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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Konfiguration von Feldgeräten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Feldgerät mit einer Funkschnittstelle, über welche das Feldgerät parametrierbar ist, ein Verfahren zur Parametrierung von Feldgeräten, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium.
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Hintergrund
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Feldgeräte zur Prozessautomatisierung sind beispielsweise Füllstandmessgeräte, Druckmessgeräte, Durchflussmessgeräte oder Grenzstandsensoren. Um diese Feldgeräte für die entsprechende Messaufgabe zu rüsten, werden die Geräte vom Benutzer parametriert (konfiguriert). Diese Parametrierung kann beispielsweise direkt am Feldgerät mittels Benutzereingabe erfolgen. Alternativ kann ein Bedienelement an das Feldgerät angeschlossen werden, über welches die Parametrierung vorgenommen wird. Grundsätzlich ist es auch möglich, diese Parametrierung über eine drahtlose Kommunikationsverbindung vorzunehmen. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine gesicherte Kommunikationsverbindung, sodass Missbrauch vermieden werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einem Benutzer die Parametrierung eines Feldgeräts kabellos, d. h. ohne elektrischen Kontakt, auf einfachem Wege zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Prozessautomatisierung, welches eine erste Funkschnittstelle zur drahtlosen Kommunikation mit einem Bediengerät aufweist. Das Feldgerät weist ein Bedienelement auf, beispielsweise in Form einer Taste, eines Knopfes, eines Bewegungssensors oder eines berührungssensitiven Detektors. Das Bedienelement initiiert nach Bedienung durch den Benutzer den Aufbau eines drahtlosen Kommunikationsnetzes durch das Feldgerät, bei dem das Feldgerät als Netzwerkhost eingesetzt wird. Darüber hinaus ist eine Steuerschaltung vorgesehen, welche danach das drahtlose Kommunikationsnetz als Netzwerkhost aufbaut und nach Aufbau des Netzes vom Bediengerät empfangene verschlüsselte Konfigurationsdaten entschlüsselt und dann das drahtlose Kommunikationsnetz abbaut. Die entschlüsselten Konfigurationsdaten werden dann verwendet, eine drahtlose Kommunikationsverbindung zu einem bereits bestehenden, verschlüsselten Kommunikationsnetz als Netzwerkclient aufzubauen.
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Das Feldgerät kann insbesondere ausgeführt sein, nur dann das zuvor aufgebaute drahtlose Kommunikationsnetz wieder abzubauen, wenn es vom Bediengerät verschlüsselte Konfigurationsdaten für den Verbindungsaufbau zum verschlüsselten Kommunikationsnetz empfangen hat.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem aufzubauenden drahtlosen Kommunikationsnetz um ein öffentlich zugängliches Kommunikationsnetz handelt, beispielsweise nach dem Bluetooth-Standard, dem WLAN-Standard oder um ein Kommunikationsnetz, das die Informationen auf akustischem Wege übermittelt.
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Das Bedienelement kann zur Detektion einer Bewegung des Benutzers ausgeführt sein, um den Aufbau des drahtlosen Kommunikationsnetzes zu initiieren. Beispielsweise kann eine Gestenerkennung vorgesehen sein.
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Beispielsweise handelt es sich bei der ersten Funkschnittstelle um eine WLAN-Funkschnittstelle. Darüber hinaus können weitere Funkschnittstellen vorgesehen sein, beispielsweise eine Bluetooth-Funkschnittstelle und/oder eine akustische Funkschnittstelle, welche zur drahtlosen Kommunikation mit akustischen Signalen ausgeführt ist. Das Feldgerät kann ausgeführt sein, das Kommunikationsnetz sequenziell zunächst über die erste (oder zweite) und dann über die zweite (oder erste) und dann über die dritte Funkschnittstelle aufzubauen, bis die verschlüsselten Konfigurationsdaten über das drahtlose Kommunikationsnetz empfangen wurden.
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Danach wird das Netz wieder abgebaut und es erfolgt die Einwahl in das verschlüsselte Kommunikationsnetz, das bereits von extern bereitgestellt wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Parametrierung von Feldgeräten, welches die oben beschriebenen Schritte durchführt. Darüber hinaus betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Programmelement, das, wenn es in einer Steuerschaltung eines Feldgeräts ausgeführt wird, das Feldgerät anleitet, die oben beschriebenen Schritte durchzuführen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem das oben beschriebene Programmelement gespeichert ist.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Feldgerät und ein Bediengerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 2 zeigt ein Feldgerät und ein Bediengerät gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
- 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente.
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1 zeigt ein Feldgerät und ein Bediengerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Feldgerät soll mithilfe eines Signals (Bluetooth, akustisch oder WLAN) parametriert werden. Um die Parametrierung starten zu können - beispielsweise bei einem noch nicht angemeldeten Sensor im Funknetz - soll der Sensor nach Tastendruck selbst in einen Empfangsmodus umschalten. Der Empfangsmodus kann durch das Aktivieren eines Mikrofons zur Parametrierung hergestellt werden oder der Sensor stellt temporär eine Hostverbindung zur Verfügung.
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Die Steuereinheit kann ausgeführt sein, die Güte jedes Kommunikationskanals jeder Kommunikationsschnittstelle zu prüfen und ein neues Kommunikationsnetz mit der Schnittstelle aufzubauen, über welche die Kommunikationsverbindung die höchste Güte aufweist, und das vorherige Kommunikationsnetz abzubauen. Auch kann ein Energiespeicher vorgesehen sein, der für die Dauer der Kommunikation mit mehreren Kommunikationsschnittstellen eine stabile Kommunikation aufrechterhält.
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Ziel der Erfindung ist es, einem Benutzer die Parametrierung eines Feldgerätes kabellos d.h. ohne elektrischen Kontakt zu ermöglichen. Hierbei wird die Kommunikation mittels WLAN, Bluetooth und/oder akustischer Übertragung, beispielsweise durch Drücken eines Tasters, vom Benutzer am Feldgerät initiiert. Das Feldgerät erzeugt daraufhin ein drahtloses Netzwerk, in welches sich Teilnehmer einwählen können, um dann die Parametrierung des Feldgerätes selbst vorzunehmen.
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Zudem können die physikalischen unabhängigen Kommunikationskanäle (WLAN, Bluetooth, akustische Übertragung) in geeigneter Art und Weise kombiniert werden, um eine stabile Verbindung zu gewährleisten. Zudem erlaubt die Erfindung die Parametrierung eines Feldgerätes mit verschiedener benutzerseitiger Bediengeräte und Software (verschiedene Mobiltelefone unterschiedlicher Hersteller, Computerhardware, Tablets, Handhelds, Bedienmodul) durchzuführen.
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Ein Kernaspekt der Erfindung betrifft die Anpassungsfähigkeit des Feldgerätes bei der kabellosen Parametrierung, die durch Betätigen eines Tasters initialisiert wird. Anschließend wird vom Feldgerät mittels der zur Verfügung stehenden Kommunikationskanäle ein Netzwerk aufgebaut (WLAN-Access-Point, Bluetooth-Advertising), in welches sich das Bediengerät, mit dem die Parametrierung durchgeführt werden kann, einwählen kann.
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Um benutzerseitig eine größtmögliche hardwareunabhängige Flexibilität zwischen Bediengerät und Feldgerät zu erreichen und so den Bedienkomfort zu stärken, wird hierfür die physikalische Kommunikationsschicht vom Feldgerät geeignet variiert, gewechselt oder gegebenenfalls deaktiviert. Der Aufbau eines eigenen drahtlosen Netzwerkes, die Verwaltung entsprechender Clients (Bediengeräte) und die sichere Übertragung von Daten zwischen Feldgerät und Bediengerät sind Vorteile der Erfindung.
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Darüber hinaus optimiert die Erfindung den Energieverbrauch des Feldgerätes, indem jeweils die Verbindungsart gewählt wird, die für die Kommunikation zwischen Feldgerät und Bediengerät, den geringsten Energieverbrauch aufweist.
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Das Bediengerät kommuniziert z.B. per Bluetooth mit dem Feldgerät, bei dem es sich um einen Sensor handelt. Klappt das nicht - zum Beispiel, weil Bluetooth deaktiviert ist -, nutzt der Sensor unter Android und iOS unterschiedliche Fallback-Methoden. Verwendet der Benutzer ein Android-Smartphone, spannt der Sensor kurzzeitig einen WLAN-AccessPoint auf, in den sich das Handy einwählt und die erforderlichen Daten überträgt. Anschließend verbinden sich Sensor und Smartphone wieder mit dem „echten“ WLAN. Anders verhält sich der iOS-Fallback: Das iPhone piepst die Daten hochfrequent (z.B. akustische Signale im Bereich von 17 bis 18 kHz) ins Sensor-Mikrofon.
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Ein wichtiger Aspekt der Erfindung liegt darin, dass das Feldgerät bzw. der Sensor selbst ein Netzwerk aufspannt, in das sich Teilnehmer einwählen können und dann eine Parametrierung des Feldgerätes vornehmen.
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In einem ersten Anwendungsfall gemäß Fig. 1 möchte ein Benutzer 107 ein Feldgerät - hier in Form eines Radar-Sensors 102 - mittels seines Smartphones 103 parametrieren. Das Feldgerät mit der Steuereinheit 110 baut, getriggert durch Drücken der Taste 109 am Feldgerät, hierfür zunächst über seine Kommunikationsschnittstelle 108 ein Netzwerk auf, in welches sich das Smartphone einwählen kann.
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Das Netzwerk kann insbesondere erst nach Tastendruck aktiviert werden. Ferner kann es sich um einen WLAN-Access-Point handeln. Smartphone und Sensor kommunizieren über einen ungeschützten Kanal 105, damit sich das Smartphone ohne Schlüssel mit dem Sensor verbinden kann. Die Smartphone App und das Feldgerät sind so aufeinander abgestimmt, dass zwischen Smartphone und Sensor die Daten verschlüsselt übertragen werden können. „Man in the Middle“ Angriffe können so ausgeschlossen werden.
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Ein weiterer Anwendungsfall, der in 2 dargestellt ist, sieht ein bereits gesichertes Drahtlos-Netzwerk 101 vor, in welches ein Sensor eingebunden werden soll, um zukünftig eine gesicherte Verbindung 106 zum Netzwerk zu erhalten. Das Smartphone kann sich bereits über die Verbindung 104 in das gesicherte Netzwerk einwählen.
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Zur Parametrierung des Sensors fungiert dieser 102 zunächst als Access Point, in welchen sich das Smartphone einwählen kann. Der Access Point kann z.B. über einen Tastendruck aktiviert werden. Die Smartphone App und der Sensor tauschen dann verschlüsselte Daten über die ungesicherte Verbindung 105 aus. Hier kann z.B. der Netzwerkschlüssel für das gesicherte Netzwerk 101 dem Sensor 102 mitgeteilt werden. Für die Verschlüsselung der Daten über den ungesicherten Kanal sind bekannte Verschlüsselungsverfahren denkbar. So kann der Netzwerkschlüssel (als Beispiel für die Daten über den ungesicherten Kanal 105) des gesicherten Netzwerkes 101 mit einem öffentlichen Schlüssel verschlüsselt, zum Sensor übertragen und dort mit dem privaten Schlüssel decodiert werden.
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Gelingt dem Sensor die Einwahl in das gesicherte Netzwerk 101, so kann der Access Point deaktiviert werden, das Smartphone wählt sich dann wieder in das gesicherte Netz ein und die Kommunikation erfolgt dann über das gesicherte Netzwerk 101. Der Zeitliche Ablauf, ist hier in 3 zur besseren Darstellung illustriert.
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Beim vorherig beschriebenen Anwendungsfall wechselt die App, welche auf dem Smartphone aktiv ist, den WLAN-Access-Point des Smartphones. Zunächst ist das Smartphone mit dem gesicherten Netzwerk 101 über die Verbindung 104 verbunden. Erkennt die App, den zu konfigurierenden Sensor wird die Verbindung 104 unterbrochen und die Verbindung 105 aufgebaut. Nach erfolgreicher Schlüsselübergabe zum gesicherten Netzwerk 101 wird die Verbindung 105 unterbrochen und wieder über die Verbindung 104 kommuniziert. Abhängig von den Sicherheitseinstellungen des Betriebssystems des Smartphones, kann eine App nicht den Access-Point tauschen. Ein Benutzer müsste daher manuell sich in das entsprechende Netzwerk einwählen, was den Bedienkomfort stark reduziert. Daher ist es durchaus sinnvoll Fallbackstrategien einzusetzen. So kann der Sensor alternativ mittels geeigneter Bluetooth-Hardware Bluetooth-Advertising Informationen senden. Die Verbindung für die Schlüsselübergabe bzw. Parametrierung 105 erfolgt dann über Bluetooth. Nach erfolgreicher Parametrierung kann über das Netzwerk 101, 106 und 104 kommuniziert werden. Anstelle der Bluetooth Parametrierung sind auch NFC oder eine akustische Übertragung möglich.
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Der WLAN-Access Point wird hier nicht gewechselt und die Bedienung kann auf einfache Art und Weise realisiert werden. Hierfür liefert 4 einen zeitlichen Ablauf in einer weiteren Skizze.