer Ansatz ist in der US-Patentschrift Nr. 5,793,693 offenbart, wobei jedes Feldgerät mit einem schnurlosen Feldbusanschluss versehen ist, auf den durch eine schnurlose tragbare Einheit oder ein schnurloses Endgerät zugegriffen werden kann, um einen nicht redundanten zweiten Zugriff auf ein Feldgerät zu erhalten, das durch einen Leitstand gesteuert wird. Dieser Ansatz vermeidet den Bedarf für eine physikalische Verbindung mit dem Feldbus oder dem Feldgerät, erfordert aber noch immer eine Kommunikationseinrichtung für Spezialzwecke und eine zugeschnittene Steuersoftware für jede verschiedene Art von Feldgeräten.
Die Druckschrift EP-A-0 825 506 offenbart ein Ablaufsteuersystem, das auf dem Client-Server-Prinzip basiert. Der Server 16 ist mit Ablaufsteuergeräten wie etwa Flusssteuerungsventilen durch eine Bus/Netzwerkstruktur 30 und Steuerstationen 23a–23e verbunden. Der Steuerserver besteht aus einem HTTP-Server 20 (Informationsserver) und einem Vorrechner 25a, einem Schnittstellenabschnitt 25b und einem Objektmanager 25c. Ein Client besteht aus einer Arbeitsstation, auf der ein bekannter Web-Browser läuft, der eine Verbindung zu dem HTTP-Server 23 aufbaut, um einen HTML-Seite (eine WWW-Seite) aufzurufen. Diese Seite wird dem Benutzer angezeigt, der in der Lage ist, einen Befehl zur Übertragung einer kleinen JAVA-Anwendung von dem HTTP-Server zu geben. Wenn die kleine Anwendung in dem Clientgerät ausgeführt wird, sendet dieses eine Anfrage zum Aufbau einer getrennten Kommunikationsverbindung mit dem Befehlsprozessor 25 an den Server 16, das heißt an eine in dem Server 16 betriebene JAVA-Anwendung. Die kleine Anwendung und der Befehlsprozessor 25 verwenden diese getrennte Verbindung, um den Austausch von Nachrichten über das Netzwerk 18 zu ermöglichen. Wenn die Verbindung aufgebaut wurde, stellt die kleine Anwendung die Benutzerschnittstelle auf der Anzeige des Clientgeräts bereit, so dass der Betreiber Namen der Ablaufsteuerungsgeräte eingeben kann, deren Daten anzuzeigen sind. Dann sendet die kleine Anwendung in Reaktion auf den Befehl eines Benutzers eine Anfrage, um diese Objekte zu öffnen, welche die jeweiligen Daten in dem Objektmanager 25c verarbeiten. Der Objektmanager fragt die gewünschten Daten von dem Ablaufsteuergerät 19a bis 19e ab, gibt diese Werte an den Befehlsprozessor 25a zurück, der sodann eine Textnachricht erzeugt und an die kleine Anwendung sendet, welche die Daten auflistet.
Ein weiterer Ansatz ist ein von Klinkmann, Finnland, bereit gestelltes GSM-Steuerkonzept. Dabei ist die GSM-Steuerung eine PC-Software (Personal Computer), welche die Verwendung von kostengünstigen Standard-GSM-Mobiltelefonen als Zweiwegefernsteuerung erlaubt. Ein GSM-Modem ist mit dem PC durch einen seriellen Anschluss RS232 verbunden. Die Kommunikation zwischen dem GSM-Telefon und dem GSM-Modem ist eine Standard-SMS-Kommunikation (Short Message Service) über ein öffentliches GSM-Netzwerk, das eine Übertragung von Textnachrichten zwischen dem GSM-Telefon und dem in dem PC laufenden GSM-Steuerprogramm ermöglicht. Die GSM-Steuersoftware kann mit anderen Windowsprogrammen und Software verbunden werden. Dieser GSM-Steueransatz kann auch zur Steuerung und zur Organisation von Feldgeräten bei einem industriellen Ablauf geeignet sein. Der Vorteil wäre, dass Standardmobiltelefone anstelle von Diagnoseendgeräten für Spezialzwecke verwendet werden können. Die auf SMS-Nachrichten basierte Kommunikation, die über ein öffentliches GSM-Netzwerk übertragen wird, ist jedoch zur Steuerung von industriellen Abläufen nicht zuverlässig genug. Aufgrund der Verkehrslastvariation in den SMS-Zentren und dem involvierten GSM-Netzwerk können die Übertragungszeiten der Kurznachrichten von Sekunden bis Stunden variieren, und die Nachrichten können sogar verloren gehen, ohne jemals den Empfänger zu erreichen. Dies führt zu nicht tolerierbaren Reaktionszeiten zwischen der Eingabe eines Steuerungsbefehls durch die Wartungsperson am Mobiltelefon bis der Befehl empfangen wird und durch das Automatisierungssystem oder das Feldgerät durchgeführt wird. Die Wartungsperson kann sogar nicht sicher sein, ob die Nachricht empfangen wurde oder nicht. Daher ist die Verwendung des Standard-SMS-Konzepts des GSM-Systems nicht geeignet, um Feldgeräte bei einem industriellen Ablauf zu steuern und zu konfigurieren.
Ein weiteres mit dem bekannten GSM-Steuerkonzept verbundenes Problem ist das komplizierte Management von verschiedenen aufeinander bezogenen Daten wie etwa die Benutzer, die Telefonnummern, die Passwörter, die DDE-Adressen, Lesenachrichten, Schreibnachrichten, Alarm-/Ereignisnachrichten, Standardnachrichten usw. Gemäß einer momentanen Spezifikation werden diese Daten miteinander gemäß der nachstehend angeführten Hierarchie verbunden: auf der höchsten Ebene befinden sich konfigurierte Benutzer, wobei jeder Benutzer in der Lage ist, mehrere Telefonnummern und Passwörter zu haben. Für jedes Passwort gibt es Zeiger auf entsprechende Lese-, Schreib-, Alarm-/Ereignis- oder Textnachrichten. Diese Nachrichten sind ferner mit geeigneten DDE-Adressen verbunden. Bei einem industriellen Ablauf kann es Hunderte von Feldgeräten geben, und daher ist es in der Praxis für eine Wartungsperson unmöglich, mit diesen Informationen fertig zu werden, und die Steuerungsprozeduren leicht und effizient zu machen. Außerdem ist es schwierig, die Informationen auf dem neuesten Stand zu halten.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Fernsteuerung, Konfiguration oder Überwachung von Feldgeräten durch ein Mobilendgerät für allgemeine Zwecke zu ermöglichen, während die vorstehend beschriebenen Probleme vermieden oder abgeschwächt werden.
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem gemäß Patentanspruch 1.
Gemäß dem Basisprinzip der Erfindung wird eine unmittelbare Online-Verbindung von dem Mobilendgerät durch ein zellulares Kommunikationsnetzwerk und mögliche weitere Durchgangskommunikationsnetzwerke zu einem Feldgerätsteuersystem aufgebaut, das mit den Feldgeräten bei dem industriellen Ablauf oder der Anlage verbunden ist. Die Online-Verbindung kann eine beliebige virtuelle, paketvermittelte oder leitungsvermittelte Verbindung oder eine Kombination daraus sein, die eine adäquate Dienstgüte (QoS – Quality-of-Service) zumindest bezüglich der Übertragungsverzögerung und der Zuverlässigkeit bereitstellt. In Reaktion auf die über die Online-Verbindung bereitgestellte Steuerung steuert das tatsächliche Feldgerätsteuersystem das adressierte Feldgerät gemäß den in dem Feldgerätsteuersystem verwendeten Protokollen. Folglich kann man sagen, dass es eine Online-Verbindung von dem steuernden Mobilendgerät zu dem steuernden Feldgerät gibt, so dass die zuverlässige und sichere Steuerung des Feldgeräts mit einer sehr kurzen Ansprechzeit erzielt wird, welches eine Fernsteuerung und Konfiguration des Feldgeräts in jeder Situation wie etwa einem Notfall erlaubt.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal ist das Feldgerätsteuersystem mit einer interaktiven Benutzerschnittstelle versehen, auf welche durch das Mobilendgerät durch die Online-Datenverbindung über das zellulare Kommunikationssystem zugegriffen werden kann.
Die interaktive Benutzerschnittstelle verwendet vorzugsweise ein offenes Protokoll, auf das durch ein Universalmobilendgerät zugegriffen werden kann. Der Inhalt der interaktiven Benutzerschnittstelle, das heißt die an das Mobilendgerät gesendeten Informationen sowie die in das Steuersystem von der Benutzerschnittstelle eingegebenen feldgerätspezifischen Steuerdaten, wird unter Verwendung der Konfigurations-, Steuerungs- und Managementdaten aufgebaut, die in dem Steuersystem verfügbar sind. Dies ermöglicht, dass der Inhalt der Benutzerschnittstelle stets mit dem Steuersystem und dem Ablauf aufgefrischt wird. In der Praxis kann der Inhalt der Benutzerschnittstelle unter Verwendung derselben Datenbänke wie das Steuersystem erzeugt werden. Die interaktive Benutzerschnittstelle kann ferner zur Abwandlung des Inhalts der interaktiven Benutzerschnittstelle in Reaktion auf Anfragen von oder durch das Mobilendgerät getroffenen Auswahlen und auf der Grundlage der von dem Steuersystem abgefragten Konfigurations-, Steuerungs- und Managementdatenrate sowie zur Erzeugung von Steuerungs- oder Konfigurationsbefehlen an das Steuersystem in Reaktion auf durch den Mobilendgerätbenutzer bei der interaktiven Benutzerschnittstelle getroffenen Auswahlen oder Eingaben angeordnet sein. Dies führt zu sehr einfachen aber zuverlässigen Steuerprozeduren aus Sicht des Benutzers.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die interaktive Benutzerschnittstelle mit einem WWW-Server (World Wide Web) versehen, der mit dem Steuerungssystem verbunden ist. Das Mobilendgerät baut eine Datenverbindung über das zellulare Kommunikationssystem mit einem Internetzugriffspunkt (IAP - Internet Access Point) auf, welcher ein Internetzugriffsserverzugang (Proxy) eines öffentlichen Internetdienstproviders oder beispielsweise ein Internet-/Intranetzugriffsserver der Anlage oder eines privaten Unternehmens ist. Der Zugang kommuniziert über das Intranet/Internet mit dem die interaktive Benutzerschnittstelle bereitstellenden WWW-Server. Die interaktive Benutzerschnittstelle ist eine WWW-Seite oder ein Satz von WWW-Seiten. Der Inhalt der WWW-Seite wird basierend auf dem von dem Steuersystem angefragten Steuerungs-, Konfigurations- oder Managementdaten erzeugt. Das Mobilendgerät umfasst einen Browser, der die Abfrage des Inhalts der interaktiven WWW-Seite an dem Mobilendgerät und deren Anzeige gegenüber dem Benutzer ermöglicht. Der Browser ermöglicht außerdem dem Benutzer die Auswahl und/oder die Eingabe von Informationen auf der interaktiven WWW-Seite. Der Inhalt der WWW-Seite kann zwischen dem normalen WWW-Format und einem zweiten WWW-Format umgewandelt werden, welches eine geringere Datenübertragungskapazität in der Funkschnittstelle und eine kleinere Anzeige erfordert. Das zweite WWW-Format kann das bei dem schnurlosen Anwendungsprotokoll (Wireless Application Protocol – WAP) für Mobilkommunikationssysteme definierte sein. Die Umwandlung wird vorzugsweise bei dem Zugang ausgeführt. Es ist jedoch außerdem möglich, dass der Inhalt der WWW-Seite zumindest teilweise in dem zweiten Format ist.
Eine Verkörperung der interaktiven Benutzerschnittstelle als WWW-Seite stellt eine informative und leicht zu verwendende Schnittstelle zur Steuerung der Feldgeräte bereit. Es stellt außerdem eine Einrichtung zur Übertragung von verschiedenen Informationsarten wie etwa Text, Grafiken, usw. bereit.
Gemäß eines noch weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung wird der WWW-Server angeordnet, um die Auswahl des gewünschten Feldgerätes durch Bereitstellung eines hierarchischen Satzes von WWW-Seiten zu unterstützen, die eine logische, funktionale oder Ortsarchitektur der Anlage in einer Baumkonfiguration repräsentieren. Jede hierarchische Ebene versieht einen Benutzer mit Informationen über verschiedene Routen, die auf einer niederen Ebene ausgewählt werden können. Dadurch ist der Benutzer des Mobilendgerätes in der Lage, von der höheren Hierarchieebene zu einer niederen fortzuschreiten, bis eine WWW-Seite für ein gewünschtes Feldgerät aufgefunden wird. Ein Feldgerät wird vorzugsweise durch eine Bezeichnungsnummer des Feldgerätes identifiziert, die auch bei dem Steuersystem und in der Anlage verwendet wird.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der WWW-Server mit einer Suchfunktion versehen, die in Reaktion auf eine durch das Mobilendgerät gesendete Identität eines Feldgerätes wie etwa der Bezeichnungsnummer die WWW-Seite nach dem jeweiligen Feldgerät durchsucht. Falls eine verstümmelte oder zweifelhafte Identität durch das Mobilendgerät gesendet wird, kann eine Suchfunktion angeordnet sein, um eine Liste von Feldgeräten anzuzeigen, zu denen die verstümmelte oder zweideutige Identität passt, so dass der Benutzer in der Lage ist, die gewünschte auszuwählen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen
1 die Ablaufautomatisierungssysteme und ein Feldgerätwartungsmanagementsystem, bei dem die Erfindung angewendet wird,
die 2 und 3 die Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen die interaktive Benutzerschnittstelle mittels interaktiver HTML-Seiten verwirklicht ist,
die 4A, 4B und 4C hierarchische WWW-Seiten zur Auswahl des Feldgerätes,
die 5A und 5B die WWW-Seiten zur Auswahl eines Feldgerätes mittels eines Suchkriteriums, und
6 die Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen das Mobilendgerät mit der interaktiven Benutzerschnittstelle mittels einer Modemverbindung oder über ein Datennetzwerk verbunden ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die Erfindung kann auf einen beliebigen industriellen Ablauf oder dergleichen mit einem Automatisierungs-, Steuerungs- oder Diagnosesystem sowie intelligenten Feldgeräten angewendet werden. Intelligente Feldgeräte bedeuten dabei jedes auf einen Ablauf oder ein automatisiertes System oder deren Steuerung bezogenes Gerät, das gesteuert werden soll und/oder zur Erzeugung von Diagnosedaten befähigt ist. Ein typisches intelligentes Feldgerät ist ein Steuerventil mit einer Ventilsteuereinrichtung.
Unter Bezugnahme auf 2 kann ein Diagnosesystem 21 ein beliebiges Automatisierungssystem wie etwa das Automatisierungssystem 11 und 12 aus 1 oder ein beliebiges Feldgerätmanagement- oder Steuersystem wie etwa das Managementsystem 10 aus 1 oder eine Kombination daraus sein. Ein charakteristisches Merkmal des Diagnosesystems ist, dass es eine Leitungsverbindung wie etwa einen Feldbus oder einen HART-Bus mit den Feldgeräten 14, 15 und 16 aufweist, und dass es zur Steuerung oder Konfiguration der Feldgeräte oder zum Lesen von Mess- oder Statusdaten von den Feldgeräten in der Lage ist. Zu diesem Zweck umfasst das Diagnosesystem 21 eine Management- und Steuerungssoftware für die Feldgeräte. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird jede Feldgerätbauart (beispielsweise können zwei verschiedene Steuerventile oder Steuerventile von verschiedenen Herstellern verschiedene Gerätbauarten darstellen) mit einer spezifischen Steuersoftware versehen, die alle nötigen Daten und Anweisungssätze zum Steuern, Konfigurieren, Lesen usw. der Feldgeräte für eine vorbestimmten Zeit enthalten. Normalerweise können diese Arbeitsvorgänge durch ein Leitstandpersonal von einer Arbeitsstation vorgenommen werden. Eine Vorrichtungsdatenbank 22 speichert Informationen über jedes durch das Diagnosesystem 21 gesteuertes Feldgerät und vorzugsweise alle von den Feldgeräten gelesenen Diagnosedaten. Die Datenbank 22 enthält mit anderen Worten eine aufgefrischte Konfiguration der Feldgeräte sowie deren Betriebshistorie.
Gemäß den Prinzipien der Erfindung ist das Diagnosesystem 21 ferner mit einer interaktiven Benutzerschnittstelle versehen, welche die Konfigurations-, Steuerungs- und Managementdaten in der Datenbank 22 verwendet, und auf das durch das Mobilendgerät MT durch eine dafür vorgesehene über das zellulare Kommunikationssystem 26 aufgebaute Datenverbindung zugegriffen werden kann, um die mit dem Diagnosesystem 21 verbundenen Feldgeräte 14, 15 und 16 selektiv zu steuern, zu konfigurieren oder zu überwachen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die interaktive Benutzerschnittstelle als eine oder mehr WWW-Seiten (World Wide Web) in einem WWW-Server 23 ausgestaltet.
Bekanntermaßen stellt die Architektur des Internet World Wide Webs ein sehr flexibles und starkes Programmierungsmodell bereit. Anwendungen und Inhalte werden in Standarddatenformaten präsentiert, wobei die HyperText Markup Language (HTML) die allgemein am meisten Verwendete ist. Die WWW-Seiten werden von als Web-Browser bekannten Anwendungen durchgeblättert. Der Web-Browser ist eine Netzwerkanwendung, das heißt er sendet Anfragen für benannte Datenobjekte an einen WWW-Server, und der WWW-Server antwortet mit der Datenkodierung unter Verwendung der Standardformate (wie etwa HTML). Außerdem werden Standardnetzwerkprotokolle verwendet, um jedem Web-Browser die Kommunikation mit jedem WWW-Server zu erlauben, wobei das allgemein am meisten verwendete Protokoll das HyperText Transfer Protokoll (HTTP) ist. Das Internet 24 ist ein Satz von miteinander verbundenen TCP/IP-Netzwerken, was gut bekannt ist. Private TCP/IP-Netzwerke werden auch Intranets genannt.
Gemäß 2 baut das Mobilendgerät MT eine Datenverbindung mit dem Zugang oder dem Statthalter 25 auf, der mit dem Internet/Intranet 24 verbunden ist. Der Zugang 25 kann ein Internetzugriffsserver eines öffentlichen Internetdienstproviders (ISP) wie etwa Euronet oder ein privater Internetzugriffspunkt sein. In jedem Fall kann die über das Mobilkommunikationssystem 26 zwischen dem Mobilendgerät MT und dem Zugang 25 aufgebaute Verbindung eine beliebige für den Internetzugriff in den mobilen Kommunikationssystemen verwendete Daten- oder Modemverbindung sein. Das Mobilendgerät MT ist mit einem Internetbrowser versehen, der zum Senden von Anfragen an den Zugang und für den Empfang und die Verarbeitung der von dem Zugang 25 empfangenen WWW-Inhalte in der Lage ist. Der Zugang 25 wirkt als Zwischen-Client, um Anfragen für das Mobilendgerät MT zu stellen. Der Zugang 25 leitet die von den Mobilendgeräte MT empfangenen Anfragen an den WWW-Server 23 über das Internet 24 gemäß den Standardinternetprotokollen weiter. Der WWW-Server 23 antwortet auf die Anfragen durch Senden der angefragten WWW-Seiten an den Zugang 25, der die WWW-Seiten an den Browser in dem Mobilendgerät MT weiterleitet. Der Zugang 25 kann außerdem eine Übersetzung oder Umwandlung zwischen verschiedenen Inhaltsformaten oder Protokollen beinhalten, wie es nachstehend näher beschrieben ist. Bei den Mobilendgeräten MT zeigt der Browser die abgefragten WWW-Seiten dem Benutzer auf der Anzeige des MT an. Die Verbindung und Kommunikation zwischen den Mobilendgeräten MT und dem erfindungsgemäßen WWW-Server 23 kann mit anderen Worten ähnlich zu einer beliebigen bekannten oder zukünftigen Internetverbindung von einem Mobilendgerät zu einem WWW-Server sein. Auch das Mobilendgerät kann eine beliebige Endgerätausrüstung mit Internetbefähigung wie etwa ein Mobiltelefon, ein mit einem Computer verbundenes Mobiltelefon, eine mit einer Mobilkommunikationsbefähigung versehene Datenendgerätausrüstung usw. sein. Die Datenverbindung zwischen dem Mobilendgerät und dem Zugang 25 kann eine leitungsvermittelte Verbindung, ein paketvermittelte Verbindung, eine virtuelle Verbindung (wie etwa gemäß dem asynchronous transfer mode, ATM) usw. sein. Die einzige Anforderung ist, dass die Datenverbindung eine ausreichende Dienstgüte (QoS) bereitstellt, insbesondere bei der Übertragungsverzögerung und vom Gesichtspunkt der Zuverlässigkeit her.
Derzeit ist das aussichtsreichste der Verfahren zur Bereitstellung eines Standardmobilendgeräts MT mit Internetbefähigung das Wireless Application Protokoll (WAP), welches durch das Wireless Application Protokoll Forum definiert ist. WAP spezifiziert einen Anwendungsrahmen und Netzwerkprotokolle für schnurlose Vorrichtungen wie etwa Mobiltelefone, Signalgeber (Pager) und persönliche Digitalassistenten (personal digital assistant – PDA). Die Spezifikationen erweitern die Mobilnetzwerktechnologien (wie etwa digitale Netzwerkstandards) und Internettechnologien (wie etwa XML, URL, Scripting und verschiedene Inhaltsformate). WAP definiert einen Satz Standardkomponenten, welche die Kommunikation zwischen Mobilendgeräten und WWW-Servern ermöglicht. WAP-Inhalte und Anwendungen sind in einem Satz gut bekannter Inhaltsformate auf der Basis von ähnlichen WWW-Inhaltsformaten spezifiziert. Das üblichste WAP-Inhaltsformat wird die Wireless Markup Language (WML) sein, die eine zur HTML sehr ähnliche Sprache ist, und zur Erzeugung von WAP-Seiten verwendet wird, welche in einem WAP-Browser angezeigt werden, das heißt einem Mikrobrowser in dem schnurlosen Endgerät, welches analog zu dem Standardweb-Browser ist. Die WAP-Inhaltsarten und -Protokolle wurden für tragbare schnurlose Vorrichtungen des Massenmarktes optimiert.
3 zeigt die erfindungsgemäße schnurlose Steueranordnung, wenn WAP verwendet wird. Das Diagnosesystem 21, die Vorrichtungsdatenbank 22 sowie der WWW-Server 33 können ähnlich zu den unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen sein. Der Inhalt der WWW-Seiten kann jedoch so erzeugt sein, dass die Verwendung von WAP und WML in Betracht gezogen wird, beispielsweise durch Bereitstellen von einfachen WWW-Seiten mit der HTML-Sprache oder unter Verwendung der WML-Sprache in den WWW-Seiten. Das Mobilendgerät MT wird mit einem WAP-Mikrobrowser bereitgestellt, wohingegen die Datenverbindung durch das Mobilkommunikationsnetzwerk 26 ähnlich zu dem gemäß 2 ist. Ein WAP-Zugang 35 stellt eine Verbindung zwischen dem Mobilkommunikationsnetzwerk 26 und der WWW-Technologie im Internet 24 bereit. Zunächst übersetzt der WAP-Zugang 35 die WAP-Anfragen in WWW-Anfragen, wodurch an dem WAP-Mikrobrowser in dem Mobilendgerät MT die Übertragung von Anfragen an den WWW-Server 33 erlaubt wird. Der WAP-Zugang 35 übersetzt außerdem die Antworten des WWW-Servers 33 in ein von dem Mikrobrowser in dem MT verstandenen Format. Falls der WWW-Server 33 einen WAP-Inhalt (beispielsweise WML) bereitstellt, fragt der WAP-Zugang 35 dies unmittelbar von dem WWW-Server ab und leitet es zum MT weiter. Falls jedoch der WWW-Server 33 einen WWW-Inhalt (wie etwa HTML) bereitstellt, übersetzt der WAP-Zugang 35 (oder eine separate Filtereinheit) den WWW-Inhalt (beispielsweise HTML) in einen WAP-Inhalt (beispielsweise WML). Diese Übersetzung wird auch Filtervorgang genannt, da sie oftmals die wesentlichen Teile des WWW-Inhalts zum Übersetzen extrahiert. Ein weiterer Vorteil von WAP ist, dass es inhärent eine Verbindungssicherheit zwischen dem MT und dem WWW-Server 33 bereitstellt. Die Sicherheit und Authentifizierung des Benutzers ist besonders wichtig, wenn die erfindungsgemäße Anordnung zur Konfigurationen und Steuerung der Feldgeräte verwendet wird. Da die Konfigurations- und Steuerbefehle den Betrieb der Anlage beeinflussen werden, muss das erfindungsgemäße System sicherstellen, dass der Benutzer ein autorisierter Benutzer ist. Es kann außerdem möglich sein, einen WWW-Server 33 zu erzeugen, der die WAP-Zugangsfunktionalität 35 beinhaltet, um durchgehende Sicherheitslösungen zu erleichtern, oder um eine bessere Zugriffskontrolle oder eine Reaktionsgarantie zu erzielen.
Die WWW-Server 23 und 33 verwenden die Daten in der Gerätdatenbank 22 zum Erzeugen der interaktiven WWW-Seiten zum Durchblättern der Daten und zum Steuern und Konfigurieren der Feldgeräte. Da die Server 23 und 33 dieselbe Datenbank wie das Diagnosesystem 21 verwenden, sind die Inhalte der WWW-Seiten stets auf dem neuesten Stand. Das Mobilendgerät MT ist in der Lage, die Diagnose- und Konfigurationsdaten in der Gerätedatenbank 22 mittels der interaktiven WWW-Seiten durchzublättern. In Reaktion auf die Anfragen des Benutzers und die von ihm getroffenen Auswahlen in den interaktiven WWW-Seiten stellt der WWW-Server 23 Anfragen an die Gerätedatenbank 22, und gemäß den von der Datenbank 22 gehaltenen Daten wird eine neue WWW-Seite erzeugt. Die erzeugte WWW-Seite kann die Diagnosedaten, Status- und Betriebsvorgadngshistoriendaten des ausgewählten Feldgerätes sowie die zum Steuern und Konfigurieren des Feldgerätes erforderlichen Informationen beinhalten. Gemäß der von dem Benutzer getroffenen Auswahlen wird ein geeigneter Datenteil in der WWW-Seite in Textformat, Grafikformat und/oder einem anderen geeigneten Format zusammen mit den Feldern oder Verknüpfungen zum Treffen weiterer Auswahlen oder Befehle gezeigt. Der Server 23 oder 33 übersetzt die Konfigurations- oder Steuerbefehle des Benutzers in der interaktiven WWW-Seite in Konfigurationsbefehle, die in der Schnittstelle zwischen dem WWW-Server 23 oder 33 und dem Diagnosesystem 21 verwendet werden, typischerweise auf der Grundlage der von der Datenbank 22 erhaltenen Informationen. Die Schnittstelle zwischen dem Server 23 und dem Diagnosesystem 21 kann gemäß OLE definiert sein (Objekt Linking and Embedding). Das Diagnosesystem 21 leitet die von dem Server 23 oder 33 empfangenen Steuer- und Konfigurationsbefehle an die Feldgeräte weiter, typischerweise nachdem die generischen Befehle in die Vorrichtungsspezifischen Anweisungen übersetzt wurden. Im Ergebnis wird eine „Online-Verbindung" von dem Mobilendgerät MT zu dem Feldgerät bereitgestellt.
Mittels der erfindungsgemäßen interaktiven Benutzerschnittstelle und der Online-Verbindung ist das Wartungspersonal in der Lage, Informationen über den Betrieb eines gewünschten Feldgerätes wie etwa eines Steuerventils abzufragen, und diese auf der Benutzerschnittstelle des Mobilendgerätes anzuzeigen. Die Informationen können in einem Textformat und/oder Grafikformat angezeigt werden. Die Informationen können außerdem Alarmnachrichten und beliebige Betriebsparameter beinhalten, welche das Wartungspersonal online überwachen möchte, wie etwa das Öffnen eines Ventils. Die durch das Mobilendgerät MT erhaltenen Betriebsdaten erlauben dem Wartungspersonal, unmittelbar eine Entscheidung über den Wartungsbedarf des jeweiligen Feldgerätes zu treffen, das heißt ob es möglich ist, den Wartungsvorgang bis zum nächsten Herunterfahren der Anlage zurück zu stellen, oder ob spezielle Vorkehrungen benötigt werden, um ein unbeabsichtigtes Herunterfahren zu vermeiden. Während des Herunterfahrens der Anlage kann das Mobilendgerät verwendet werden, um verschiedene Feldtests für das Feldgerät wie etwa einen Stufenreaktionstest oder einen Hysteresetest für ein Steuerventil durchzuführen. Auch während des Betriebs der Anlage kann das Diagnosesystem 21 dem Mobilendgerät das Durchführen einer erzwungenen Steuerung des Feldgerätes in eine gewünschte Betriebsart oder Position erlauben.
Gemäß den vorstehenden Ausführungen kann das Mobilendgerät MT ein Standardmobiltelefon oder eine ähnliche Vorrichtung mit einer relativ kleinen Anzeige sein. Aufgrund der kleinen Anzeige sind die Klarheit der interaktiven Benutzerschnittstelle sowie deren leichten Bedienung wichtige Merkmale. Eines der Hauptprobleme ist es, wie das gewünschte Feldgerät unter einer Vielzahl von Feldgeräten zu finden und auszuwählen ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der WWW-Server 23 oder 33 angeordnet, um die Auswahl des gewünschten Feldgerätes durch Bereitstellung eines hierarchischen Satzes von WWW-Seiten zu unterstützen, welche die logische, funktionale oder Ortsarchitektur der Anlage in einer Baumkonfiguration repräsentieren. Folglich ist der Benutzer des Mobilendgerätes MT in der Lage, von der höheren hierarchischen Ebene zu einer niedrigeren durch eine in diesem hierarchischen Satz von WWW-Seiten getroffenen Auswahl fortzuschreiten. Ein Beispiel von hierarchischen WWW-Seiten ist in den 4a, 4b und 4c dargestellt. Dabei sei angenommen, dass die Vorrichtungsdatenbank 22 beispielsweise aus drei Ebenen aufgebaut ist: Anlage – Anlagenbereich – Bezeichnung. Der WWW-Server 23 oder 33 verwendet diese drei Ebenen zur Erzeugung des hierarchischen Satzes von WWW-Seiten, welche das MT durchblättern kann.
Eine WWW-Seite für die Ebene „Anlage" ist in 4a gezeigt. Die WWW-Seite zeigt vier Anlagen 1, 2, 3 und 4, aus denen der Benutzer auswählen kann. Der Benutzer wählt die Anlage aus, in der das gewünschte Feldgerät lokalisiert ist, und schreitet dadurch zur nächstniederen hierarchischen Ebene „Anlagebereiche" fort. Folglich erzeugt der Server 23 oder 33 eine die Anlagebereiche für die ausgewählte Anlage zeigende WWW-Seite gemäß 4b an. Die neue Seite wird an das Mobilendgerät MT weiter geleitet und auf der Anzeige des MT angezeigt. Erneut wählt der Benutzer aus der Anlagenbereichsliste den Anlagenbereich aus, in dem das gewünschte Feldgerät lokalisiert ist, und schreitet dadurch zu der nächstniederen hierarchischen Ebene „Bezeichnung" fort. Der Server 23 oder 33 erzeugt eine neue WWW-Seite, welche die Bezeichnungen in dem ausgewählten Anlagenbereich auflistet, und die neue WWW-Seite wird an das MT weiter geleitet und dem Benutzer angezeigt. Nun wählt der Benutzer die gewünschte Bezeichnung in der Liste aus, und schreitet dadurch schließlich zu der WWW-Seite des gewünschten Feldgerätes fort. Die Bezeichnung ist ein zur Identifizierung jedes Feldgerätes in der Anlage verwendeter einzigartiger Code, und wird außerdem überall in dem Automatisierungssystem und den Ablaufdiagrammen verwendet. Der Bezeichnungscode ist außerdem normalerweise in dem Feldgerät angegeben, so dass dies der bequemste und unzweideutigste Weg zur Identifizierung des Feldgerätes bei der erfindungsgemäßen schnurlosen Fernsteuerung ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der WWW-Server 23 oder 33 mit einer Suchmaschine oder einer Suchfunktion versehen. Dies ist in den 5a und 5b dargestellt. Wenn der Benutzer die Suchfunktion ausgewählt hat, wird eine WWW-Seite erzeugt und dem Benutzer angezeigt. Der Benutzer wird angewiesen, die Bezeichnung des Feldgerätes oder einen Teil davon einzugeben. Falls die eingegebene Bezeichnung unzweideutig ist, wird der Webserver sofort eine WWW-Seite des jeweiligen Feldgerätes erzeugen. Falls jedoch die eingegebene Bezeichnung zweideutig ist, wie etwa die verstümmelte Bezeichnung in 5a, erzeugt der Server 23 oder 33 eine neue WWW-Seite, die alle Bezeichnungen zeigt, welche zu der eingegebenen Bezeichnung passen können, wie es in 5b dargestellt ist. Der Benutzer ist nun in der Lage, die gewünschte Bezeichnung in der Liste auszuwählen, und schreitet dadurch zu der WWW-Seite des jeweiligen Feldgerätes fort.
Der WWW-Ansatz ist möglicherweise der flexibelste und leichteste Weg, um die vorliegende Erfindung auszugestalten. Die Erfindung ist jedoch nicht gedacht, auf eine Internet/Intranet-Umgebung beschränkt zu sein. Die interaktive Benutzerschnittstelle kann im Gegenteil zur Unterstützung verschiedener Zugriffsverfahren von dem Mobilendgerät MT wie etwa einer Datenverbindung durch das mobile Kommunikationsnetzwerk 26 und einem Datennetzwerk 61 oder eine Modemverbindung über das mobile Kommunikationsnetzwerk 26, einem PSTN/ISDN 62 und einem Modem 63 gemäß 6 ausgestaltet sein. Das Diagnosesystem 21, die Gerätedatenbank 22 sowie die Schnittstelle zwischen dem Diagnosesystem 21 und der interaktiven Benutzerschnittstelle 64 können ähnlich zu jenem gemäß den 2 und 3 sein. Der einzige Hauptunterschied ist das Inhaltsformat und die Protokolle, welche durch die interaktive Benutzerschnittstelleneinheit 64 zu dem Mobilendgerät MT hin verwendet werden. Diese Protokolle und Inhaltformate können gemäß der Art der Datenverbindung und der in dem Mobilendgerät MT verwendeten Steueranwendung ausgewählt werden. Trotz des Inhaltsformats verwendet jedoch die Einheit 64 die Gerätedatenbank 22 zum Auffrischen des Inhalts der Benutzerschnittstelle und zum Erzeugen der Befehle an das Diagnosesystems gemäß denselben bei den vorstehend beschriebenen WWW-Ausführungsbeispielen verwendeten Prinzipien. Der Nachteil dieses Ansatzes kann jedoch der Bedarf an Spezialzweckanwendungen bei dem Mobilendgerät MT und bei der interaktiven Benutzerschnittstelleneinheit sein, wohingegen bei dem WWW-Ansatz die Standardinternetlösungen für eine Kommunikation zwischen dem Mobilendgerät und der interaktiven Benutzerschnittstelle verwendet werden können.
Mit sich entwickelnder Technik kann die Grundidee der Erfindung offensichtlich auf viele verschiedene Weisen implementiert werden. Folglich sind die Erfindung und ihre Ausführungsbeispiele nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können innerhalb des Bereichs der beigefügten Patentansprüche variieren.

Claims

Steuersystem zum Steuern der Konfiguration oder Überwachung von Feldgeräten bei einem industriellen Vorgang, wobei das Steuersystem mit einer Vielzahl von Feldgeräten (14, 15, 16) verbunden ist, und zumindest eine interaktive Benutzerschnittstelle aufweist, die zumindest ein Mobilendgerät (MT) befähigt, mit dem Steuersystem über ein zellulares Kommunikationssystem (26) zu kommunizieren, um die Feldgeräte (14, 15, 16) aus der Ferne selektiv zu steuern, zu konfigurieren oder zu überwachen, wobei die interaktive Benutzerschnittstelle (23, 33, 64) zum Verwenden der in zumindest einer Datenbank aufbewahrten Konfigurations-, Steuerungs- und Managementdaten des Steuersystems angeordnet ist, auf die durch das Mobilendgerät (MT) durch eine zugeordnete über das zellulare Kommunikationssystem (26) aufgebaute Datenverbindung zugegriffen werden kann, um die mit dem Steuersystem verbundenen Feldgeräte (14, 15, 16) selektiv zu steuern, zu konfigurieren oder zu überwachen, dabei ist die interaktive Benutzerschnittstelle (23, 33, 64) zum Modifizieren des Inhalts der interaktiven Benutzerschnittstelle in Reaktion auf durch das Mobilendgerät (MT) und auf Grundlage der von der zumindest einen Datenbank in dem Steuersystem erhaltenen Konfigurations-, Steuerungs- und Managementdaten erfolgten Anfragen oder Auswahlvorgängen und zum Erzeugen von Steuerungs- oder Konfigurationsbefehlen an das Steuersystem in Reaktion auf durch den Benutzer des Mobilendgeräts in der interaktiven Benutzerschnittstelle erfolgten Auswahlvorgängen oder Eingaben angeordnet.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem zum Steuern oder Konfigurieren der Feldgeräte (14, 15, 16) gemäß den Befehlen von der interaktiven Benutzerschnittstelle (23, 33, 64) angeordnet ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen WWW-Server (23, 33), der zum Verwenden der Konfigurations-, Steuerungs- und Managementdaten des Steuersystems zur Bereitstellung von zumindest einer interaktiven WWW-Seite angeordnet ist, auf die durch ein TCP/IP-Netzwerk (24) und eine Datenverbindung zwischen dem Mobilendgerät (MT) und einem mit dem TCP/IP-Netzwerk verbundenen Zugriffsserver (25, 35) zugegriffen werden kann, und eine Suchroutine in dem Mobilendgerät (MT) zum Interagieren mit der interaktiven WWW-Seite durch die Datenverbindung, den Zugriffsserver (25, 35) und das TCP/IP-Netzwerk (24).
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der WWW-Server (23, 33) zum Modifizieren des Inhalts der interaktiven WWW-Seiten in Reaktion auf durch das Mobilendgerät (MT) und auf Grundlage der Konfigurations-, Steuerungs- und Managementdaten des Steuersystems erfolgten Anfragen oder Auswahlvorgängen und zum Erzeugen von Steuerungs- oder Konfigurationsbefehlen an das Steuersystem in Reaktion auf durch den Benutzer des Mobilendgeräts in den interaktiven WWW-Seiten erfolgten Auswahlvorgängen oder Eingaben angeordnet ist.
System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schnurlosanwendungsprotokoll (WAP) zwischen dem Zugriffsserver (35) und dem Mobilendgerät (MT) verwendet wird, und dass das WWW-Protokoll zwischen dem Zugriffsserver (35) und dem WWW-Server (33) verwendet wird.
System nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der WWW-Server (23, 33) zur Unterstützung der Auswahl eines gewünschten Feldgeräts durch Bereitstellung eines hierarchischen Satzes von die logische, funktionale oder lokale Architektur der Anlage in einer Baumkonfiguration repräsentierenden WWW-Seiten angeordnet ist, wobei der Benutzer des Mobilendgeräts (MT) in der Lage ist, von einer höheren hierarchischen Ebene zu einer niedrigeren durch eine auf der höheren Ebene getroffenen Auswahl fortschreiten kann.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die WWW-Seite auf der höchsten hierarchischen Ebene eine Liste von Anlagen oder Anlagenbereiche zur Benutzerauswahl anzeigt, wobei die nächst niedere Ebene eine Liste von Anlagenbereichen innerhalb der auf der höchsten Ebene ausgewählten Anlage oder des Anlagenbereichs anzeigt, usw., die zweithöchste Ebene eine Liste von auf der nächst höheren Ebene ausgewählten Feldgeräten in dem Anlagenbereich anzeigt, und die niedrigste Ebene eine WWW-Seite für das gewünschte Feldgerät (14, 15, 16) anzeigt.
System nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der WWW-Server (23, 33) mit einer Suchfunktion versehen ist, die in Reaktion auf eine durch das Mobilendgerät gesandte Identität eines Feldgerätes die WWW-Seite des jeweiligen Feldgerätes (14, 15, 16) absucht.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Suchfunktion auf eine abgekürzte oder zweideutige durch das Mobilendgerät (MT) gesandte Identität reagiert, um eine Liste von Feldgeräten anzuzeigen, mit denen die abgekürzte oder zweideutige Identität übereinstimmt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Identität des Feldgerätes eine Kennzeichnungszahl des Feldgerätes ist.