阅读说明：本技术 以简化的方式启动现场设备的方法 (Method for starting a field device in a simplified manner ) 是由 弗洛里安·帕拉蒂尼 埃里克·比格尔 塔尼娅·哈格 于 2018-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种使用操作单元(BE)启动自动化现场设备(FG)的方法,该自动化现场设备被附接到测量位置(MS)的部件(KO),特别是容器,该操作单元(BE)具有显示单元(AE)和相机(KA),其中,该方法具有以下步骤：使用操作单元(BE)识别现场设备(FG)；使用现场设备(FG)的识别来确定现场设备(FG)的待设置的参数；使用相机(KA)检测部件(KO)的至少一部分的几何数据(H、L)；分析检测到的几何形状(H、L)并使用对检测到的几何形状(H,L)的分析导出至少一个待设置的参数的至少一个参数值；确认计算出的参数值；以及将经确认的参数值发送到现场设备(FG)并将该参数值存储在现场设备(FG)中。(The invention relates to a method for activating an automated field device (FG) which is attached to a component (KO), in particular a container, of a measuring location (MS) using an operator control unit (BE) which has a display unit (AE) and a camera (KA), wherein the method has the steps of identifying the field device (FG) using the operator control unit (BE), determining a parameter to BE set of the field device (FG) using the identification of the field device (FG), detecting geometric data (H, L) of at least one part of the component (KO) using the camera (KA), analyzing the detected geometric shape (H, L) and deriving at least one parameter value of the at least one parameter to BE set using the analysis of the detected geometric shape (H, L), ascertaining the calculated parameter value, and sending the ascertained parameter value to the field device (FG) and storing the parameter value in the field device (FG).)

以简化的方式启动现场设备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于借助于服务单元启动自动化技术的现场设备的方法，该现场设备被安装在测量位置处的部件上，特别地是被安装在容器上，其中，该服务单元具有显示单元和相机。

背景技术

从现有技术中已知的是在工业工厂中使用的现场设备。现场设备通常应用于自动化技术以及制造自动化中。原则上，被称为现场设备的是在过程附近使用并且递递或处理过程相关信息的所有设备。因此，现场设备用于记录和/或影响过程变量。用于记录过程变量的是利用传感器的测量设备。例如，这些测量设备用于压力和温度测量、电导率测量、流量测量、pH测量、填充水平测量等，并记录相应的过程变量，压力、温度、电导率、pH值、填充水平、流量等。用于影响过程变量的是致动器。例如，这些致动器例如是可以影响管中液体的流动或容器中的填充水平的泵或阀。除了上述测量设备和致动器外，被称为现场设备的还有远程I/O、无线电适配器，以及通常被布置在现场级的设备。

对于容器中填充物质的填充水平测量，非接触式测量方法已被证明自身优势，因为它们稳健且需要较低维护成本。在这种情况下，在本发明范围内的“容器”还指敞开的容器，诸如大桶、湖泊或海洋或流动的水体。非接触式测量方法的另一个优点是它们连续测量填充水平的能力。因此，在连续填充水平测量领域中，主要应用超声波或基于雷达的测量方法(在本发明的上下文中，术语超声波是指频率范围在14kHz到1GHz之间的声波，而术语“雷达”是指频率在0.03GHz和300GHz之间的信号或电磁波)。

在超声波或基于雷达的填充水平测量中，脉冲传播时间测量原理是既定的测量原理。在这种情况下，超声波或微波脉冲作为测量信号在填充物质的方向上循环发送，并且测量了到接收到相应的回波脉冲的传播时间。基于该测量原理，可以以相对较低的电路复杂性来实现填充水平测量设备。例如在公开说明书DE 102012104858 A1中描述了一种基于雷达的填充水平测量设备，该填充水平测量设备根据脉冲传播时间方法工作。专利EP1480021 B1中描述了基于超声波的伴随物。

当可以接受更复杂的电路技术时，FMCW(“调频连续波”)雷达也可以用作基于雷达的填充水平测量的测量原理。公开说明书DE 102013108490 A1中示出了基于FMCW的填充水平测量设备的典型结构示例。

基于FMCW雷达的测距方法的测量原理在于，以调制频率连续发送基于雷达的测量信号。在这种情况下，测量信号的频率位于标准化中心频率的区域中的固定频带中。FMCW的特征在于，发送频率不是恒定的，而是在所限定的频带内周期性变化的。在这种情况下，根据标准，随时间的变化是线性的，并且具有锯齿形或三角形形状。然而，原则上也可以使用正弦变化。与脉冲传播时间方法形成对比，在实施FMCW方法的情况下，距离或填充水平基于当前接收到的反射的测量信号和瞬时发送的测量信号之间的瞬时频率差来确定。

在上述用于基于接收到的所反射的测量信号确定填充水平的每种测量原理(超声波、脉冲雷达和FMCW)的情况下，记录相应的测量曲线。在应用超声波的情况下，测量曲线基本上直接对应于反射的测量信号的幅度与时间的关系。相反，在基于脉冲雷达的方法的情况下，由于较高脉冲频率，通过对所反射的测量信号进行欠采样而创建测量曲线。这样，测量曲线是实际的所反射的测量信号的时间拉伸版本。在实施FMCW方法的情况下，通过将瞬时发送的测量信号与所反射的测量信号混合来创建测量曲线。但是，在所有情况下，测量曲线表示作为测量距离的函数的所反射的测量信号的幅度。

Endress+Hauser集团公司生产和销售大量此类现场设备。

放置在过程设备的新应用中的现场设备，或替换应用的老旧或有缺陷的现场设备的替换现场设备，在其启动时必须特别适配于现场设备在测量位置处的特定应用。为此，这些现场设备在其生产期间或生产之后被配置和参数化。该配置一方面描述了硬件配置，例如流量计的法兰材料，以及另一方面也描述了软件配置。参数化是指定义和建立参数，借助于这些参数，现场设备的操作被设置为应用的特定特征，例如所测量的介质。

取决于现场设备的类型，现场设备可以具有在启动时是被分配参数值的数百个不同的参数，例如，可以输入线性化表，该表表示所测量的物理测量变量与由现场设备输出的测量值之间的分段近似值。如今，借助于软件工具来执行现场设备的参数化。参数值的输入仅基于文本，并且假定操作者对此有技术上的了解。

在填充水平测量设备的情况下，强制使用所谓的包络曲线模块以用于填充水平测量设备的启动。在这种情况下，使用显示上述测量曲线图形。然而，这样的测量曲线除了示出了填充物质上的实际反射信号以外，还示出了干扰反射。通常将填充水平测量设备以这样的方式固定在容器上，使得填充水平测量设备与容器壁具有一定的距离。因此，测量信号首先经过一定的距离，此后其在容器中自由行进。必须考虑被称为障碍物距离的该距离来评估测量曲线。同样，这需要操作者在此方面的技术理解。

发明内容

基于上述内容，本发明的目的是提供一种方法，该方法还使得技术上没有经验的操作者能够执行现场设备的可靠启动。

该目的通过一种方法来实现，该方法用于借助于服务单元来启动自动化技术的现场设备，该现场设备被安装在测量位置处的部件上，特别是被安装在容器上，其中，服务单元具有显示单元和相机，包括：

-借助于服务单元识别现场设备；

-借助于对现场设备的识别，确定现场设备的待设置的参数；

-借助于相机记录部件的至少一部分的几何数据；

-分析所记录的几何形状，并借助于所对记录的几何形状的分析，导出待设置的参数中的至少一个待设置的参数的至少一个参数值；

-确认所计算的参数值；以及

-将经确认的参数值传送到现场设备中并将该参数值存储在现场设备中。

借助于本发明的方法，在现场设备的启动中以简单的方式支持操作者，服务单元在现场设备的启动中自动确定某些参数的参数值。识别现场设备后，自动下载现场设备中的待设置的参数。为此，在服务单元中提供了数据库，该数据库包含要为多种现场设备类型设置的参数。可替选地，服务单元借助于互联网连接与外部数据库(特别是具有云能力的数据库)连接，该外部数据库存储要为多种现场设备类型设置的参数。

现场设备的识别可以以不同的方式发生。在最简单的情况下，操作者从列表中选择现场设备的现场设备类型，该列表显示在服务单元的显示单元上。然后，从数据库下载待设置的参数。可替选地，特别是借助于现场设备与服务单元之间的无线电连接(特别是蓝牙或Wi-Fi)从现场设备读出识别数据。另一个选项是光学地识别现场设备。为此，借助于相机记录现场设备并检查数据库中包含的已限定几何形状。现场设备的光学识别还可以包括读出在现场设备上可见的光学码，例如条形码或QR码。

然后，服务单元的相机记录部件的几何数据。例如，在容器的情况下，记录部件的尺寸，例如记录其宽度、高度和深度，和/或当将流量计放置在管线上时，记录管直径和/或至/自流量计的入口长度和出口长度。服务单元分析所记录的几何数据，并将这些所记录的几何数据与已知的几何数据进行比较。这些已知的几何数据同样可以被包含在数据库中。在比较过程中，确定那些参数，可以根据所记录的几何数据计算这些参数的参数值。参数值的计算是基于在服务单元中实现的一种或多种算法进行的。包含在数据库中并与已知几何数据链接的已知参数值可以表示用于计算的起始值/边界条件。然后将计算出的参数值建议给操作者。

然后，操作者检查所建议的参数值并确认所建议的参数值中的一个或多个所建议的参数值。在给定的情况下，为操作者提供了更改所建议的参数值的机会。然后，将所确认的参数值从服务单元以如此的方式传送到现场设备中，使得利用输入参数值对现场设备进行参数化。

结合本发明的方法提到的现场设备，例如在本说明书的介绍部分已经被命名。本发明的方法适用于所有类型的现场设备，并且不限于例如填充水平测量设备。

在本发明的方法的有利实施例中，规定借助于相机记录参考几何形状，其中，参考几何形状在至少一个维度上具有限定的长度，其中，基于参考几何形状，创建三维多边形网络。从文献中已知SLAM问题(“同时定位和地图构建”)，其指机器人学的问题，在这种情况下，移动机器人必须同时创建其周围环境的地图并估计其在该地图中的位置。此问题的解决方案是借助参考几何形状来计算三维多边形网络。

为此，使相机围绕参考几何形状移动，或者借助于较小的移动使从相机到参考几何形状的视角略微变化。使用立体相机，可以省略此第一步。可替选地，可以使用独立地执行该步骤的深度相机。然后，以多边形网络的形式创建几何形状的三维图像。参考几何形状的尺寸的至少一个尺寸的限定长度被报告给服务单元，由此服务单元计算多边形网络的网格之间的限定距离。通过补充或增加多边形网络，可以确定服务单元在三维空间中的空间大小和位置。

在本发明的方法的优选的进一步改进中，规定使用三维多边形网络，以便测量由相机记录的几何数据。由于服务单元知道三维多边形网络的网格大小，因此可以记录和测量任何几何形状。该方法具有很高的准确性。结合本发明的方法，测量特别是测量位置的部件或同样地被固定在测量位置的多个部件的尺寸。

在本发明的方法的有利实施例中，规定为了分析所记录的几何形状，考虑其他几何数据，这些几何数据补充所记录的几何数据并且尤其涉及不能由相机记录的部件的部分。这些附加的几何数据例如在计划工厂的过程中，特别是工厂的测量位置被记录或创建。这里所关注的是，例如，部件的位于部件内部并且不能由不能看穿部件的壁看到的光学相机记录的部件的部分。在容器的情况下，所关注的是例如，位于容器内部的管、管连接、搅拌机构等。但是，现场设备的某些部分也是感兴趣的。

在本发明的方法的优选的实施例中，规定附加几何数据存储在现场设备中并且从现场设备中读出。

在本发明的方法的替选优选的实施例中，规定附加几何数据被存储在数据库中，尤其是被存储在具有云能力的数据库中，并且从数据库中读出。在这种情况下，它可以是用于识别现场设备，确定待设置的参数和/或将所记录的几何数据与已知几何数据进行比较的同一数据库。可替选地，这是不同的独立数据库。

在本发明的方法的有利的实施例中，规定在分析所记录的几何数据或附加几何数据的情况下，创建部件的至少一部分的三维可视化模型。此可视化模型以3D形式表示部件或部件的一部分。

本发明方法的有利的实施例，规定在显示单元上示出操作者的视场，并且可视化模型至少部分地被叠加在由显示单元示出的视场上的部件上。在考虑附加几何数据的情况下，对于操作者来说，尤其是相对于部件内部的情况，部件的更多细节是显而易见的，然后用肉眼即可观察到。

服务单元的显示单元显示操作者的当前视场。在最简单的情况下，显示单元是带有投影仪的组合式透明玻璃。操作者透过玻璃查看。透过玻璃观察到的周围环境称为视场。投影仪被实现为将投影投射到操作者可以看到的玻璃上。然后，可视化模型被叠加到操作者的当前视场上。可视化模型以这种方式位于在操作者的视场上，使得其叠加在部件或部件的一部分所处的位置的图像上。如果相机的位置相对于测量位置的部件改变，则显示单元上显示的图像相应改变。但是，可视化模型保留在部件的指定位置，并取决于部件在图像上的位移相应地“迁移”或旋转。此外可以，规定将书面材料添加到在可视化模型中显示的几何数据中。这样给出例如所识别的结构的名称和/或所记录的几何形状的长度单位。

在本发明的方法的有利实施例中，规定显示单元将由相机记录的连续更新的图像显示为为操作者的视场，并且其中，可视化模型至少部分地被叠加在显示单元上显示的图像的分量上。服务单元的显示单元显示由相机记录的实时图像。操作者将服务单元以如此的方式指向测量位置，使得测量位置的部件由相机记录。可视化模型被叠加在相机的当前实时图像上。该方法还适合于不具有透明玻璃而是具有常规显示器作为显示单元的服务单元。

在本发明的方法的有利的进一步改进中，规定使用容器作为测量位置的部件，其中，填充水平测量设备被用作现场设备，该填充水平测量设备根据非接触式测量方法，特别是根据超声测量原理，根据脉冲传播时间测量原理或根据FMCW测量原理来工作，以便确定容器中填充物质的填充水平。这些类型的现场设备已经在说明书的介绍部分中进行了描述。替代填充水平测量设备，可以使用任何其他类型的现场设备。但是，以下示例涉及填充水平测量设备和填充水平测量设备的典型参数。在应用其他现场设备类型的情况下，在给定情况下，这些参数不存在，并设置其他参数类型。

在本发明的方法的优选的实施例中，规定从几何数据导出相对于现场设备的线性化表和障碍物距离的待设置的参数的参数值。线性化表表示物理测量变量和由现场设备输出的测量值之间的关系的分段近似值，并且在几乎任何现场设备类型都需要线性化表，而不仅仅在填充水平测量设备中需要线性化表。障碍物距离指的是测量信号在其可以自由辐射到容器中之前经过的距离。确定障碍物距离限定了测量曲线的距离轴线上的零点。

在本发明的方法的第一变形中，智能眼镜被用作服务单元。这种智能眼镜具有显示由相机记录的图像的屏幕。对于操作者，看起来好像由相机记录的图像是由操作者的眼睛记录的。可替选地，智能眼镜包括将图像投影在眼镜的屏幕上的投影仪，其。操作者通过眼镜的屏幕看到周围的环境。同时，眼镜的相机以与操作者的眼睛记录周围环境相同的比例记录周围环境。替代将由相机记录的周围环境的整个图像投影到屏幕上，仅将可视化模型投影到屏幕上。适用于本发明方法的后一种类型的智能眼镜的示例是微软(Microsoft)的“全息透镜(HoloLens)”。

在本发明的方法的第一变形的优选的实施例中，规定确认计算出的参数值的方法步骤借助于手势控制来进行。服务单元将计算出的参数值显示为符号，并将其叠加在由相机记录的图像上。操作者用手指向符号，或触摸该符号。在这种情况下，相机记录手的位置。通过利用手所限定的动作/手势，可以确认参数值和/或对符号进行移位。

在本发明的方法的第二变型中，将移动终端设备用作服务单元。例如，具有网络相机的智能电话或平板电脑，或甚至膝上型电脑适合于此，该网络相机可以在与操作者相反的方向上记录周围环境。符号的选择、参数值的确认和/或符号的移位借助于移动终端设备的输入装置进行，例如，借助于接触触摸屏，借助于键盘输入和/或借助于经由鼠标的输入进行。

在本发明的方法的有利实施例中，规定所确认的参数值借助于无线电连接，特别是蓝牙被传送到现场设备。作为蓝牙的替代，可以使用任何无线电连接，例如Wi-Fi或Zigbee。可替选地，参数值可以间接地被传送到现场设备中。为此，参数值不是在直接路径上被发送到现场设备，而是从服务单元被发送到现场设备以外的其他设备，例如，被发送到工厂的控制站、被到另一个现场设备、被到另一个服务单元等，然后参数值从那里被传送到现场设备中。

附图说明

现在将基于附图更详细地说明本发明，其唯一附图如下所示：

图1本发明的方法的实施例的示例。

具体实施方式

图1示出了过程自动化工厂的测量位置MS。测量位置MS由容器KO组成，填充物质FL被保持在容器KO中。填充物质FL是流体状的介质或散装物品。为了监控容器KO中的填充物质FL的填充水平h，在容器KO上安装了非接触式填充水平测量设备形式的现场设备FG。填充物质FL的填充水平h由现场设备测量，该现场设备发送测量信号MS。测量信号MS在填充物质FL的表面上被反射。所反射的信号RS被现场设备FG接收并被处理。基于所反射的信号RS的特征变量，例如，基于测量信号MS的发送与所反射的信号RS的接收之间的持续时间，可以确定填充物质FL的填充水平h。

为了启动，必须对现场设备FG进行参数化。常规地，现场设备FG的参数化，即针对特定参数的参数值的分配是借助于服务单元BE基于文本来完成的。但是，为此，操作者BD可能需要透彻的技术知识。

以下将更详细地说明的本发明的方法，特别是对于经验不足的用户/操作者BD，促进了现场设备FG的启动。

在将现场设备FG安装在容器KO上之后，操作者BD将其服务单元BE(这里是智能眼镜的形式)与现场设备FG连接。该连接是例如经由蓝牙(LE)或Wi-Fi无线地发生。然后，服务单元BE读取现场设备FG的识别数据并与数据库进行协调。该数据库尤其可以经由互联网访问。为此，服务单元BE具有移动无线电模块，服务单元可以经由该模块与数据库联系。完成协调后，数据库将要为现场设备FG设置的参数传送到服务单元。

在随后的方法步骤中，操作者BD将服务单元BE的相机KA指向测量位置MS。基于在至少一个维度上具有服务单元BE已知的限定长度并且例如被安装在现场设备FG上或作为现场设备FG的一部分的参考几何形状，服务单元BE定义三维多边形网络。借助于该三维多边形网络，相机KA或服务单元BE能够测量由相机KA记录的物体。

在本方法的情况下，相机KA记录测量位置MS的容器KO的几何形状并测量容器KO的几何形状。例如，记录容器的壳体的尺寸。在当前情况下，相机KA记录容器KO的高度H以及管口的长度L，现场设备FG借助于该管口与容器KO连接。

由服务单元BE将以下被称为几何数据H、L的这些所记录的变量与被存储在上述数据库中的已知的几何数据进行比较。在比较过程中，确定现场设备FG的那些参数，这些参数的参数值可以基于所记录的几何数据H、L计算。在当前情况下，这些是涉及现场设备FG的线性化表以及现场设备FG的障碍物距离的参数。

基于在服务单元BE中实现的一种或多种算法来进行参数值的计算。被包含在与已知几何数据链接的数据库中的已知参数值可以是用于计算的起始值/边界条件。然后将计算出的参数值建议给操作者BD。

在确定相对于线性化的参数值的过程中，将容器KO的高度H用作几何数据。根据高度H，服务单元可以确定填充物质FL的填充水平的最小值和最大值。

在确定相对于障碍物距离的参数值的过程中，将管口的长度L用作几何数据。根据长度L，服务单元可以确定在测量信号SIG_M可以在容器KO中自由辐射之前行进的路径/距离。

所建议的参数值在显示单元AE上显示给操作者BD。在给定的情况下，操作者BD可以修改计算出的参数值，并且然后执行确认。然后，将经确认的参数值从服务单元BE以这样的方式传送到现场设备FG中，使得利用输入参数值对现场设备FG进行参数化。

可能发生这样的情况，即不是所有相关的几何数据H、L都可以由相机KA记录。在这种情况下，服务单元BE可以从数据库检索其他几何数据，这些几何数据涉及容器的不能被看到的部分，例如位于容器KO内部的部分/部件的数据。在当前情况下，所涉及的是用于容器KO内部的管线的连接的几何数据。

然后，服务单元使用这些附加几何数据来创建用于管线的连接的三维可视化模型VM。该可视化模型提供了到管线的连接的3D表示。在服务单元的显示单元AE上示出了由相机KA记录的当前实时图像。可视化模型VM被以这样的方式集成在实时图像中，使得可视化模型在实时图像上的适当位置处被叠加在容器上。

为此，操作者BD以这样的方式将服务单元BE指向测量位置MS，使得容器KO由相机KA记录。可视化模型VM被叠加在管线的连接位置处的相机的当前实时图像上。在这种情况下，容器KO的壁实际上是透明的。因此，操作者BD可以看到容器内部的部件。如果相机KA的位置相对于容器改变，则在显示单元AE上显示的图像相应地改变。但是，可视化模型VM保持在容器的指定位置并且取决于容器KO在图像中的移位而“行进”或相应地旋转。

此外，可以规定将书面材料添加到几何数据中并在可视化模型VM中显示该书面材料。例如，这些显示所识别的结构的名称和/或所记录的几何形状的长度单位。

同样借助于附加几何数据，可以借助于服务单元BE来计算其他参数的参数值。

作为智能眼镜的替代，移动终端设备也可以用作服务单元BE。例如，适用于此的是智能电话或平板电脑，或甚至是带有网络相机的膝上型电脑。符号的选择、参数值的确认和/或符号的移位借助于移动终端设备的输入装置进行，例如，借助于接触触摸屏，借助于键盘输入和/或借助于经由鼠标的输入进行。

本发明的方法适用于所有现场设备类型，并且不限于例如填充水平测量设备。但是，图1所示的示例涉及填充水平测量设备，并提供了待设置的参数，这些参数通常是填充水平测量设备的典型参数。在应用其他现场设备类型的情况下，在给定情况下，这些参数不存在，并设置其他参数类型。

参考标记列表

AE 显示单元

BD 操作者

BE 服务单元

FG 现场设备

FL 填充物质

H，L 几何数据

KA 相机

KO 测量位置的部件

MS 测量位置

SIG_M 测量信号

SIG_R 所反射的信号

VM 可视化模型