[發明專利]用于確定或監測物理或化學過程變量的現場設備

有效

• 申請號: 201110049875.7
• 申請日: 2011-02-25
• 公開（公告）號: CN102193512A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 羅穆亞爾德·吉拉爾迪;迪特馬爾·弗呂奧夫;米夏埃爾·許布納
• 申請（專利權）人: 恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G05B9/02
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 鄒璐;樊衛民

技術領域

本發明涉及一種用于確定或監測物理或化學過程變量的現場設備，該現場設備由傳感器和控制/評估單元組成，該傳感器根據特定的測量原理來工作，該控制/評估單元依賴于在相應的安全性至關重要的應用中所要求的安全標準沿著至少兩個等價的測量路徑來處理和評估由傳感器所提供的測量數據。優選地，現場設備使用在自動化技術中，尤其是使用在過程自動化和工廠自動化中。由WO?2004/013585A1已公知一種解決方案，該解決方案研究的是現場設備的一種構造方式，該現場設備可以使用在過程自動化領域中的安全性至關重要的應用中。然而，本發明并不局限于過程自動化和工廠自動化的領域，而是同樣可以使用在汽車行業及其它行業中的安全性至關重要的應用中。

背景技術

在自動化技術中，尤其是在過程自動化技術中使用了現場設備，這些現場設備用于確定和監測過程變量。此類現場設備的例子是料位測量設備、流量測量設備、分析測量設備、壓力和溫度測量設備、濕度和電導率測量設備、密度和粘度測量設備。這些現場設備的傳感器采集相應的過程變量，例如料位、流量、PH值、物質濃度、壓力、溫度、濕度、電導率、密度或粘度。

然而，也將執行器(例如閥或泵)納入“現場設備”的概念中，通過這些執行器例如可以改變管道中的液體的流量或容器中的料位。大量的這種現場設備由Endress+Hauser集團提供并銷售。

一般，現場設備在現代的自動化技術的設施中以及在汽車行業中通過通信網絡，例如HART多點網絡、點對點連接、Profibus、Foundation?Fieldbus、CAN-Bus，與上位單元相連接，該上位單元被稱為引導系統或上位的控制單元。該上位單元用于控制、診斷、可視化、監測以及調試運行和操縱現場設備。對于現場總線系統的運行而言必需的附加部件(這些附加部件直接與現場總線連接并且尤其用于與上位單元通信)同樣經常被稱為現場設備。這些附加部件例如是指Remote?I/O(遠程I/O)、Gateway(網關)、Linking?Device(鏈接設備)或控制器、Wireless?Adapter(無線適配器)。也將這些附加部件納入“現場設備”的概念中。

現場設備中的軟件份額不斷增加。使用受微控制器控制的智能現場設備(Smart?Field?Devices)的優點在于，通過專用的軟件程序可以在現場設備中實現大量不同的功能；而且還可以相對簡單地進行程序修改。另一方面，作為按順序執行程序的結果，與受程序控制的現場設備的很高的靈活性對立的是相對小的處理速度和因此相應小的測量速率。

為了提高處理速度，總是只有當在經濟上完全合理時才在現場設備中使用ASIC(Application?Specific?Integrated?Circuit，專用集成電路)。通過專用的配置，這些組件可以比軟件程序明顯更快地處理數據和信號。因此，尤其對于計算密集型的應用而言，ASIC是特別合適的。

在ASIC的應用中，不利的是，這些組件的功能被固定地預先給定。在這些組件中，不能容易地在后來改變功能。此外，ASIC的使用僅在相對大件數的情況下才值得，這是因為開發費用和與此相關的成本很高。

為了規避固定地預先給定的功能的弊端，由WO?03/098154A1公知一種可配置的現場設備，其中設置有FPGA(Field?Programmable?Gate?Array，現場可編程門陣列)形式的可重新配置的邏輯組件。在該公知的解決方案中，系統啟動時，利用至少一個微控制器(也被稱為嵌入式控制器)來對邏輯組件進行配置。在配置完成之后，將需要的軟件加載到微控制器中。在此所需的、可重新配置的邏輯組件必須具有足夠的資源，更確切地說是邏輯資源、布線資源和存儲器資源，以便滿足所期望的功能。帶有許多資源的邏輯組件需要大量能量，這又從功能上看可能使得其在自動化中的使用僅受限制地得以實現。在使用帶有很少資源并且因地帶有較少能量消耗的邏輯組件的情況下，不利的是，在相應的現場設備的功能中的明顯的限制。

根據應用情況，現場設備必須滿足各種不同的安全要求。為了滿足相應的安全要求(例如SIL標準“Security?Integrity?Level(安全完整性等級)”，其在過程自動化中起到很大作用)，必須以冗余和/或多樣化的方式來設計現場設備的功能。