FI13458Y1 - Arrangement for collecting data from field devices in the automation system, connection module and device array - Google Patents

Järjestely tiedon keräämiseen automaatiojärjestelmän kenttä- laitteelta, liitinmoduuli ja laitesarjaArrangement for collecting data from the field device of the automation system, connector module and device set

Keksinnön taustaBackground of the invention

Tyypillinen teollisuuden automaatiojärjestelmä käsittää valvontahuo- neen tietokoneet, tietokannat sekä prosessinsäätöohjelmat ja käyttöliittymät. Au- tomaatiojärjestelmä ohjaa teollisuusprosessia erilaisten prosessiin liitettyjen kent- tälaitteiden, kuten säätölaitteet, ohjauslaitteet, anturit, lähettimet ja vastaavat, avulla. Tyypillinen kenttälaite on säätöventtiili, joka on varustettu venttiilinoh- jaimella, Teollisuusautomaatiossa kenttälaitteiden, kuten mittalaitteet ja venttiilit, prosessia ohjaavan automaatiojärjestelmän välinen yhteys voidaan järjestää erilai- silla vaihtoehtoisilla tavoilla. Perinteisesti kenttälaitteet on kytketty ohjausjärjes- telmään kaksijohtimisilla kierrettyjen parien muodostamilla silmukoilla, jolloin kukin laite on kytketty säätöjärjestelmään yhdellä kierretyllä parilla, joka tuottaa 4-20 mA analogisen sisääntulosignaalin. Nykyisin yhteydet voidaan järjestää teh- taan ohjausväylillä, joista käytetään myös nimitystä kenttäväylä. Kenttäväylällä tarkoitetaan usein digitaalista, kaksisuuntaista ja sarjaväyläistä verkkoa, johon voi- daan liittää kenttälaitteita, kuten säätimiä, lähettimiä, kytkimiä ja antureita. Älykäs kenttälaite tarkoittaa käytännössä laitetta, joka pystyy itsenäisesti kommunikoi- maan jonkin kenttäväylän kautta.A typical industrial automation system includes control room computers, databases, and process control programs and user interfaces. The automation system controls the industrial process with the help of various field devices connected to the process, such as control devices, control devices, sensors, transmitters and the like. A typical field device is a control valve that is equipped with a valve controller. In industrial automation, the connection between field devices, such as measuring devices and valves, and the automation system that controls the process can be arranged in various alternative ways. Traditionally, field devices are connected to the control system with loops formed by two-wire twisted pairs, whereby each device is connected to the control system with one twisted pair that produces a 4-20 mA analog input signal. Nowadays, the connections can be arranged with the factory's control busses, which are also called field busses. Fieldbus often refers to a digital, two-way and serial bus network to which field devices such as controllers, transmitters, switches and sensors can be connected. In practice, an intelligent field device means a device that can communicate independently via a field bus.

Yksi esimerkki kenttäväylästä on HART (Highway Addressable RemoteOne example of a fieldbus is HART (Highway Addressable Remote

Transducer. HART), jossa matalatasoiset digitaaliset viestintäsignaalit liitetäänTransducer. HART), where low-level digital communication signals are connected

FSK-modulaatiolla analogisen 4-20 mA:n signaalin päälle. HART-protokolla tarjoaa siten kaksi samanaikaista viestintäkanavaa: 4-20 mA analogisen signaalin, joka vä- littää ensisijaisen mitatun arvon tai ohjausarvon, ja digitaalisen signaalin, joka vä- littaa haluttua muuta tietoa. HART-tiedonsiirto tapahtuu kahden HART-yhteenso- & pivan laitteen, tyypillisesti älykkään kenttälaitteen ja ohjaus- tai valvontajärjestel-With FSK modulation on the analog 4-20 mA signal. The HART protocol thus offers two simultaneous communication channels: a 4-20 mA analog signal that conveys the primary measured value or control value, and a digital signal that conveys the desired other information. HART data transfer takes place between two HART-compatible devices, typically an intelligent field device and a control or monitoring system

N män, välillä. Viestintä tapahtuu yleensä käyttäen standardia instrumentointiluokanN män, between. Communication is usually done using a standard instrumentation class

S johtoa ja käyttäen tavallisia johdotus- ja päätekäytäntöjä. Siksi perinteisen auto- = maatiojärjestelmän 1/O-liitännät sisältävät usein pitkiä johtoja valvomosta laitok-S cord and using standard wiring and termination practices. Therefore, the 1/O connections of a traditional automation system often contain long cables from the control room to the

E 30 seen ja jokainen 1/0-kanava voi sisältää useita yhteysosuuksia signaalin siirtyessä © kaapelista toiseen esimerkiksi kytkentäkaapeissa, jakokaapeissa, ristikytkentäE up to 30 and each 1/0 channel can contain several connection sections when the signal moves © from one cable to another, for example in switch cabinets, distribution cabinets, cross connection

S kaapeissa, ohjauskaapeissa, sähkökaapeissa ja muissa vastaavissa koteloissa. Täl-S in cabinets, control cabinets, electrical cabinets and other similar enclosures. This

S lainen johdotus on kallista asentaa, monimutkainen ylläpitää ja vian etsintä voi ollaThis type of wiring is expensive to install, complicated to maintain, and fault finding can be difficult

N vaikeaa.N difficult.

Kenttälaitteet tuottavat prosessista ja omasta toiminnastaan paljon in- formaatiota, jota halutaan entistä useammin käyttää myös muualla kuin automaatiojärjestelmässä. Informaation keräämiseen tarkoitetut olemassa olevat ratkaisut voidaan jakaa kahteen kategoriaan: 1. Langattomat ratkaisut, jotka perustuvat usein malliin, jossa langaton kommunikointi toteutetaan prosessialueelle sijoitettuihin kenttälaitteisiin, toisin sanoenviestintä tapahtuu suoraan kenttälaitteista alkaen langattomana. Laitteiden sijoittelu saattaa olla hyvinkin hajallaan, välimatkat saattavat olla kymmeniä met- rejä ja matkalla on usein putkia, säiliöitä ja muita signaalia heikentäviä esteitä. Siksi riittävän peittoalueen saavuttamiseksi langattomia tukiasemia tai välitinlaitteita (gateway) saatetaan tarvita prosessialueelle paljonkin, mikä vaatii suuritöisiä —verkkotöitä laitoksessa. Joissakin tapauksissa langattomalla kommunikointiyksi- köllä varustetut kenttälaitteet voivat toimia verkon toistimena.Field devices produce a lot of information about the process and their own operation, which is increasingly wanted to be used in places other than the automation system. The existing solutions for collecting information can be divided into two categories: 1. Wireless solutions, which are often based on a model where wireless communication is implemented in field devices placed in the process area, in other words, communication takes place directly from the field devices wirelessly. The placement of the devices may be very scattered, the distances may be tens of meters, and there are often pipes, tanks and other obstacles that weaken the signal. Therefore, in order to achieve a sufficient coverage area, wireless base stations or relay devices (gateways) may be needed in the process area, which requires extensive network work in the facility. In some cases, field devices equipped with a wireless communication unit can act as a network repeater.

Yhteistä kaikille toteutuksille on perusrakenne, jossa kerätty data koo- taan välitinyksikköön (gateway), josta se lähetetään etäälle sijoitettuun tiedonke- ruu- ja käsittelyjärjestelmään, esimerkiksi internetin yli pilvipalveluun asiakasjär- jestelmien hyödynnettäväksi.Common to all implementations is a basic structure in which the collected data is collected in a relay unit (gateway), from where it is sent to a remotely located data collection and processing system, for example over the Internet to a cloud service for use by customer systems.

Keksinnön lyhyt selostusBrief description of the invention

Keksinnön tavoitteena on langaton tiedonkeruujärjestely, jolla ongel- mia voidaan lieventää tai välttää. Keksinnön tavoite saavutetaan itsenäisen suoja- vaatimuksen mukaisella järjestelyllä. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epaitsendisten suojavaatimusten kohteena.The goal of the invention is a wireless data collection arrangement that can mitigate or avoid problems. The goal of the invention is achieved by an arrangement according to the independent protection requirement. Advantageous embodiments of the invention are subject to special protection requirements.

Keksinnön ensimmäinen aspekti on järjestely tiedon keräämiseen teol- lisuuden automaatiojärjestelmän kenttälaitteelta, joka järjestely käsittää langattoman tiedonkeruulaitteen kytkettäväksi kenttälaitteen langoi- tettuun kenttäväylään automaatiojärjestelmässä, jolloin langaton tiedonkeruulaite käsittää välineet käyttöenergian ottamiseen kenttäväylästä tai ulkoisesta käyttö- & jännitteestä, välineet kommunikointiin kenttälaitteen kanssa kenttäväylän kauttaThe first aspect of the invention is an arrangement for collecting data from a field device of an industrial automation system, which arrangement comprises a wireless data collection device to be connected to the wired field bus of the field device in the automation system, in which case the wireless data collection device comprises means for taking operating energy from the field bus or external operating & voltage, means for communicating with the field device via the field bus

N ja välineet langattomaan lyhyen etäisyyden kommunikointiin,N and means for wireless short-range communication,

S langattoman välitinlaitteen, jossa on välineet langattomaan lyhyen etäi- = syyden kommunikointiin langattoman tiedonkeruulaitteen kanssa sekä välineetS of a wireless relay device with means for wireless short-distance communication with a wireless data collection device and means

E 30 kommunikointiin etäälle sijoitetun tiedonkeruu- ja käsittelyjärjestelmän kanssa, © jolloin välitinlaite ja tiedonkeruulaite on tarkoitettu sijoitettavaksi sa-E 30 for communication with a remotely located data collection and processing system, © in which case the relay device and the data collection device are intended to be placed in

S maan kytkentäkaappiin tai vastaavaan, jonka kautta langoitetun kenttäväylän kaa-S to the earth's switching cabinet or similar, through which the wired field bus

S pelointi on kytketty, ja jolloin langaton tiedonkeruulaite on integroitu riviliitti-The alarm is connected, and when the wireless data collection device is integrated in the

N meen, joka tarkoitettu asennettavaksi DIN-kiskolle tavanomaisen riviliittimen pai- kalle kytkemään langoitetun kenttäväylän kaapelointi.N, which is intended to be installed on a DIN rail instead of a conventional terminal block, to connect wired fieldbus cabling.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa välitinlaite on sovitettu kommu- nikoimaan useiden, riviliittimiin integroitujen tiedonkeruulaitteiden kanssa, jotka sijoitettu samaan kytkentäkaappiin tai vastaavaan.In one embodiment of the invention, the relay device is adapted to communicate with several data collection devices integrated in terminal blocks, which are placed in the same switch cabinet or similar.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa tiedonkeruulaite on sovitettu la- hettämään kenttälaitteelle sanomia ja muokkaamaan kenttälaitteelta tulevia sano- mia sekä välittämään kenttälaitteelta tulevia muokattuja sanomia eteenpäin väli- tinlaitteelle, ja tiedonkeruulaite on sovitettu vastaanottamaan komentoja välitin- laitteelta ja muokkaamaan kenttälaitteelle lähetettyjen sanomien sisältöä niiden mukaan.In one embodiment of the invention, the data collection device is adapted to send messages to the field device and modify the messages coming from the field device, and forward the modified messages from the field device to the relay device, and the data collection device is adapted to receive commands from the relay device and modify the content of the messages sent to the field device accordingly.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa tiedonkeruulaitteen välineet käyttöenergian ottamiseen ulkoisesta käyttöjännitteestä käsittävät välineet, jotka kytkeytyvät ulkoiseen käyttöjänniteväylään riviliittimen ollessa asennettuna DIN- kiskolle, ja DIN-kiskolle rinnakkain asennetut riviliittimet kytkeytyvät samaan käyttöjänniteväylään.In one embodiment of the invention, the means of the data collection device for taking operating energy from the external operating voltage comprise means that are connected to the external operating voltage bus while the terminal block is installed on the DIN rail, and the terminal blocks installed in parallel on the DIN rail are connected to the same operating voltage bus.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa ulkoinen jännitelähde on sijoi- tettu DIN-kiskolle asennettavaan moduuliin, joka kytkeytyy käyttöjänniteväylään.In one embodiment of the invention, the external voltage source is placed in a module mounted on a DIN rail, which is connected to the operating voltage bus.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa välitinlaite on sijoitettu DIN-kis- kolle asennettavaan moduuliin.In one embodiment of the invention, the relay device is placed in a module to be mounted on a DIN rail.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa digitaalinen kenttäväylä onIn one embodiment of the invention, the digital fieldbus is

HART, Profibus PA, Profibus DP, Foundation Fieldbus H1, SPE, APL, AS-i tai 10-link -kenttäväylä.HART, Profibus PA, Profibus DP, Foundation Fieldbus H1, SPE, APL, AS-i or 10-link fieldbus.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa lyhyen etäisyyden langaton vies- tintä on Bluetooth, erityisesti Bluetooth Low Energy, BLE.In one embodiment of the invention, the short-range wireless communication is Bluetooth, especially Bluetooth Low Energy, BLE.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa etäälle sijoitettu tiedonkeruu- ja käsittelyjärjestelmä käsittää verkkopalvelimen, pilvipalvelun, keskitetyn tietokan- n nan ja/tai analytiikkasovelluksen.In one embodiment of the invention, the remotely located data collection and processing system comprises a web server, a cloud service, a centralized database and/or an analytics application.

N Keksinnön toinen aspekti on riviliittimeen integroitu langaton tiedon- n keruulaite, joka on tarkoitettu käytettäväksi ensimmäisen aspektin mukaisessa jär- < jestelyssa. = 30 Keksinnön kolmas aspekti on laitesarja, joka käsittää langattoman väli-N The second aspect of the invention is a wireless data collection device integrated into the terminal block, which is intended for use in the arrangement according to the first aspect. = 30 The third aspect of the invention is a set of devices comprising a wireless inter-

E tinlaitteen ja ainakin yhden riviliittimeen integroidun langattoman tiedonkeruu- co laitteen, jotka on tarkoitettu käytettäväksi ensimmäisen aspektin mukaisessa jär-E-device and at least one wireless data collection device integrated in the terminal block, which are intended to be used in the system according to the first aspect

S jestelyssa.S in jesting.

NOF

N Kuvioiden lyhyt selostusN Brief description of the patterns

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yh- teydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:The invention will now be explained in more detail in connection with advantageous embodiments, referring to the attached drawings, of which:

Kuvio 1 esittää yksinkertaistetun lohkokaavion esimerkkinä kenttälait- teiden yhdistämisestä automaatiojärjestelmään kytkentäkaapin kautta;Figure 1 shows a simplified block diagram as an example of connecting field devices to the automation system via a switch cabinet;

Kuvio 2 esittää yksinkertaistetun lohkokaavion esimerkkinä keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesta järjestelystä tiedon keräämiseen kenttälait- teilta kuvion 1 mukaisessa järjestelmässä;Figure 2 shows a simplified block diagram as an example of an arrangement according to one embodiment of the invention for collecting data from field devices in the system according to Figure 1;

Kuvio 3 esittää yksinkertaistetun lohkokaavion erään suoritusmuodon mukaisesta liitinmoduulista;Figure 3 shows a simplified block diagram of a connector module according to one embodiment;

Kuviot 4A ja 4B havainnollistavat esimerkkiä valmiista liitinmoduulista edestä ja vastaavasti sivulta nähtynä, kuvio 4C havainnollistaa esimerkkiä liitinmo- duulista avattuna edestä nähtynä, ja kuvio 4D on liitinmoduulin yksinkertaistettu sivupoikkileikkaus;Figures 4A and 4B illustrate an example of a finished connector module as seen from the front and respectively from the side, Figure 4C illustrates an example of an opened connector module as seen from the front, and Figure 4D is a simplified side cross-section of the connector module;

Kuvio 5 esittää yksinkertaistetun lohkokaavion toisen suoritusmuodon mukaisesta liitinmoduulista;Figure 5 shows a simplified block diagram of a connector module according to another embodiment;

Kuvio 6 esittää tehonsyöttöjärjestelyn, jossa syötetään ulkoinen käyttö- jänniterinnakkaisille riviliittimille; jaFigure 6 shows a power supply arrangement where an external operating voltage is supplied to the parallel terminal blocks; and

Kuvio 7 on perspektiivikuva DIN-kiskoon asennetuista väyläliittimistä.Figure 7 is a perspective view of bus connectors mounted on a DIN rail.

Keksinnön esimerkkisuoritusmuotojen yksityiskohtainen selostusDetailed description of exemplary embodiments of the invention

Keksintöä voidaan soveltaa tietojen keräämiseen kenttälaitteilta erilai- sissa teollisissa automaatiojärjestelmissä, kiinteistöautomaatiojärjestelmissä ja muissavastaavissa, joissa langoitettujen kenttäväylien kaapelointi kenttälaitteilta automaatiojärjestelmän ohjaus- tai valvontaosiin on reititetty ainakin yhden kyt- kentäkaapin kautta, jossa kenttälaitteelta tuleva kenttäväylän kaapeliosuus on kyt- ketty automaatiojärjestelmän ohjaus- tai valvontaosaan lähtevään kenttäväylän kaapeliosuuteen. Kytkentäkaapilla tarkoitetaan tässä yhteydessä yleisesti kaappia tai kotelointia, jossa kenttäväylän kaapeliosuuksia kytketään yhteen, kuten jako- & kaapit ristikytkentäkaapit, ohjauskaapit, sähkökaapit, ym.The invention can be applied to the collection of data from field devices in various industrial automation systems, building automation systems and the like, where the cabling of wired fieldbuses from the field devices to the control or monitoring parts of the automation system is routed through at least one switch cabinet, where the cable part of the fieldbus coming from the field device is connected to the part leaving the control or monitoring part of the automation system to the cable section of the field bus. In this context, the connection cabinet generally refers to a cabinet or enclosure where the cable sections of the fieldbus are connected together, such as distribution cabinets, cross-connection cabinets, control cabinets, electrical cabinets, etc.

N Tässä kenttäväylällä tarkoitetaan sekä analogista että digitaalista lan-N Here, fieldbus refers to both analog and digital land-

S goitettua yhteyttä. Keksintöä voidaan soveltaa kaikkiin digitaalisiin kenttäväylä- = tyyppeihin ja protokolliin, kuten HART, Profibus PA, Profibus DP, Foundation Field-S goted connection. The invention can be applied to all digital fieldbus = types and protocols, such as HART, Profibus PA, Profibus DP, Foundation Field-

E 30 bus H1, SPE (Single Pair Ethernet), APL (Advanced Physical Layer), AS-i tai 10-link. © On kuitenkin ymmärrettävä, että esillä olevan keksinnön kannalta kenttäkommu-E 30 bus H1, SPE (Single Pair Ethernet), APL (Advanced Physical Layer), AS-i or 10-link. © However, it must be understood that in terms of the present invention, the field commu-

S nikointirajapinnan, eli kenttäväylän ja sen käyttämän protokollan tyyppi tai toteu-The type or implementation of the S nic interface, i.e. the field bus and the protocol it uses

N tus ei ole merkityksellinen.N tus is not relevant.

N Kuvio 1 esittää yksinkertaistetun lohkokaavion esimerkkinä kenttälait- teiden 6 ja 8 yhdistämisestä automaatiojärjestelmään 2 kytkentäkaapin 4 kautta.N Figure 1 shows a simplified block diagram as an example of connecting the field devices 6 and 8 to the automation system 2 via the switch cabinet 4.

Kenttälaitteet 6 on kytketty ns. point-to-point konfiguraatiolla, jossa kukin laite 6 on kytketty automaatiojärjestelmään 2 omalla kaksijohtimisella kenttäväylällä 12.The field devices 6 are connected to the so-called with a point-to-point configuration, where each device 6 is connected to the automation system 2 with its own two-wire fieldbus 12.

Tässä tapauksessa kukin kaksijohtiminen kenttäväylä 12 voi muodostaa 4-20 mA virtasilmukan, jossa siirretään analoginen signaali. Lisäksi kenttälaitteet 12 voivat tukea digitaalista kenttäväyläprotokollaa, kuten HART, jonka digitaalinen signaali 5 sijoitetaan analogisen signaalin päälle. Esimerkissä kenttälaitteet 8 on puolestaan kytketty ns. multi-drop konfiguraatiolla, jossa kaikki laitteet 8 on kytketty auto- maatiojärjestelmään 2 yhteisellä kaksijohtimisella kenttäväylällä 14. Kenttälait- teilla 8 on laiteosoitteet ja kenttäväylällä 14 siirretään vain digitaalista informaa- tiota esimerkiksi HART-protokollan mukaisesti. Jos kaksijohtiminen kenttäväylä 14 muodostaa myös virtasilmukan, kukin kenttälaite asettaa ulostulonsa tiettyyn vakioarvoon, esim. 4 mA. Esimerkissä kenttäväylät 12 ja 14 muodostuvat kahdesta kaapeliosuudesta 12A ja 12B sekä vastaavasti 14A ja 14B, jotka kytketään toisiinsa kytkentäkaapissa 4 liittimillä 10. Liittiminä 10 käytetään yleisesti ns. riviliittimiä, jotka ovat standardikokoisia liitinmoduuleja, jotka napsautetaan vierekkäin stan- dardikokoiseen kiinnityskiskoon, ns. DIN-kiskoon, joita on usein järjestetty useita kytkentäkaappiin. Riviliittimien johdinliitäntäelementteinä käytetään esimerkiksi ruuviliittimiä, siirtoliittimiä tai jousiliittimiä.In this case, each two-wire fieldbus 12 can form a 4-20 mA current loop in which an analog signal is transferred. In addition, the field devices 12 can support a digital fieldbus protocol, such as HART, whose digital signal 5 is placed on top of the analog signal. In the example, the field devices 8 are connected to the so-called with a multi-drop configuration, where all the devices 8 are connected to the automation system 2 with a common two-wire field bus 14. The field devices 8 have device addresses and the field bus 14 only transfers digital information in accordance with, for example, the HART protocol. If the two-wire field bus 14 also forms a current loop, each field device sets its output to a certain constant value, e.g. 4 mA. In the example, the field buses 12 and 14 consist of two cable sections 12A and 12B and 14A and 14B, respectively, which are connected to each other in the switch cabinet 4 with connectors 10. The connectors 10 are generally used as so-called terminal blocks, which are standard-sized terminal modules that are clicked next to each other on a standard-sized mounting rail, so-called to a DIN rail, which are often arranged several times in a switch cabinet. For example, screw terminals, transfer terminals or spring terminals are used as wire connection elements for terminal blocks.

Kuvio 2 esittää yksinkertaistetun lohkokaavion esimerkkinä keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti järjestelystä tiedon keräämiseen kenttälaitteilta 6ja 8 kuvion 1 mukaisessa järjestelmässä. Järjestelyssä langaton tiedonkeruulaite on integroitu riviliitinmoduuliin 20, joka mahdollistaa langattoman kommunikoin- nin yksittäisen kenttäväylän kanssa. Liitinmoduuli 20 on tarkoitettu asennetta- vaksi suoraan tavanomaisen riviliittimen 10 paikalle kytkentäkaappiin 4 kytke- mään langoitetun kenttäväylän 12 tai 14 kaapelointi ilman lisätilan tai -kaapeloin- nin tarvetta. Jokaista kenttäväylää 12 tai 14 varten, jonka kanssa halutaan kommu- n nikoida langattomasti, on asennettava oma liitinmoduuli 20. Kytkentäkaappiin 4Figure 2 shows a simplified block diagram as an example, according to one embodiment of the invention, of an arrangement for collecting data from field devices 6 and 8 in the system according to Figure 1. In the arrangement, the wireless data collection device is integrated into the terminal block module 20, which enables wireless communication with the individual field bus. The connector module 20 is intended to be installed directly in the place of the conventional terminal block 10 in the connection cabinet 4 to connect the cabling of the wired field bus 12 or 14 without the need for additional space or cabling. For each fieldbus 12 or 14 with which you want to communicate wirelessly, you must install a separate connector module 20. In the connection cabinet 4

N asennetulla langattomalla välitinyksiköllä (gateway) 22 voi olla langaton yhteys sa- n manaikaisesti useiden tai kaikkien samaan kytkentäkaappiin asennettujen liitin- < moduulien 20 kanssa. Välitinyksikkö 22 voi olla sijoitettu DIN-kiskoon asennetta- = 30 vaa moduuliin, kuten riviliitinmoduulin runkoon.The installed wireless relay unit (gateway) 22 can simultaneously have a wireless connection with several or all connector modules 20 installed in the same switch cabinet. The transmitter unit 22 can be placed on a DIN rail in an attitude = 30, or in a module, such as in the body of a terminal block module.

E Kuvio 3 esittää yksinkertaistetun lohkokaavion esimerkkisuoritusmuo- co don mukaisesta liitinmoduulista 20. Liitinmoduuli 20 käsittää johdinliitäntäele-E Figure 3 shows a simplified block diagram of the connector module 20 according to the example embodiment. The connector module 20 comprises a wire connection element

S mentit 220, joihin kenttäväylän 12 tai 14 kaapeliosuuksien johtimet kytketään kaa-S ments 220, to which the conductors of the cable sections of the field bus 12 or 14 are connected

N peliosuuksien kytkemiseksi tavanomaiseen tapaan toisiinsa. Riviliitinmoduulin 20To connect N game parts to each other in the usual way. 20 of the line connector module

S 35 — sisällä langaton tiedonkeruulaite on kytketty kenttälaitteen 6 tai 8 ja automaa- tiojärjestelmän 2 väliseen kaksijohtimiseen kenttäväylään 12 tai 14. Esimerkissä tiedonkeruulaite käsittää kenttäväylään kytketyn virtalähteen 210, joka ottaa lait- teen tarvitseman sähköenergian kenttäväylästä siten, että erillistä ulkopuolista te- honsyöttöä ei tarvita. Lisäksi kenttäväylään on kytketty väylämuunnin 212, joka toimii fyysisen tason sovittimena laitteen ja kenttäväylän välillä kommunikoinnin yhteensovittamiseksi, esimerkiksi jännite- ja signaalitasojen sovittamiseksi. Edel- leen tiedonkeruulaite käsittää langattoman kommunikointiliitännän 216, joka mahdollistaa lyhyen etäisyyden langattoman kommunikoinnin 21 lähelle sijoitetun langattoman välitinyksikön (gateway) 22 kanssa. Tiedonkeruulaite käsittää myös ohjausyksikön 214, joka ohjaa väylämuuntimen 212 ja kommunikointiliitännän 216 kautta tapahtuvaa kommunikaatiota. Ohjausyksikkö 214 lähettää sanomia kenttälaitteelle ja vastaanottaa kenttälaitteelta tulevia vastauksia kulloinkin käy- tettävän digitaalisen kenttäväyläprotokollan mukaan. Ohjausyksikkö 214 välittää kenttälaitteelta tulleita vastauksia eteenpäin välitinyksikölle 22 ja edullisesti sitä kautta edelleen ulkopuolisille järjestelmille, esimerkiksi keskitettyyn tietokantaan — tallentamista varten. Ohjausyksikkö 214 voi vastaanottaa välitinyksiköltä 214 ul- kopuolisia komentoja, joilla voidaan muokata kenttälaitteelle lähetettyjen sano- mien sisältöä, esimerkiksi käynnistää tietyn tiedon kysely. Muisti 218 voi olla jär- jestetty toimimaan välitettävän tiedon puskurina sekä kenttälaitteelta vastaanotet- tavalle informaatiolle että ulkopuolisista järjestelmistä kenttälaitteelle välitettä- valle tai konfigurointia varten tulevalle informaatiolle.S 35 — inside, the wireless data collection device is connected to the two-wire field bus 12 or 14 between the field device 6 or 8 and the automation system 2. In the example, the data collection device comprises a power source 210 connected to the field bus, which takes the electrical energy needed by the device from the field bus so that a separate external power supply is not required . In addition, a bus converter 212 is connected to the field bus, which functions as a physical level adapter for coordinating communication between the device and the field bus, for example for adjusting voltage and signal levels. Furthermore, the data collection device comprises a wireless communication interface 216, which enables short-distance wireless communication 21 with a wireless relay unit (gateway) 22 placed nearby. The data collection device also comprises a control unit 214, which controls the communication via the bus converter 212 and the communication interface 216. The control unit 214 sends messages to the field device and receives responses from the field device according to the digital field bus protocol used at the time. The control unit 214 forwards the responses from the field device to the relay unit 22 and preferably through it to external systems, for example to a centralized database — for storage. The control unit 214 can receive external commands from the relay unit 214, which can be used to modify the content of the messages sent to the field device, for example to initiate a request for certain information. The memory 218 can be arranged to function as a buffer for the information to be transmitted, both for information received from the field device and for information transmitted to the field device from external systems or for configuration.

Digitaalisen kenttäväylän sijasta tiedonkeruu voi joissakin tapauksissa tapahtua myös suoraan ainoastaan analogista viestiä (esim. jännite, virta, resis- tanssi, pulssi) lähettävältä kenttälaitteelta, kuten anturilta tai mittalähettimeltä.Instead of a digital field bus, in some cases, data collection can also take place directly from a field device that sends only an analog message (e.g. voltage, current, resistance, pulse), such as a sensor or measuring transmitter.

Tällöin kenttälaite ei kykene lähettämään tai vastaanottamaan digitaalisia viestejä kenttäväylän yli. Kommunikaatio on yksisuuntaista siten, että tiedonkeruulaite n vain kerää analogisesta viestistä anturin tai mittalähettimen tuottamaa raakadataa.In this case, the field device is unable to send or receive digital messages over the field bus. The communication is one-way, so that the data collection device n only collects the raw data produced by the sensor or measuring transmitter from the analog message.

N Langaton kommunikointi 21 on edullisesti Bluetooth tai Bluetooth Low n Power (BLE)-teknologiaan perustuva, mutta se voi olla mikä tahansa muukin pie- < nitehoinen lyhyen kantaman (muutamasta senttimetristä useisiin metreihin) ra- = 30 dioteknologia, kuten Zigbee. Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa langatto-N Wireless communication 21 is preferably based on Bluetooth or Bluetooth Low n Power (BLE) technology, but it can be any other low-power short-range (from a few centimeters to several meters) radio technology, such as Zigbee. In a preferred embodiment of the invention, the wireless

E man kommunikointiliitännän 218 kytketään päälle ainoastaan, kun välitinyksikkö co 22 lähettää kyselyn tai sille ollaan vastaamassa. Ainoastaan kytkentäkaapin sisälläE man's communication interface 218 is switched on only when the relay unit co 22 sends a query or is in the process of responding to it. Only inside the switch cabinet

S 4 tapahtuvan langattoman tiedonsiirron 21 ansiosta lähetystehontarve on todellaThanks to the wireless data transfer 21 that takes place in S 4, the transmission power requirement is really

N pieni. Näillä järjestelmän ominaisuuksilla energiankulutus saadaan niin pieneksi,N small. With these system features, energy consumption can be made so small,

S 35 ettd liitinmoduuli 20 kykenee toimimaan vain kenttäväylän kaapelista ottamallaan energialla ilman, että kenttälaitteen 6 tai 8 toiminta vaarantuu.S 35 ettd connector module 20 is only able to operate with the energy it takes from the field bus cable without jeopardizing the operation of the field device 6 or 8.

Kuviot 4A ja 4B havainnollistavat esimerkkiä valmiista liitinmoduulista 20 edestä ja vastaavasti sivulta nähtynä. Liitinmoduuli 20 voi olla ulkopuolelta ja kooltaan standardi riviliittimen kotelo, joka voidaan asentaa standardille DIN- asennuskiskolle 40 tavanomaisen riviliittimen 10 paikalle. Liitinmoduulin 20 si- vuissaonnähtävillä johdinliitäntäelementtien 220 asennusaukot, joihin asennetta- vat johtimet työnnetään sisään. Kuvio 4C havainnollistaa esimerkkiä liitinmoduu- lista 20 avattuna edestä nähtynä. Esimerkissä tiedonkeruulaite on toteutettu yh- delle piirikortille 230, joka on niin pieni, että se voidaan asentaa riviliitinkotelon sisään. Kuvio 4D on liitinmoduulin 20 kaavamainen sivupoikkileikkaus, joka ha- —vainnollistaa piirilevyn 230 sijoittumista liitinkotelon sisään. Liitinkotelon sisä- puolelle on järjestetty myös useita johdinliitäntäelementtejä 220 johtimien kytke- mistä varten. Liitäntäelementit 220 on kytketty pareittain toisiinsa.Figures 4A and 4B illustrate an example of the finished connector module 20 as seen from the front and from the side, respectively. The terminal module 20 can be a standard terminal block housing on the outside and in size, which can be installed on a standard DIN mounting rail 40 in place of a conventional terminal block 10. The installation openings of the wire connection elements 220, into which the wires to be installed are inserted, can be seen on the sides of the connector module 20. Figure 4C illustrates an example of the connector module 20 as seen from the front when opened. In the example, the data collection device is implemented on one circuit board 230, which is so small that it can be installed inside the terminal box. Figure 4D is a schematic side cross-section of the connector module 20, which illustrates the placement of the circuit board 230 inside the connector housing. Several conductor connection elements 220 are also arranged on the inside of the connector housing for connecting the conductors. The connection elements 220 are connected in pairs to each other.

Keksinnön mukaisen liitinmoduulin 20 käyttöönotto on erittäin helppo ja edullinen, koska laitteen kytkentätapa vastaan tavallisen riviliittimen 10 kytken- tääeikä laitteen kytkentä ei myöskään vaikuta millään tavalla automaatiojarjestel- män 22 toimintaan.The introduction of the connector module 20 according to the invention is very easy and inexpensive, because the connection method of the device is different from the connection of a standard terminal block 10, and the connection of the device also does not affect the operation of the automation system 22 in any way.

Välitinyksiköllä 22 on langaton lyhyen etäisyyden kommunikointilii- täntä, joka kautta se kommunikoi langattomasti kytkentäkaapissa olevien liitinmo- duulien 20 kanssa. Välitinyksiköllä 22 on toinen kommunikointiliitäntä, jonka — kautta se liittyy langallisesti tai langattomasti paikalliseen tietoverkkoon, kuten lai- toksen tai tehtaan sisäiseen tietoverkkoon 23, tai yleiseen tietoverkkoon, kuten matkaviestinverkkoon, ja edelleen Internetiin 24. Välitinyksikkö 22 välittää liitin- moduuleilta 20 vastaanotettavan informaation ulkopuoliselle järjestelmälle, esi- merkiksi Internetiin kytketylle palvelimelle 26, jossa informaatiota voidaan käyt- täähyödyksi. Välitinyksikkö 22 kykenee vastaanottamaan ulkopuoliselta jarjestel- n mältä tulevia komentoja, muuttamaan omaa toimintaansa näiden komentojen pe-The relay unit 22 has a wireless short-distance communication interface, through which it communicates wirelessly with the connector modules 20 in the switch cabinet. The relay unit 22 has another communication interface through which — it is connected wired or wirelessly to a local data network, such as the internal data network 23 of a facility or factory, or to a general data network, such as a mobile communication network, and further to the Internet 24. The relay unit 22 transmits the information received from the connector modules 20 to an external system , for example to a server 26 connected to the Internet, where the information can be used to advantage. The relay unit 22 is able to receive commands from an external system, to change its own operation based on these commands.

N rusteella sekä lähettämään ja välittämään komentoja liitinmoduuleille 20. Ulko- n puolinen järjestelmä voi käsittää esimerkiksi pilvipalveluna analytiikkasovelluk- < sen, johon laitokselta kerätään ja tallennetaan tietoa käyttäjien hyödynnettäväksi. = 30 Keksinnön mukaisen järjestely on asennettavissa helposti, edullisesti jaWith N and to send and forward commands to the connector modules 20. The external system can comprise, for example, an analytics application as a cloud service, in which information from the facility is collected and stored for use by users. = 30 The arrangement according to the invention can be installed easily, inexpensively and

E ilman prosessille tai automaatiojärjestelmälle aiheutettavia häiriöitä. Hyöty koros- co tuu etenkin olemassa olevissa laitoksissa, joissa tilaa on rajatusti eikä lisätilan va-E without disturbing the process or the automation system. The benefit is particularly emphasized in existing facilities where space is limited and no additional space is required.

S pauttaminen tai rakentaminen onnistu helposti. Myöskään mitään kalliita ole-It's easy to build or build. Also nothing expensive

N massa olevia komponentteja ei tarvitse uudistuksessa vaihtaa. Korvattava laite onThe components in mass N do not need to be changed in the renewal. The device to be replaced is

S 35 todella edullinen riviliitin ja kaikki muut automaatiojärjestelmään kuuluvat kom- ponentit ovat edelleen käyttökelpoisia uudistuksen jälkeenkin.The S 35 really affordable terminal block and all other components of the automation system are still usable even after the renovation.

Kuviot 4A ja 4B havainnollistavat esimerkkiä valmiista liitinmoduulista 20 edestä ja vastaavasti sivulta nähtynä. Liitinmoduuli 20 voi olla ulkopuolelta ja kooltaan standardi riviliittimen kotelo, joka voidaan asentaa standardiin DIN-asen- nuskiskoon 40 tavanomaisen riviliittimen 10 paikalle. Liitinmoduulin 20 sivuissa onnähtävillä johdinliitäntäelementtien 220 asennusaukot, joihin asennettavat joh- timet työnnetään sisään. Kuvio 4C havainnollistaa esimerkkiä liitinmoduulista 20 avattuna sivulta nähtynä. Esimerkissä tiedonkeruulaite on toteutettu yhdelle piiri- kortille, joka on niin pieni, että se voidaan asentaa riviliitinkotelon sisään. Kuvio 4D on liitinmoduulin 20 kaavamainen sivupoikkileikkaus, joka havainnollistaa pii- —rilevyn 230 sijoittumista liitinkotelon sisään. Liitinkotelon sisäpuolelle on järjes- tetty myös useita johdinliitäntäelementtejä 220 johtimien kytkemistä varten. Lii- täntäelementit 220 on kytketty pareittain toisiinsa.Figures 4A and 4B illustrate an example of the finished connector module 20 as seen from the front and from the side, respectively. The connector module 20 can be a standard terminal block housing on the outside and in size, which can be installed on a standard DIN mounting rail 40 instead of the usual terminal block 10. On the sides of the connector module 20, the installation openings of the wire connection elements 220 are visible, into which the wires to be installed are inserted. Figure 4C illustrates an example of the connector module 20 when viewed from the side when opened. In the example, the data collection device is implemented on one circuit board, which is so small that it can be installed inside a terminal box. Figure 4D is a schematic side cross-section of the connector module 20, which illustrates the placement of the circuit board 230 inside the connector housing. A number of wire connection elements 220 for connecting wires are also arranged on the inside of the connector housing. The connecting elements 220 are connected in pairs to each other.

Eräissä suoritusmuodoissa liitinmoduuli 20 voi olla sovitettu ottamaan tarvitsemansa sähköenergian kenttäväylän sijasta ulkopuolisesta käyttöjännit- — teestä. Tarve ulkopuoliselle käyttöjännitteelle voi syntyä esimerkiksi tilanteessa, jossa kenttäväylästä mitattava suure (jännite, pulssi, jne.) on sellainen, että virta- silmukka ei kykene syöttämään käyttöjännitettä riviliittimelle.In some embodiments, the connector module 20 can be adapted to take the electrical energy it needs from the external operating voltage instead of the field bus. The need for an external operating voltage may arise, for example, in a situation where the quantity measured from the field bus (voltage, pulse, etc.) is such that the current loop is unable to supply the operating voltage to the terminal block.

Kuvio 5 esittää yksinkertaistetun lohkokaavion esimerkkisuoritusmuo- don mukaisesta liitinmoduulista 20, jossa virtalähde 250 on kytketty ulkoiseen —käyttöjännitteeseen. Muilta osin liitinmoduulin 20 rakenne ja toiminta voi olla sa- manlainen kuin kuvion 3 esimerkkisuoritusmuodossa, jossa virtalähde 210 on kyt- ketty ottamaan käyttöenergian kenttäväylästä 12/14. Eräissä suoritusmuodoissa virtalähde 250 voi olla kytketty myös kenttäväylään ja valinnaisesti ottaa käyttö- energian kenttäväylästä tai ulkoisesta käyttöjännitteestä, mikäli sellainen on saa- —tavilla. Edullisissa esimerkkisuoritusmuodoissa ulkoinen käyttöjännite tuodaan lii- n tinmoduulille 20 sopivilla välineillä, esimerkiksi riviliitinmoduulin kiskoväyläkos-Figure 5 shows a simplified block diagram of the connector module 20 according to the example embodiment, where the power source 250 is connected to an external operating voltage. In other respects, the structure and operation of the connector module 20 can be similar to the exemplary embodiment of Figure 3, where the power source 210 is connected to take operating energy from the field bus 12/14. In some embodiments, the power source 250 can also be connected to the field bus and optionally take operating energy from the field bus or from an external operating voltage, if such is available. In advantageous exemplary embodiments, the external operating voltage is brought to the connector module 20 with suitable means, for example the rail bus of the terminal block module

N kettimilla, kuten kuviossa 4C havainnollistetut, liitinmoduulin pohjassa olevat kos- n kettimet 240. Kiskoväyläkoskettimet 240 kytkeytyvät DIN-kiskolle 40 muodostet- < tuun ulkoiseen käyttöjänniteväylään 52, 54 riviliitinmoduulin ollessa asennettuna = 30 DIN-kiskolle. Käyttöjänniteväylä 52, 54 on kytketty ulkoiseen virtalähteeseen 50,With N contacts, as illustrated in Figure 4C, the contacts 240 at the bottom of the connector module. The rail bus contacts 240 are connected to the external operating voltage bus 52, 54 formed on the DIN rail 40 when the terminal block module is installed = 30 on the DIN rail. The operating voltage bus 52, 54 is connected to an external power source 50,

E joka syöttää käyttöjännitteen. Käyttöjänniteväylä 52, 54 voidaan muodostaa esi- © merkiksi DIN-kiskolle asennettavilla väyläliittimillä 60, kuten kuviossa 7 on ha-E which supplies the operating voltage. The operating voltage bus 52, 54 can be formed, for example, with bus connectors 60 mounted on a DIN rail, as shown in Figure 7

S vainnollistettu. Väyläliittimiä 60 voidaan asentaa kiskolle 40 toisiinsa sähköisestiS simplified. The bus connectors 60 can be installed on the rail 40 to each other electrically

N ja mekaanisesti kytkettyinä haluttu määrä, jolloin syntyy halutun pituinen käyttö-N and mechanically connected the desired amount, resulting in the desired length of operating

S 35 jänniteväylä 52, 54. Riviliitinmoduuli 20 asennetaan työntämällä kiskoväyläkos- kettimet 240 väyläliittimeen 60, jolloin DIN-kiskolle 40 rinnakkain asennetut riviliitinmoduulit kytkeytyvät samaan käyttöjänniteväylään 52, 54, kuten kuviossa 6 on havainnollistettu. Näin hyödyt säilyvät samankaltaisina kuin suoritusmuo- doissa, joissa käyttöenergia otetaan kenttäväylästä, koska olemassa olevalta järjes- telmältä ei vaadita komponenttimuutoksia eikä kaapelointityöstä tule tässäkään tapauksessa kohtuutonta.S 35 voltage bus 52, 54. The terminal block module 20 is installed by pushing the rail bus contacts 240 into the bus terminal 60, whereby the terminal block modules installed in parallel on the DIN rail 40 are connected to the same operating voltage bus 52, 54, as illustrated in Figure 6. In this way, the benefits remain similar to those in embodiments where the operating energy is taken from the field bus, because no component changes are required from the existing system and the cabling work does not become unreasonable in this case either.

Eräässä suoritusmuodossa ulkoinen virtalähde 50 on sijoitettu DIN-kis- kolle asennettavaan moduuliin, kuten riviliitinmoduulin runkoon, joka kytkeytyy käyttöjänniteväylään 52, 54, esimerkiksi yhtenäisen riviliitinmoduulien 20 rivin päässä, kuten kuviossa 6 on havainnollistettu. Eräissä suoritusmuodoissa DIN-kis- koon asennettavaan moduuliin sijoitettu välitinyksikkö 22 voi sisältää ulkoisen vir- talähteen 50. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät rajoitu yllä kuvattuihin esi- merkkeihin, vaan ne voivat vaihdella suojavaatimusten puitteissa. ™In one embodiment, the external power source 50 is placed in a DIN-rail mounted module, such as the body of a terminal block module, which connects to the operating voltage bus 52, 54, for example at the end of a row of 20 unified terminal block modules, as illustrated in Figure 6. In some embodiments, the relay unit 22 placed in the module to be installed on the DIN rail can include an external power source 50. The invention and its embodiments are not limited to the examples described above, but may vary within the protection requirements. ™

QlQl

OO

NOF

LÖLÖ

SS

NOF

I a a 00I a a 00

LOLO

OO

<t ™<t ™

NOF

OO

NOF

>”>”