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WO2021209606A1 - Measuring assembly comprising at least one field device and at least one receiving device, as well as a method for monitoring a field device - Google Patents

Measuring assembly comprising at least one field device and at least one receiving device, as well as a method for monitoring a field device Download PDF

Info

Publication number
WO2021209606A1
WO2021209606A1 PCT/EP2021/059921 EP2021059921W WO2021209606A1 WO 2021209606 A1 WO2021209606 A1 WO 2021209606A1 EP 2021059921 W EP2021059921 W EP 2021059921W WO 2021209606 A1 WO2021209606 A1 WO 2021209606A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
field device
failure
failure signal
voltage supply
communication channel
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/059921
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Isenmann
Original Assignee
Vega Grieshaber Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vega Grieshaber Kg filed Critical Vega Grieshaber Kg
Publication of WO2021209606A1 publication Critical patent/WO2021209606A1/en

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D4/00—Tariff metering apparatus
    • G01D4/002—Remote reading of utility meters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2204/00—Indexing scheme relating to details of tariff-metering apparatus
    • G01D2204/20—Monitoring; Controlling
    • G01D2204/22—Arrangements for detecting or reporting faults, outages or leaks

Definitions

  • 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.
  • such a field device can be a limit level sensor, by means of which the level of a flow 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 those aforementioned cases in which a predetermined measured value is exceeded or not reached.
  • the at least one field device or the multiple field devices can be arranged at a distance from the receiving device and sometimes also in difficult to access locations, 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 within the norm range.
  • the cause of the missing notification is the lack of power and / or voltage supply.
  • 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.
  • a measuring arrangement comprises at least one field device and at least one receiving device.
  • the field device and the receiving device are stood apart from each other.
  • several 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.
  • 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.
  • the signal is transmitted via a wireless connection.
  • the field device also includes an external radio unit connected to the field device for transmitting the signals.
  • the external radio unit can have its own power and / or voltage supply, e.g. in the form of a battery.
  • 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 at least one 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. It is preferably a self-sufficient field device.
  • the field device and the receiving device are 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.
  • the field device has an energy store that 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, a message that is sent to any recipient who is ready to receive.
  • the failure signal can have the following content: "Batteries empty" or "Supply switched off".
  • the first communication channel can be used to transmit a failure signal if a failure of the current and / or voltage supply of the field device is detected.
  • the field device has an energy store which provides energy for the transmission of the failure signal.
  • 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.
  • the failure signal can, for example, have the following content: "Batteries empty" or "Supply switched off".
  • 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 according to variant a) increases the reliability of the measuring arrangement.
  • the measuring arrangement according to the invention works in an energy-saving and cost-saving manner. This becomes particularly clear when close-meshed monitoring of the field device is desired.
  • a "still-alive” signal must be sent at short intervals, which overall also leads to a large amount of "still-alive” signals sent. This in turn leads to a large volume of data and high costs
  • a failure signal is sent in those cases in which a failure of the power and / or voltage supply is actually detected.
  • 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.
  • it can also be a pressure sensor or a temperature sensor. What the various sensors have in common is that they each determine measured values and send a signal to the field device if a specified limit level, a specified pressure or a specified temperature is exceeded or fallen short of. Different types of sensors can also be connected to a receiving device.
  • the second communication channel is a low power wide area network (LPWAN).
  • LPWAN low power wide area network
  • 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.
  • 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, an energy supply through a capacitor is sufficient.
  • 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 seen as an energy store.
  • the field device has at least one battery for power and / or voltage supply.
  • the power and / or voltage supply for the field device the power and / or voltage supply of an external radio unit connected to the field device is also understood here.
  • the invention also relates to a method for monitoring a field device, where in the case of the field device a signal is sent to a receiving device via a first communication channel when the field device determines whether a limit value has been undershot or exceeded.
  • the current and / or voltage supply of the field device is monitored
  • a failure signal is sent to the receiving device via a second communication channel, the energy for sending the failure signal being made available by an energy store in the field device.
  • a failure signal is sent to the receiving device via the first communication channel, the energy for sending the failure signal being made available by an energy store in the field device.
  • the failure signal is sent in particular via 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.
  • the field device switches to a secure mode after a failure has been detected.
  • Secure mode means, for example, that capacitors that are still charged are discharged (activation of a safety integrity level (SIL) protection) or that an electromagnetically secured mode Cover is secured or locked. The energy available from the capacitors can also be used to send the failure signal.
  • SIL safety integrity level
  • the field device has at least one internal energy store and the remaining energy from the at least one internal energy store is transferred to the energy store for sending the failure signal before the failure signal is sent.
  • An internal energy store is in particular the current and / or voltage supply in the form of at least one battery and / or the at least one accumulator.
  • the internal energy store can also be a battery for securing an uninterruptible power supply (UPS).
  • UPS uninterruptible power supply
  • the failure of the field device is indicated in particular on the receiving device.
  • a failure can also be displayed on a higher-level unit, e.g. in the cloud.
  • Fig. 1 shows a measuring arrangement according to the invention in a schematic Dar position.
  • a measuring arrangement 10 with a receiving device 12 and three field devices 14 is shown.
  • the three field devices 14 are spaced apart from the receiving device 12 and arranged spatially distributed.
  • the receiving device 12 is in the present case a central receiving server.
  • the field devices 14 are point level sensors for monitoring a level in a body of water.
  • the field devices 14 are each connected to the receiving device 12 via a first communication channel 16.
  • the first communication channel 16 is a connection via the cellular network.
  • a signal is sent from the respective field device 14 via the first communication channel 16 if a predetermined value is exceeded or not reached on this field device 14. th limit value is determined. For example, exceeding a level in a river can result in the field device 14 which measured such an exceedance sending a signal to the receiving device 12.
  • the field devices 14 also each have means for monitoring a current and / or voltage supply 18. If a failure of the power and / or voltage supply is detected by means of the means 18, a failure signal is sent to the receiving device 12 via a second communication channel 20 (shown here by dashed lines). This second communication channel 20 is an LPWAN.
  • the field devices 14 In order to send a failure signal from the field device 14 to the receiving device 12 when the power and / or voltage supply fails, the field devices 14 each have an energy store 22.
  • the energy store 22 is here in the form of a capacitor.
  • failure signal can also be sent via the first communication channel 16.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

The invention relates to a measuring assembly (10) comprising at least one field device (14) and at least one receiving device (12), wherein the field device (14) and the receiving device (12) are connected to one another via a first communication channel (16), which functions to transmit a signal. The object of the invention is to provide a measuring assembly (10) for monitoring a field device (14), by means of which an economical and reliable monitoring of the field device (14) is enabled. The measuring assembly (10) also comprises means for monitoring the current and/or voltage supply (18) of the field device (14) and wherein the field device (14) and the receiving device (12) are connected to one another via a second communication channel (20), which functions to transmit a failure signal, in the event that 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 transmitting the failure signal. The invention also relates to a method for monitoring a field device (14).

Description

Messanordnung mit mindestens einem Feldgerät und mindestens einem Empfangsgerät sowie Verfahren zur Überwachung eines Feldgerätes Measuring arrangement with at least one field device and at least one receiving device and a method for monitoring a field device
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 Feldge räte umfassen, die mit einem Empfangsgerät verbunden sind. Die Erfindung be trifft 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 Emp fangsgerät bzw. einer Ausleseeinheit Messwerte ermitteln. Beispielsweise kann es sich bei einem solchen Feldgerät um einen Grenzstandsensor handeln, mittels wel chem der Pegel eines Flusses überwacht werden soll. Überschreitet oder Unter schreitet 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 vorbestimm ten 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 flow 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 those 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 ange ordnet seien können, kann der Fall auftreten, dass die Strom- und/oder Span nungsversorgung des Feldgerätes ausfällt, ohne dass dies bemerkt wird. Der Be treiber einer solchen Messanordnung wiegt sich in Sicherheit, dass die Messwerte die vorbestimmten Grenzwerte nicht über- oder unterschreiten und im Normbe reich 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 in difficult to access locations, 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 within the norm 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 Feldge rätes 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 beab- standet voneinander angeordnet. Insbesondere sind mehrere räumlich verteilt an geordnete 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 stood apart from each other. In particular, several 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 ers ten 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. Ins besondere wird das Signal über eine drahtlose Verbindung übertragen. Zum Feld gerät zählt vorliegend auch eine mit dem Feldgerät verbundene, externe Funkein heit zur Übertragung der Signale. Die externe Funkeinheit kann dafür eine eigene Strom- und/Spannungsversorgung z.B. in Form einer Batterie aufweisen. 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. In particular, the signal is transmitted via a wireless connection. In the present case, the field device also includes an external radio unit connected to the field device for transmitting the signals. The external radio unit can have its own power and / or voltage supply, e.g. in the form of a battery.
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 Spannungs anschluss zu Verfügung gestellt werden oder durch mindestens eine in dem Feld gerät angeordnete Batterie bzw. einen im Feldgerät angeordneten Akkumulator. Ein Akkumulator kann insbesondere mittels einer Solarzelle geladen werden. Es handelt sich vorzugsweise um ein autarkes Feldgerät. 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 at least one 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. It is preferably a self-sufficient field device.
Gemäß Variante a) sind das Feldgerät und das Empfangsgerät 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 Feld gerät 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 Empfangsge rät nicht permanent miteinander kommunizieren. Es kann z.B. eine einmalige Ini tialisierung erfolgen und im Falle eines Ausfalls wird seitens des Feldgeräts ledig lich das Ausfallsignal gesendet. Es wird dabei insbesondere nicht überprüft, ob das Signal von dem Empfangsgerät empfangen wurde. Insbesondere findet nicht zwin gend eine wechselseitige Kommunikation statt. Das Ausfallsignal kann beispiels weise als sogenannte Broadcast-Nachricht, also Nachricht, die an beliebige emp fangsbereite Empfänger versendet wird, erfolgen. Das Ausfallsignal kann sinnge mäß folgenden Inhalt aufweisen: „Batterien leer" oder „Versorgung ausgeschal tet". According to variant a), the field device and the receiving device are 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 that 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, a message that is sent to any recipient who is ready to receive. The failure signal can have the following content: "Batteries empty" or "Supply switched off".
Gemäß Variante b) kann der erste Kommunikationskanal zum Übertragen eines Ausfallsignals dienen, 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. Auch hier gilt: Im Falle eines Ausfalls wird seitens des Feldgeräts lediglich das Ausfall signal 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 so genannte Broadcast-Nachricht, also Nachricht, die an beliebige empfangsbereite Empfänger versendet wird, erfolgen. Das Ausfallsignal kann z.B. sinngemäß fol genden Inhalt aufweisen: „Batterien leer" oder „Versorgung ausgeschaltet". According to variant b), the first communication channel can be used to transmit a failure signal 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 same applies here: 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. The failure signal can, for example, have the following content: "Batteries empty" or "Supply switched off".
Mittels der erfindungsgemäßen Messanordnung wird sichergestellt, dass ein Be treiber 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. Der zweite, redundante Kommunikationskanal gemäß Variante a) erhöht die Zuverläs sigkeit 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 according to variant a) 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, ar beitet die erfindungsgemäße Messanordnung energiesparend und kostenminimie rend. Dies wird besonders deutlich, wenn eine engmaschige Überwachung des Feldgerätes gewünscht ist. In diesem Fall muss in kurzen Abständen ein „still- alive" Signal gesendet werden, was insgesamt auch zu einer großen Menge an gesendeten „still-alive" Signalen führt. Dies wiederrum führt zu einem großen Da tenvolumen und hohen Kosten. Erfindungsgemäß wird nur in den Fällen ein Aus fallsignal gesendet, in welchen auch wirklich ein Ausfall der Strom- und/oder Span nungsversorgung detektiert wird. Bei dem mindestens einen Feldgerät handelt es sich insbesondere um einen Grenz standsensor, 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 Sen soren ist gemein, dass sie jeweils Messwerte ermitteln und ein Signal an das Feld gerät senden, wenn ein festgelegter Grenzstand, ein festgelegter Druck oder eine festgelegte Temperatur unter- oder überschritten wird. Es können auch verschie dene Arten von Sensoren mit einem Empfangsgerät verbunden sein. Compared 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 becomes particularly clear when close-meshed 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 amount of "still-alive" signals sent. This in turn leads to a large volume of data and high costs A failure signal is sent in those cases in which a failure of the power and / or voltage supply is actually detected. 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. What the various sensors have in common is that they each determine measured values and send a signal to the field device if a specified limit level, a specified pressure or a specified 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 Signalübertra gung 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. Insbe sondere, wenn das Senden des Ausfallsignals über LPWAN erfolgt, ist eine Ener gieversorgung durch einen Kondensator ausreichend. Ein solcher Kondensator ist kostengünstig, beansprucht nur einen geringen Bauraum und kann zudem im Be trieb des Feldgerätes im Gegensatz zu einer Batterie aufgeladen werden. Alternativ können als Energiespeicher aber auch eine Batterie und/oder ein Akkumulator vor gesehen 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, an energy 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 seen as an energy store.
Wie vorstehend bereits erwähnt, weist das Feldgerät zur Strom- und/oder Span nungsversorgung mindestens eine Batterie auf. Zur Strom- und/oder Spannungs versorgung für das Feldgerät wird hier auch die Strom- und/oder Spannungsver sorgung einer mit dem Feldgerät verbundenen, externen Funkeinheit verstanden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung eines Feldgerätes, wo bei 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 As already mentioned above, the field device has at least one battery for power and / or voltage supply. For the power and / or voltage supply for the field device, the power and / or voltage supply of an external radio unit connected to the field device is also understood here. The invention also relates to a method for monitoring a field device, where in the case of the field device a signal is sent to a receiving device via a first communication channel when 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
Bei Detektion eines Ausfalls der Strom- und/oder Spannungsversorgung wird ge mäß Variante a) 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. If a failure of the power and / or voltage supply is detected, according to variant a), a failure signal is sent to the receiving device via a second communication channel, the energy for sending the failure signal being made available by an energy store in the field device.
Gemäß Variante b) wird bei Detektion eines Ausfalls der Strom- und/oder Span nungsversorgung ein Ausfallsignal über den ersten Kommunikationskanal an das Empfangsgerät gesendet, wobei die Energie für das Senden des Ausfallsignals von einem Energiespeicher in dem Feldgerät zur Verfügung gestellt wird. According to variant b), when a failure of the power and / or voltage supply is detected, a failure signal is sent to the receiving device via the first communication channel, the energy for sending the failure signal being made available by an energy store in the field device.
Wie vorstehend schon erläutert, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ei nerseits eine zuverlässige Überwachung des Feldgerätes erzielt werden und an derseits 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 above all saves costs.
Das Ausfallsignal wird insbesondere über ein Low Power Wide Area Netzwerk ge sendet. 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. The failure signal is sent in particular via 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.
Um möglichst wenig Energie zu verbrauchen sind bei Detektion eines Ausfalles der Strom- und/oder Spannungsversorgung nur die Komponenten aktiv, welche zum Versand des Ausfallsignals erforderlich sind und sämtliche weiteren Verbraucher werden abgeschaltet. Insbesondere werden eine Beleuchtung und/oder ein Display abgeschaltet. In order to consume as little energy as possible, when a failure of the power and / or voltage supply is detected, only those components are active that are required to send the failure signal and all other loads are switched off. In particular, lighting and / or a display are switched off.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Feldgerät nach der Detektion eines Ausfal les in einen gesicherten Modus schaltet. Gesicherter Modus bedeutet dabei zum Beispiel, dass noch geladene Kondensatoren entladen werden (Aktivierung eines safety-integrity-level (SIL) Schutzes) oder dass ein elektromagnetisch gesicherter Deckel gesichert bzw. gesperrt wird. Die vorhandene Energie aus den Kondensa toren kann im Weiteren auch für den Versand des Ausfallsignals verwendet wer den. Furthermore, it can be provided that the field device switches to a secure mode after a failure has been detected. Secure mode means, for example, that capacitors that are still charged are discharged (activation of a safety integrity level (SIL) protection) or that an electromagnetically secured mode Cover is secured or locked. The energy available from the capacitors can also be used to send the failure signal.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah rens weist das Feldgerät mindestens einen internen Energiespeicher auf und die Restenergie aus dem mindestens einen internen Energiespeicher wird zu dem Energiespeicher für das Versenden des Ausfallsignals übertragen, bevor das Aus fallsignal gesendet wird. Ein interner Energiespeicher ist dabei insbesondere die Strom- und/oder Spannungsversorgung in Form mindestens einer Batterie und/o der mindestens eines Akkumulators. Bei dem internen Energiespeicher kann es sich auch um eine Batterie zur Sicherung einer unterbrechungsfreien Stromver sorgung (USV) handeln. In a further practical embodiment of the method according to the invention, the field device has at least one internal energy store and the remaining energy from the at least one internal energy store is transferred to the energy store for sending the failure signal before the failure signal is sent. An internal energy store is in particular the current and / or voltage supply in the form of at least one battery and / or the at least one accumulator. The internal energy store can also be a battery for securing an uninterruptible power supply (UPS).
Nach Erhalten des Ausfallsignals durch das Empfangsgerät wird der Ausfall des Feldgerätes insbesondere am Empfangsgerät angezeigt. Insbesondere kann ein Ausfall auch an einer übergeordneten Einheit, z.B. in der Cloud, angezeigt werden. After the receiving device has received the failure signal, the failure of the field device is indicated in particular on the receiving device. In particular, a failure can also be displayed on a higher-level unit, e.g. in the cloud.
Ein praktisches Ausführungsbeispiel ist in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. Es zeigt A practical embodiment is described in connection with FIG. 1. It shows
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Messanordnung in einer schematischen Dar stellung. Fig. 1 shows a measuring arrangement according to the invention in a schematic Dar position.
In Fig. 1 ist eine Messanordnung 10 mit einem Empfangsgerät 12 und drei Feld geräten 14 dargestellt. Die drei Feldgeräte 14 sind beabstandet von dem Emp fangsgerät 12 und räumlich verteilt angeordnet. Bei dem Empfangsgerät 12 han delt es sich vorliegend um einen zentralen Empfangsserver. Die Feldgeräte 14 sind hier Grenzstandsensoren zur Überwachung eines Pegels in einem Gewässer. In Fig. 1, a measuring arrangement 10 with a receiving device 12 and three field devices 14 is shown. The three field devices 14 are spaced apart from the receiving device 12 and arranged spatially distributed. The receiving device 12 is in the present case a central receiving server. The field devices 14 are point level sensors for monitoring a level in a body of water.
Die Feldgeräte 14 sind jeweils über einen ersten Kommunikationskanal 16 mit dem Empfangsgerät 12 verbunden. Bei dem ersten Kommunikationskanal 16 handelt es sich hier um eine Verbindung über das Mobilfunknetz. Über den ersten Kommu nikationskanal 16 wird ein Signal von dem jeweiligen Feldgerät 14 gesendet, wenn an diesem Feldgerät 14 ein Überschreiten oder Unterschreiten eines vorbestimm- ten Grenzwertes ermittelt wird. Beispielsweise kann ein Überschreiten eines Pe gelstandes in einem Fluss dazu führen, dass dasjenige Feldgerät 14, welches ein solches Überschreiten gemessen hat, ein Signal an das Empfangsgerät 12 sendet. Die Feldgeräte 14 weisen zudem jeweils Mittel zur Überwachung einer Strom- und/oder Spannungsversorgung 18 auf. Wird mittels der Mittel 18 ein Ausfall der Strom- und/oder Spannungsversorgung detektiert, so wird über einen zweiten Kommunikationskanal 20 (hier gestrichelt dargestellt) ein Ausfallsignal an das Empfangsgerät 12 gesendet. Bei diesem zweiten Kommunikationskanal 20 handelt es sich um ein LPWAN. The field devices 14 are each connected to the receiving device 12 via a first communication channel 16. The first communication channel 16 is a connection via the cellular network. A signal is sent from the respective field device 14 via the first communication channel 16 if a predetermined value is exceeded or not reached on this field device 14. th limit value is determined. For example, exceeding a level in a river can result in the field device 14 which measured such an exceedance sending a signal to the receiving device 12. The field devices 14 also each have means for monitoring a current and / or voltage supply 18. If a failure of the power and / or voltage supply is detected by means of the means 18, a failure signal is sent to the receiving device 12 via a second communication channel 20 (shown here by dashed lines). This second communication channel 20 is an LPWAN.
Um gerade bei ausgefallener Strom- und/oder Spannungsversorgung ein Ausfall signal seitens des Feldgerätes 14 an das Empfangsgerät 12 zu senden, weisen die Feldgeräte 14 jeweils einen Energiespeicher 22 auf. Der Energiespeicher 22 liegt hier in Form eines Kondensators vor. In order to send a failure signal from the field device 14 to the receiving device 12 when the power and / or voltage supply fails, the field devices 14 each have an energy store 22. The energy store 22 is here in the form of a capacitor.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Ausfallsignal gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform, welche nicht dargestellt ist, auch über den ersten Kommunikationska nal 16 gesendet werden kann. It should be noted that the failure signal according to a further embodiment, which is not shown, can also be sent via the first communication channel 16.
Bezugszeichenliste Messanordnung Empfangsgerät Feldgerät erster Kommunikationskanal Mittel zur Überwachung einer Strom und/oder Spannungsversorgung zweiter Kommunikationskanal Energiespeicher LIST OF REFERENCE NUMERALS, measuring arrangement, receiving device, field device, first communication channel. Means for monitoring a current and / or voltage supply, second communication channel, energy store

Claims

Patentansprüche Claims
1. Messanordnung mit mindestens einem Feldgerät (14) und mindestens ei nem Empfangsgerät (12), wobei das Feldgerät (14) und das Empfangsge rät (12) über einen ersten Kommunikationskanal (16) miteinander verbun den sind, welcher zum Übertragen eines Signals dient, dadurch gekennzeichnet, dass 1. Measurement arrangement 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 to transmit a signal , characterized in that
Mittel zur Überwachung der Strom- und/oder Spannungsversorgung (18) des Feldgerätes (14) vorgesehen sind, a) wobei das Feldgerät (14) und das Empfangsgerät (12) über einen zwei ten 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, oder b) wobei der erste Kommunikationskanal (16) zum Übertragen eines Aus fallsignals dient, falls ein Ausfall der Strom- und/oder Spannungsver sorgung des Feldgerätes (14) detektiert wird und wobei das Feldgerät (14) einen Energiespeicher (22) aufweist, der Energie für das Übertra gen des Ausfallsignals zur Verfügung stellt. Means for monitoring the current and / or voltage supply (18) of the field device (14) are provided, a) the field device (14) and the receiving device (12) being connected to one another via a second communication channel (20) which is used for transmission a failure signal is used 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, or b) wherein the first communication channel (16) is used to transmit a failure signal if a failure of the power and / or voltage supply of the field device (14) is detected and the field device (14) has an energy store (22) that stores the energy for the transmission gen of the failure signal is available.
2. Messanordnung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen Feldgerät (14) um einen Grenz standsensor handelt. 2. Measuring arrangement according to the preceding claim, characterized in that the at least one field device (14) is a limit level sensor.
3. Messanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kommunikationskanal (20) ein Low Power Wide Area Netzwerk (LPWAN) ist. 3. Measuring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second communication channel (20) is a low power wide area network (LPWAN).
4. Messanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (22) ein Kondensator und/oder eine Batterie und/oder ein Akkumulator ist. 4. Measuring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the energy store (22) is a capacitor and / or a battery and / or an accumulator.
5. Messanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Feldgerät zur Strom- und/oder Spannungsversor gung mindestens eine Batterie aufweist. 5. Measuring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the field device for power and / or voltage supply has at least one battery.
6. Verfahren zur Überwachung eines Feldgerätes (14), wobei von dem Feld gerät (14) ein Signal über einen ersten Kommunikationskanal (18) an ein Empfangsgerät (12) gesendet wird, wenn ein Über- oder Unterschreiten eines Grenzwertes ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strom- und/oder Spannungsversorgung des Feldgerätes (14) über wacht wird und bei Detektion eines Ausfalls der Strom- und/oder Span nungsversorgung a) ein Ausfallsignal über einen zweiten Kommunikationskanal (20) an das Empfangsgerät (12) gesendet wird, wobei die Energie für das Senden des Ausfallsignals von einem Energiespeicher (22) in dem Feldgerät (14) zur Verfügung gestellt wird oder b) ein Ausfallsignal über den ersten Kommunikationskanal (18) an das Empfangsgerät (12) gesendet wird, wobei die Energie für das Senden des Ausfallsignals von einem Energiespeicher (22) in dem Feldgerät (14) zur Verfügung gestellt wird. 6. A method for monitoring a field device (14), the field device (14) sending a signal via a first communication channel (18) to a receiving device (12) when a limit value is exceeded or not reached, characterized that the current and / or voltage supply of the field device (14) is monitored and upon detection of a failure of the current and / or voltage supply a) a failure signal is sent via a second communication channel (20) to the receiving device (12), wherein the energy for sending the failure signal is made available by an energy store (22) in the field device (14) or b) a failure signal is sent via the first communication channel (18) to the receiving device (12), the energy for the Sending the failure signal from an energy store (22) in the field device (14) is made available.
7. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausfallsignal über ein Low Power Wide Area Netzwerk gesendet wird. 7. The method according to the preceding claim, characterized in that the failure signal is sent over a low power wide area network.
8. Verfahren nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass bei Detektion eines Ausfalles der Strom- und/oder Spannungsversorgung nur die Komponenten aktiv sind, welche zum Ver sand des Ausfallsignals erforderlich sind und sämtliche weitere Verbrau cher abgeschaltet werden. 8. The method according to any one of the two preceding claims, characterized in that when a failure of the power and / or voltage supply is detected, only those components are active which are required to send the failure signal and all other consumers are switched off.
9. Verfahren nach einem der drei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Feldgerät (14) nach der Detektion eines Ausfalles in ei nen gesicherten Modus schaltet. 9. The method according to any one of the three preceding claims, characterized in that the field device (14) switches to a secure mode after the detection of a failure.
10. Verfahren nach einem der vier vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Feldgerät (14) mindestens einen internen Energiespei cher aufweist und dass Restenergie aus dem mindestens einen internen Energiespeicher zu dem Energiespeicher (22) übertragen wird, bevor das Ausfallsignal gesendet wird. 10. The method according to any one of the four preceding claims, characterized in that the field device (14) has at least one internal energy storage and that residual energy from the at least one internal energy storage is transmitted to the energy storage (22) before the failure signal is sent.
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