用于工业环境中的过程自动化的测量设备的制作方法

1.本发明涉及工业环境中的过程测量技术和过程自动化。特别地，本发明涉及被造为用于工业环境中的过程自动化的测量设备、测量设备的用于工业环境中的过程自动化中的填充物位测量、极限物位测量、流量测量或压力测量的用途、测量设备的用于通过具有第一无线电通道和第二无线电通道的无线电模块进行从所述测量设备到接收器或云系统的冗余数据传输的用途、方法、程序元件和计算机可读介质


背景技术：

2.在现代过程工业和工厂自动化中，许多现场设备/测量设备通常固定地或移动地、分布地安装在复杂的设施中。通常，可以通过例如控制或总线系统有线地或者通过例如蓝牙或wlan无线通信连接无线地在现场设备和接收器(例如移动通信设备)之间交换现场设备的测量数据、参数化数据和诊断数据以及现场设备的其他用户数据。在工业4.0和工业物联网(iiot)的背景下，现场设备的智能联网变得越来越重要，尤其是在无线通信环境中。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是提供已知无线数据通信的替代方案。
4.该目的通过独立权利要求的特征实现。本发明的进一步发展来自从属权利要求和以下实施例的描述。
5.本发明的第一方面涉及一种测量设备，其被配置为用于工业环境中的过程自动化。该测量设备包括无线电模块，该无线电模块具有被配置为传输测量数据的第一无线电通道、被配置为传输相同的测量数据的第二无线电通道以及控制单元。控制单元被配置为控制第一无线电通道和第二无线电通道，使得从两个无线电模块传输相同的数据。
6.测量设备可以配置为以单向无线电通信的形式传输测量数据。
7.根据另一实施例，测量设备是填充物位测量设备、流量测量设备、压力测量设备或极限物位测量设备。
8.根据另一实施例，控制单元被配置为总是指示第一无线电通道和第二无线电通道接传输测量数据，而不管接收数据如何。
9.由于通过第一无线电通道和第二无线电通道进行的测量数据的冗余传输可以增加从测量设备到接收器的数据传输的可靠性，因此不需要在测量设备中设置反馈通道。因此，可以有利地避免或至少最小化进一步传输数据时的等待时间。在这种情况下，通信是单向通信。
10.根据另一实施例，无线电模块的第一无线电通道被配置为：与第二无线电模块相比，通过不同的无线电技术传输测量数据。
11.测量设备可以被配置为通过测量设备的第一无线电通道和第二无线电通道从测量设备向外部接收器或接收设备冗余地或重复地传输相同的测量数据。此外，两个冗余通信通道或无线电通道可以集成地设置在一个测量设备中。
12.通过第一无线电通道和第二无线电通道进行的测量数据的冗余传输可以增加将测量数据成功传输到接收器或云系统的机会，因为至少一个数据包可以通过第一无线电通道或第二无线电通道到达接收器。
13.根据另一实施例，第一无线电通道是lpwan无线电通道，而第二无线电通道是移动无线电通道。
14.lpwan无线电通道是使用低频窄带无线电技术的低功率广域网(low power wide area network)中的无线电通道。
15.根据另一实施例，lpwan无线电通道是lora无线电通道、sigfox无线电通道、nb-iot无线电通道或mioty无线电通道。
16.在标准化的公开技术框架内，lpwan无线电通道可以被设计为lora无线电通道、nb-iot无线电通道、mioty无线电通道、dect ule无线电通道、symphony link无线电通道、weightless无线电通道、wifi halow无线电通道或cat-m无线电通道。
17.替代地，在专有方法的框架内，lpwan无线电通道可以被设计为sigfox无线电通道、waviot无线电通道或rpma无线电通道。
18.lpwan无线电通道可以被配置为通过私有无线电网络中的免许可频段传输测量数据。为此，lpwan无线电通道可以是例如lora或lora wan无线电通道、mioty无线电通道、symphony link无线电通道、weightless无线电通道、wifi halow无线电通道。
19.此外，lpwan无线电通道可以被配置为通过(例如作为lora-wan无线电通道或sigfox无线电通道的)免许可频段或通过(例如作为nb-iot无线电通道或cat-m无线电通道的)许可频段将测量数据传输到公共无线电网络。
20.根据另一实施例，第一无线电通道是lora无线电通道，而第二无线电通道是lpwan无线电通道，其不是lora无线电通道。
21.因此，第一无线电通道和第二无线电通道可以是两个不同的lpwan无线电通道。
22.根据另一实施例，lpwan无线电通道被配置为为以低于1ghz或1mhz的无线电频率传输测量数据。
23.根据另一实施例，lpwan无线电通道被配置为以至少50km的范围传输测量数据。
24.例如，lpwan无线电通道可以被配置为以至少5km的传输范围传输测量数据。相对长的传输范围可以有利地实现大型运行加工厂中的数据传输。
25.例如，lpwan无线电通道可以被配置为以100kbps到1mbps的速度传输测量数据。例如，在相对较小的数据速率下，lpwan无线电通道可以有效和高效地抑制噪声。这可以有利地提高无线电信号的建筑穿透力。
26.此外，通过lpwan无线电通道进行的测量数据的传输或数据传输会有相对长的等待时间。
27.根据另一实施例，测量设备被配置为通过第一无线电通道和第二无线电通道立接连地或同时地传输测量数据。
28.无线电模块的测量设备或控制单元可以被配置为同步第一无线电通道和第二无线电通道以传输测量数据。通过第一无线电通道和第二无线电通道进行的测量数据的同时传输可以有利地减少使整个无线电传输所需的时间。
29.测量设备可以是自给式测量传感器。测量设备可以具有内部电源，该内部电源被
设计为蓄电池或电池或太阳能电池板，并且被配置为用于操作自给式测量传感器。
30.例如，测量设备可以用于区域网络、国家网络或甚至全球网络中的无线的电池供电型系统。在lpwan无线电通道作为第一无线电通道和/或第二无线电通道的情况下，测量设备也可以被配置为以低传输功率进行数据传输。通过使用低频窄带无线电技术，具有lpwan无线电模块的测量设备可以通过在可商用半导体组件中的集成而低成本且节能。
31.与应总是使用测量所需的能量的有效通信相比，随着更先进、更节能的无线技术的出现，例如用于填充物位监测、极限物位监测或压力值监测的电池供电型传感器在更多范围变得越来越重要。在工业环境中的过程自动化领域的应用具有显著的优势，如物流领域。
32.术语“工业环境中的过程自动化”可以理解为技术的一个子领域，其包含无人工参与的操作机器和设备的所有措施。过程自动化的一个目标是在化学、食品、制药、石油、造纸、水泥、航运或矿业领域中使工厂的各个部件的交互自动化。为此，可以使用大量的传感器，这些传感器特别适用于过程工业的诸如机械稳定性、对于污染物的不敏感性、极端温度、极端压力等特定要求。通常将这些传感器的测量值传输到控制室，在控制室中可以监测诸如填充物位、极限物位、流量、压力或密度等过程参数，并且可以手动或自动更改整个工厂的设置。
33.工业环境中的过程自动化的一个子领域涉及物流自动化。在物流自动化领域中，借助于距离传感器和角度传感器使建筑物内或单个物流设备内的过程自动化。典型的应用是用于以下领域的物流自动化系统：机场的办理行李和货物托运处理领域、交通监控领域(收费系统)、贸易领域、包裹配送或还有建筑物安全(访问控制)领域。先前列出的示例的共同点在于，各个应用端都需要将存在检测与对象大小和位置的精确测量结合起来。为此，可以使用借助于激光、led、2d相机或3d相机的基于光学测量方法的传感器，这些传感器根据渡越时间原理(tof：time of flight)检测距离。
34.工业环境中的过程自动化的另一子领域涉及工厂/制造自动化。在诸如汽车制造业、食品制造业、制药业或一般包装行业等许多行业中，都可以见到这种应用示例。工厂自动化的目的是使通过机器、生产线和/或机器人执行的货物生产自动化，即，在没有人工参与的情况下运行。在此使用的传感器以及在检测对象的位置和大小时对于测量精度的特定要求与上述物流自动化示例中的传感器和特定要求相当。
35.通过lpwan无线电通道(例如lora无线电通道)，测量设备可以被配置为以节能的方式传输测量数据。
36.控制单元可以配置为在传输测量数据后立即将测量设备切换到休眠模式。
37.此外，控制单元可以被配置为将测量设备切换到休眠模式，而不等待接收数据的响应，以进一步节省能源。例如，具有lora无线电通道和移动无线电通道的测量设备可以被配置为取消在传输测量数据后立即通过控制单元对接收设备接收所传输的测量数据的确认，并停止测量数据的传输。因为数据传输可以通过第一第二无线电通道和第二无线电通道同时进行，所以测量设备可以相应更快地切换到休眠模式。
38.因此通过测量设备传输测量数据可以有利地产生低数据量。
39.替代地，可以将测量设备配置为仅将lora无线电通道切换到休眠模式，而无需操作模式“接收确认”。
40.因此，有利的是，处于休眠模式的测量设备可以不总是占用加工厂中的有限空间，并且避免干扰其它类型的通信或加工厂中的另一测量设备与接收设备之间的处于相同频谱中的其它通信另一个的通信模式或在同一频谱中的进一步通信。这使得数据通信可以在没有干扰或至少减少干扰的情况下进行。
41.移动无线电通道可以是5g移动无线电通道，并且可以被配置为以例如高达10gbit/s的数据速率以及具有短的延迟时间和较大的范围进行测量数据的传输。替代地或补充地，移动无线电通道可以是3g移动无线电通道或4g移动无线电通道。
42.移动无线电通道可以被配置为通过移动无线电以非基于ip的数据传输的形式传输数据通信，而无需通过接收设备确认测量数据的接收。
43.lpwan无线电通道可以与移动无线电通道组合，以用于冗余数据发送或数据传输。另外，两种不同的无线电通信技术可以组合或集成在一个测量设备中，以便在现场以不同的频率和/或通过使用不同的协议向外部发送或传输测量数据。此外，可以在测量设备中设置另一无线电通道，以进一步提高数据通信的可靠性。
44.根据另一实施例，测量设备的无线电模块包括具有第一无线电通道的第一无线电单元和具有第二无线电通道的第二无线电单元。
45.因此，第一无线电单元和第二无线电单元可以以集成的方式实施在单个无线电模块中。
46.另一个方面涉及测量设备的用于工业环境中的过程自动化中的填充物位测量、物位极限测量、流量测量或压力测量的用途。
47.另一方面涉及测量设备的用于通过具有第一无线电模块和第二无线电模块的无线电模块进行从测量设备冗余到接收器或云系统的冗余数据传输的用途。
48.接收器或接收设备或云系统可以设置在iot系统中，并且可以被配置为用于接收通过第一无线电通道和第二无线电通道同时且冗余传输的测量数据。
49.另一方面涉及一种用于从测量设备到外部接收器的数据传输的方法。该方法包括以下步骤：通过第一无线电通道传输测量数据，通过第二无线电通道传输测量数据，并控制第一无线电通道和第二无线电通道，使得从两个无线电通道传输相同的测量数据。
50.另一方面涉及一种程序元件，当在测量设备的控制单元上执行该程序元件时，该程序元件指示测量设备执行以下步骤：通过无线电模块的第一无线电通道传输测量数据，通过无线电模块的第二无线电通道传输测量数据，并且控制第一无线电通道和第二无线电通道，使得从两个无线电通道传输相同的测量数据。
51.另一方面涉及一种存储有程序元件的计算机可读介质。
52.下面将参考附图说明本说明的实施例。如果在附图说明中使用相同的附图标记，则它们描述相同或相似的元件。附图中的图示是示意性的且未按比例绘制。
附图说明
53.图1示出了根据实施例的用于数据通信的测量设备的示意图。
54.图2示出了根据实施例的方法的流程图。
具体实施方式
55.图1示出了测量设备100，该测量设备被配置为用于工业环境或iot系统中的过程自动化，并包括具有第一无线电通道110、第二无线电模块120和控制单元130的无线电模块。
56.测量设备100可以是填充物位测量设备、流量测量设备、压力测量设备或极限物位测量设备。
57.第一无线电通道110可以是lpwan无线电通道，特别是lora无线电通道，其被配置为传输测量数据，而第二无线电通道120可以是移动无线电通道，例如其可以是5g移动无线电通道，并被配置为传输测量数据。替代地，第二无线电通道120可以是lpwan无线电通道，其不同于第一无线电通道的lpwan无线电通道。
58.控制单元130被配置为控制第一无线电通道110和第二无线电通道120，使得从两个无线电通道110、120传输相同的测量数据。此外，控制单元130被配置为同时从第一无线电通道和第二无线电通道传输相同的测量数据。
59.例如，测量设备100可以被配置为通过第一lpwan无线电通道或lora无线电通道110将第一数据包115中的测量数据且通过第二移动无线电通道将第二数据包125中的测量数据立即发送或传输到云系统301或服务器或接收器501。第一数据包115和第二数据包125可以具有相同的标识符，接收器501或云系统301可以通过该标识符来识别冗余传输的测量数据。
60.此外，可以通过lpwan无线电通道110和移动无线电通道120以例如高达50km的传输范围传输测量数据。此外，可以通过lpwan无线电通道110以低能耗和相对长的延迟时间传输测量数据。
61.控制单元130可被配置为在传输测量数据后立即将测量设备100切换到休眠模式，而无需等待接收数据的响应，以继续节能。因此，在通过测量设备100传输测量数据的情况下，可以有利地产生小的数据量。
62.通过组合两种或更多种不同的用于冗余数据发送或数据传输的无线电通信技术，测量设备100可以有利地以提高的数据通信可靠性在用于过程自动化的工业环境中或在工业物联网(iiot)系统中使用。
63.测量设备可以具有天线，该天线可以被配置为通过单个公共天线传输来自无线电模块的第一无线电通道和第二无线电通道的测量数据。替代地或补充地，测量设备100可以具有第二天线，以便通过两个分离的天线传输测量数据。
64.图2示出了用于将数据从测量设备100传输到外部接收器的方法的流程图。在步骤201中，通过第一无线电通道110传输测量设备100的测量数据。在步骤202中，通过第二无线电通道120传输测量设备100的测量数据。在步骤203中，可以控制第一无线电通道110和第二无线电通道120，使得从两个无线电通道110、120传输相同的测量数据。
65.此外，可控制第一无线电通道110和第二无线电通道120，使得通过第一无线电通道110和第二无线电通道120接连地或同时地传输测量数据。
66.另外，应指出，“包括”和“具有”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。还应指出，已经参考其中一个上述示例性实施例说明的特征或步骤也可以与上述其他示例性实施例的其他特征或步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应被视为
限制。
67.相关申请的交叉引用
68.本技术要求于2020年11月19日提交的德国专利申请10 2020 130 622.9的优先权，其全部内容通过引入方式并入本文。