本发明涉及用于运行现场设备的方法和能用于实施该方法的计算机程序产品。此外，本发明涉及现场设备和适于执行这种方法的上级控制单元。此外，本发明涉及具有这种上级控制单元的自动化系统。
背景技术：
1、从国际专利申请wo 2009/063053 a1已知一种用于运行现场设备的方法，该现场设备与能量源连接。其中，现场设备的最小电压需求被确定，该最小电压需求对于现场设备工作来说是最小程度的需要。在供电不足时可以有针对性地关断功能。
2、欧洲专利ep 2 507 888 b1公开了一种用于设定现场设备电源模块的参数的方法，该现场设备电源模块属于通过无线适配器供给电能的现场设备。其中，首先在开始阶段中提供启动电压并且随后提供高于或低于启动电压的工作电压。
技术实现思路
1、现场设备被越来越多地并且随着增加的功能范围应用到自动化技术、尤其过程工业中。这种现场设备的能量供应的正确配置由此变得更复杂。本发明的基本目的是提供一种可行方案，其允许更快、更简单且更可靠地配置这种现场设备的能量供应并且同时还利用现场设备的技术性能。
2、该目的通过根据本发明的用于运行现场设备的方法来实现，该现场设备为了提供多个功能而包括多个部件。现场设备可以实施为工业自动化现场设备。此外，现场设备例如可以实施为所谓的多现场设备，其作为部件具有多个传感器、执行器、通信单元和/或辅助设备、如加热元件。由现场设备提供的功能可以是例如利用多个温度传感器在多个测量点处的温度监控。这些功能例如可以通过现场设备中的本地控制单元来预设。现场设备与隔离放大器连接，通过该隔离放大器给现场设备提供电输入功率，通过该电输入功率给运行中的部件供电。该方法包括第一步骤，在该第一步骤中，激活隔离放大器并且由此将存在于电流网中的电功率作为电输入功率提供给现场设备。此外，在第一步骤中因此由现场设备确定可用电输入功率。现场设备为此例如可以配备有电压测量装置和/或电流测量装置。
3、该方法还包括第二步骤，其中，创建多个运行配置，运行配置分别具有现场设备的功能的不同集合。在此，功能可以是通过多个部件的配合作用可实现的测量或操纵。例如，当确定气体的压力和温度时，可以确定气体的密度，并且由此实现气密测量功能。运行配置说明了现场设备的哪些部件对于对应的功能是必需的，即是要运行的。在第二步骤中确定的运行配置因此包括现场设备的对于相应功能所必需的部件的集合。此外，该方法包括第三步骤，在该第三步骤中，对于在第二步骤中确定的运行配置分别确定一个功率需求。基于能预设的运行概述确定运行配置的功率需求。该运行概述包括关于要同时实施现场设备的哪些功能和/或持续时间的说明。运行概述基本包括确定相关的功率需求的与时间相关的参数的说明。运行概述可以由用户和/或人工智能预设，例如人工智能够在自动化系统的上级控制单元中实施，现场设备可以属于该自动化系统。备选地或补充地，在第三步骤中被调用并且作为确定功率需求的基础的运行概述可以被存储在现场设备中。
4、此外，该方法具有第四步骤，在该步骤中确定能提供的运行配置和其相关的运行概述，其中，功率需求小于可用电输入功率。能提供的具有相关的运行概述的运行配置在第四步骤中分别集合成功能概述，即确定功能概述。功能概述可以包括一组参数，利用这些参数可以设定现场设备，以便在现场设备上实现具有对应的运行概述的各个能提供的运行配置。在第四步骤中确定的现场设备的功能概述还被提供用于选择。在此，功能概述可以被提供给用户和/或人工智能以供选择。通过选择被提供用于选择的功能概述，可以将其中存储的参数应用于现场设备并且可以启动现场设备的相应运行。
5、根据本发明的方法适用于自动地确定：现场设备能够利用可用电输入功率实现哪种功能范围。该方法以最少的用户输入实现并且有针对性地提供这种功能概述以供选择，其也可容易地实现并且对于其优选使用已经存在的合适参数。由此加速和简化现场设备的配置。此外，避免了通过用户不恰当地配置现场设备。由此即使在复杂的现场设备中也确保可靠的运行。通过根据本发明的方法更强地充分利用这种现场设备的技术潜力、尤其是其灵活性。
6、在要求保护的方法的实施方式中，在第二步骤中借助于仿真程序产品来确定功率需求。仿真程序产品可以在现场设备的本地控制单元上实施。现场设备的各个部件的电功率需求和/或消耗特性曲线可以被存储在仿真程序产品中。仿真程序产品可以被实施用于以部件根据时间调整现场设备的电能消耗、即瞬态的运行状态。仿真程序产品可以实施为现场设备的数字孪生。这些部件可以在仿真程序产品中、尤其在功能概述内通过层级彼此关联。层级取决于应用，即要利用现场设备提供的应用。该层级能预设：对于相应的应用需要各个部件的程度，这些部件是否是可选的或可以由其他部件替换。
7、此外，能预设的运行概述可以分别包括时钟变量、显示规则和/或环境变量。通过时钟变量能预设频率，利用该频率执行功能。时钟变量可以是例如传感器的采样率。显示规则例如可以预设，是否在显示器上显示测量值或警告。环境变量可以是环境温度，通过该环境温度确定是否为了按规定的运行而加热或冷却现场设备。此外，关于现场设备是否在有爆炸危险的环境中使用的说明或者关于现场设备的地理位置的说明可以是环境变量。因此通过运行概述能够精确地计算在相关的运行配置中的预期功率需求。相应地，可确定有针对性地可实现的功能概述。
8、在要求保护的方法的另外的实施方式中，确定现场设备的第一和第二功能概述。第一和第二功能概述作为能预设的交替应用的功能概述被提供用于选择。相应地，现场设备可以在第一持续时间内以第一功能概述运行并且在第二持续时间内以第二功能概述运行。在此，例如可以预设第一持续时间、第二持续时间和/或在其之间的非激活阶段的持续时间。因此现场设备可以在时间片运行中以不同的功能概述运行。第一持续时间、第二持续时间和/或非激活阶段的持续时间的预设可以通过用户和/或人工智能来进行。第一和第二功能概述的交替应用的选择也可以通过用户和/或人工智能进行。因此在利用第一和第二功能概述的交替应用运行现场设备时，可以在此期间关闭现场设备的部件。由此现场设备可以自动地以多个功能概述运行并且因此为大量应用情况提供更宽的功能范围。因此现场设备的技术潜力能够以简单的方式获得。在该方法的改进方案中也可以确定用于交替应用的另外的功能概述并且将其提供用于选择。
9、在要求保护的方法中，还能确定具有超过可用电输入功率的功率需求的第三功能概述。此外，确定差异功率需求，第三功能概述的功率需求以该差异功率需求超过可用电输入功率。所确定的差异功率需求输出到用户和/或人工智能。第三功能概述能够以与第一和第二功能概述的输出不同的方式输出。因此向用户和/或人工智能显示需要多少附加的电输入功率以运行具有第三功能概述的现场设备。由此量化在何种范围内修改现场设备相关的自动化系统的能量供应。因此要求保护的方法允许以简单的方式将相关的现场设备集成到现有的复杂的自动化系统中并且同时更强烈地利用其理论上存在的功能范围。
10、此外，可以通过自动激活和去激活相应的部件来确定部件的功率需求。同样可以可变地操控部件，以便由此确定其在不同运行状态下的功率需求。自动的激活和去激活例如可以在该方法的第一步骤中执行。因此现场设备也可以模块化地构造，即具有可替换的部件，其电功率需求或消耗特性曲线仅在现场设备中的安装状态中被确定。同样可以考虑由于部件的退化而改变的电功率需求，例如在维护运行中或在自动化系统复位时进行。相同的情况适用于由于例如触点上的腐蚀而引起的变化的电功率需求。
11、在要求保护的方法的另外的实施方式中，在第二步骤中针对自动确定的运行概述执行该方法，该运行概述与由用户预设的运行概述不同。自动确定的运行概述由现场设备的本地控制单元确定并且可以是例如由用户预设的运行概述的改变。自动确定的运行概述在此在其参数方面系统地变化。备选地或补充地，运行概述的参数可以从最小值到最大值逐步地变化。这种变化可以借助于可以在本地控制单元上实施的算法来执行。此外，可以为自动确定的运行概述中的至少一个运行概述确定相应的功能概述并且将其提供用于选择。在此，功能概述被与相关的运行配置组合地创建。尤其是，至少一个这种功能概述可以被提供用于选择，该功能概述基于与由用户预设的运行概述具有最小偏差的运行概述。要求保护的方法适用于自动地变化由用户要求的运行概述，尤其是当具有存在的电输入功率的所要求的运行概述不可实现时。因此通过自动变化运行概述可确定最接近所要求的运行概述的功能概述。由此进一步简化和加速现场设备的配置。
12、此外，要求保护的方法可以包括在现场设备的运行期间、尤其是在测量运行期间执行的第五步骤。在现场设备的运行中应用在第四步骤中确定和选择的功能概述。在第五步骤中，检测、即监控可用电输入功率。在可用电输入功率减小时，执行方法的至少第三和第四步骤。在此，确定节省功能概述，其相对于在运行期间应用的功能概述具有减小的功能范围。在第五步骤中所确定的节省功能概述对于现场设备被预设为要应用的功能概述。要求保护的方法因此适于在可用电输入功率减小的情况下确定符合情况的节省功能概述。在要求保护的方法中，即使在可用电输入功率减小时，也能够以最多的还可实现的功能继续运行。因此要求保护的方法允许继续充分利用现场设备的技术潜力。
13、此外，要求保护的方法可以与现场设备和自动化系统的上级控制单元之间的数据交换无关地被执行，现场设备与该自动化系统间接或直接地连接。尤其在该方法中没有将关于现场设备的类型说明和/或版本说明传输给上级控制单元。因此，功能概述的确定可以与向上级控制单元传送现场设备的类型或版本识别无关地被执行。因此，上级控制单元在要求保护的方法期间以诊断现场设备的方式实施。因此，在现场设备与上级控制单元之间的通信可以与确定功能概述无关地在第四步骤中配置。借助于要求保护的方法，在现场设备与上级控制单元的通信被建立之前，在自动化系统中的现场设备可以在功能概述方面被设定。由此进一步简化具有现场设备的自动化系统的结构，现场设备被设置用于实施要求保护的方法。
14、该目的同样通过根据本发明的计算机程序产品来实现。计算机程序产品被实施用于接收和处理基于功率的参量的测量值。此外，计算机程序产品被实施用于确定和输出控制指令，通过控制指令能预设现场设备的功能概述。计算机程序产品可以被实施成以能执行的方式存储在现场设备的本地控制单元和/或上级控制单元中。根据本发明，计算机程序产品被实施用于执行根据上述实施方式之一的方法。尤其，计算机程序产品可以被实施用于确定现场设备的功能概述并且为用户和/或在上级控制单元实施的人工智能提供选择。计算机程序产品同样可以被实施用于接收功能概述的相应的选择并且基于此运行现场设备。总体上，要求保护的方法可以通过根据本发明的计算机程序产品以简单的方式来实现。计算机程序产品在更新现有的现场设备的过程中可以被设置到该计算机程序产品上。基于此的方法可以在多种现场设备上实现。
15、在要求保护的计算机程序产品的实施方式中，该计算机程序产品可以包括实施为相关的现场设备的数字孪生的仿真程序产品。在此，仿真程序产品可以实施为us2017/286572 a1的内容中的数字孪生。us2017/286572a1的公开内容通过引用被包含在本技术中。数字孪生可以包括现场设备的数字图像，通过该数字图像来描绘其部件和其电气工作方式。此外，数字孪生可以被实施用于以其对于现场设备来说运行相关的环境变量，例如环境温度能预设地调整现场设备的环境。由此现场设备的运行在与环境的相互作用中可调整。同样，该运行可以基于能预设的运行配置、能预设的运行概述和/或能预设的功能概述调整。数字孪生还可以被实施用于接收现场设备、即待仿真的现场设备的测量值。基于此，借助数字孪生能够验证所接收的测量值是否真实或者属于所接收的测量值的部件是否有缺陷。因此，计算机程序产品适合于监控对应于其数字孪生的现场设备的运行。
16、开头部分提及的目的同样通过根据本发明的现场设备来实现。现场设备被实施用于提供多个功能并且为此具有多个部件，这些部件可以被实施为例如传感器、执行器和/或通信单元。现场设备包括本地控制单元，其上存储有可实施的计算机程序。备选地或补充地，现场设备具有数据接口，通过该数据接口，本地控制单元与相应的自动化系统的上级控制单元连接。在此，计算机程序产品能够以可执行的方式存储在上级控制单元上。根据本发明，计算机程序产品按照上述实施方式之一构造。通过根据本发明的现场设备可以实施要求保护的方法。利用相应构造的现场设备可以快速和高效地构建自动化系统。
17、该目的同样通过根据本发明的上级控制单元来实现，该上级控制单元被实施用于尤其在过程自动化中运行自动化系统。上级控制单元被实施用于通过通信数据连接与现场设备连接。在上级控制单元上以能执行的方式存储有计算机程序产品，利用该计算机程序产品可运行通过通信数据连接相连的现场设备。在此，现场设备的运行可以包括自动化设备的配置和生产运行、即按规定的运行。根据本发明，在上级控制单元上实施的计算机程序产品根据上述实施方式之一来构造。例如上级控制单元可以被实施用于自动化设备的操作员站、主计算机、可编程逻辑控制器、计算机云或其组合。基于此的方法可以在多种自动化设备上执行。
18、上述目的还通过根据本发明的自动化系统来实现，该自动化系统具有上级控制单元。该上级控制单元与多个现场设备连接，其中，现场设备能够通过上级控制单元操控和运行。根据本发明，上级控制单元根据上述实施方式之一构造。备选地或补充地，自动化系统的现场设备中的至少一个现场设备根据上述实施方式之一来构造。相应的自动化系统可以快速且可靠地构建。同样，自动化系统能够以简单的方式被监控，并且因此可以成本高效地运行。
1.一种用于运行现场设备(10)的方法(100)，所述现场设备为了提供多个功能而包括多个部件(12，13，14，15，16，18)，其中，经由隔离放大器(20)为所述现场设备(10)提供电输入功率(26)，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，在步骤b)中利用仿真程序产品(45)确定所述功率需求。
3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，能预设的所述运行概述(32)分别包括时钟变量(66)、显示规则(67)和/或环境变量(68)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(100)，其特征在于，确定所述现场设备(10)的第一功能概述和第二功能概述(36，37)，并且使所述第一功能概述和所述第二功能概述(36，37)的能预设的交替应用(39)能用于选择。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法(100)，其特征在于，确定具有超过所述可用电输入功率(28)的功率需求(31)的第三功能概述(38)，其中，将差异功率需求(48)确定并且显示给用户。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法(100)，其特征在于，通过部件(12，13，14，15，16，18)的自动的单独的激活和去激活(19，21)来确定部件(12，13，14，15，16，18)的功率需求(31)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法(100)，其特征在于，针对与由用户预设的运行概述(34)不同的自动确定的运行概述(34)执行步骤b)，并且针对至少一个自动确定的运行概述(34)使相应的功能概述(35)能用于选择。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法(100)，其特征在于，在所述现场设备(10)的运行期间，在另外的步骤e)中检测所述可用电输入功率(28)，并且在所述可用电输入功率(28)减小(44)时至少执行步骤c)和步骤d)，并且将至少一个节省功能概述(49)确定为待应用的功能概述(35)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法(100)，其特征在于，与所述现场设备(10)和相关的自动化系统(60)的上级控制单元(50)之间的数据交换(52)无关地执行所述方法(100)。
10.一种计算机程序产品(40)，所述计算机程序产品被实施用于接收和处理基于功率的电参量的测量值(23)并且被实施用于确定和输出控制指令，能够由所述控制指令预设现场设备(10)的功能概述(35，36，37，38，49)，其特征在于，所述计算机程序产品(40)被实施用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法(100)。
11.根据权利要求10所述的计算机程序产品(40)，其特征在于，所述计算机程序产品(40)包括相关的所述现场设备(10)的实施为数字孪生的仿真程序产品(45)。
12.一种现场设备(10)，具有多个能单独运行的部件(12，13，14，15，16，18)，能够由所述部件提供所述现场设备(10)的多个功能，并且所述现场设备具有本地控制单元(30)，在所述本地控制单元上以能执行的方式存储有用于运行所述现场设备(10)的计算机程序产品(40)，并且/或者所述现场设备具有用于上级控制单元(50)的数据接口(27)，在所述上级控制单元上以能执行的方式存储有用于运行所述现场设备(10)的计算机程序产品(40)，其特征在于，该计算机程序产品(40)是根据权利要求10或11所述的计算机程序产品。
13.一种用于自动化系统(60)的上级控制单元(50)，所述自动化系统能够经由通信数据连接(42)与多个现场设备(10)连接，其中，用于运行所述现场设备(10)中的至少一个现场设备的计算机程序产品(40)以能执行的方式存储在所述上级控制单元(50)上，其特征在于，该计算机程序产品(40)是根据权利要求10或11所述的计算机程序产品。
14.一种自动化系统(60)，包括与多个现场设备(10)连接的上级控制单元(50)，其特征在于，现场设备(10)中的至少一个现场设备是根据权利要求13所述的现场设备，并且/或者该上级控制单元(50)是根据权利要求13所述的上级控制单元。
