DE10014272A1 - Verfahren zum Umprogrammieren eines Feldgerätes - Google Patents
Verfahren zum Umprogrammieren eines FeldgerätesInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Umprogrammieren eines Feldgerätes wird im Programmiermode die Stromversorgung des Feldgerätes erhöht. Dadurch können in Feldgeräten elektrisch löschbare und wieder programmierbare Speicher eingesetzt werden.
Description
Die Erfindung betrifft 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.
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.
Seit einiger Zeit sind elektrisch löschbare und wieder
programmierbare Speicher, sogenannte Flash-Memories oder
Flash-EPROMs bekannt, die eine einfache Umprogrammierung
erlauben.
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:
Fig. 1 schematische Darstellung eines Datenbussystems
mit mehreren Feldgeräten
Fig. 2 schematische Darstellung eines Feldgerätes.
In Fig. 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 5 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 5 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 Fig. 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
El 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.
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 (7)
1. 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.
2. Verfahren nach Anspruch 1 wobei während des
Programmiermodes an einem Steuerausgang A1 des
Mikroprozessors µP ein Spannungspuls erzeugt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei
das zweite Steuerprogramm über eine am Feldgerät
vorgesehene Schnittstelle S eingelesen wird.
4. 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.
5. Feldgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
als Stromversorgungseinheit eine Feldbusschnittstelle FBS
dient, die mit einem digitalen Datenbus DBS verbunden ist.
6. 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.
7. 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.
Priority Applications (4)
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DE10014272B4 DE10014272B4 (de) | 2008-06-05 |
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