CN101738219A

CN101738219A - 具有分开的存储区的现场装置

Info

Publication number: CN101738219A
Application number: CN200910212182A
Authority: CN
Inventors: 马丁·盖泽; 于尔根·哈斯; 于尔根·林哈德; 于尔根·莫策
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2029-11-11
Also published as: CN101738219B; US20100125427A1; EP2187185B1; US8706995B2; EP2187185A1

Abstract

根据本发明的一个实施方式，公开了一种用于测量容器中介质的填充物位、压力或密度的现场装置，其中所述现场装置的特征在于具有两个彼此分开的存储区的数据存储器。用于安全关键的程序模块的第一数据存储在第一存储区中。用于非安全关键的程序模块的第二数据存储在第二存储区中。这两个存储区彼此分开。由存储器管理单元控制对于这些存储区的所有存取。

Description

具有分开的存储区的现场装置

相关申请的引用

本申请要求2008年11月17日提交的欧洲专利申请No.08169291.5和2008年11月17日提交的美国临时专利申请No.61/115,225的权益，据此，将上述申请的内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及填充物位、压力和密度测量。本发明特别涉及一种用于测量介质的填充物位、压力或密度的现场装置，并涉及一种用于测量和确定介质的物位、压力或密度的方法、一种程序元件以及一种可机读介质。

背景技术

对物位、压力或密度测量领域中的“功能安全”部分的研发需要消耗大量的时间并需要有资格的研发团队。

执行安全功能的装置通常还具有其它并非用于执行安全功能的功能。需要对与安全无关的功能对安全功能的影响进行研究。

这可能导致这些功能也被归类为关键功能以致由此增加了研发费用支出。

发明内容

所公开的是一种用于测量容器中介质的填充物位、压力或密度的现场装置，一种用于测量和确定容器中介质的填充物位、压力或密度的方法，以及根据独立权利要求的特征所述的一种程序元件和一种可机读介质。本发明的附加改善限定在从属权利要求中。

所述实施方式同样涉及该现场装置、该方法、该程序元件和该可机读介质。换句话说，下面参考附图描述的现场装置的特征同样可以被实施在所述方法、所述程序元件或所述可机读介质中，反之亦然。

根据本发明的一个实施方式，提供一种用于测量容器中介质的填充物位、压力或密度的现场装置，其中，所述现场装置包括数据存储器。该数据存储器被划分成彼此分开的至少一个第一存储区和一个第二存储区。第一存储区存储现场装置的安全操作所需要的、并由此归类为安全关键的程序模块的数据(“第一数据”)。第二存储区仅存储现场装置的安全操作所不需要的、并由此归类为非安全关键的程序模块的数据(“第二数据”)。

这使得将现场装置的安全关键功能与现场装置的非安全关键功能(例如，诊断、数据采集、统计、测量值表明)分开。

特别地，这可提供满足更严格的安全要求的现场装置。

由于功能的分开，利用较低的费用支出就可研发非安全关键或安全无关功能。因此，采用已经现存的或是可购买到的且不满足任何有关安全完整性的严格要求的软件构件成为可能。

待由特定的程序模块满足的安全要求水平确定是否将程序模块归类为安全关键的或者非安全关键的。安全要求水平是来自功能安全领域的术语，并同样称之为整体安全水平(SIL)。所需要的安全要求水平限定了需要被遵守的安全主导的构建原则，以使故障风险满足特定的要求。

如果程序模块被归类为安全关键的，这意味着，例如，该程序模块需要满足SIL3或者甚至是SIL4的要求。如果一种功能被归类为非安全关键的，这意味着，例如，它必须满足SIL0的要求。

根据本发明的另一个实施方式，提供一种存储器管理单元来管理，并在可适用的情况下，也控制对于不同数据的存取。

存储器管理单元优选地由例如所谓的存储器管理单元(MMU)组成。存储器管理单元用于例如彼此分离或与操作系统分离的程序(即，不同的程序模块)。存储器管理单元可以由微处理器的外部辅助构件组成。它也可以被集成到微处理器中。存储器管理单元也控制，特别是，存储器保护任务。例如，个别的存储区可通过某些程序模块而无法执行或者无法将附加的数据写入其中。

根据本发明的另一个实施方式，两个存储区的分开通过如下方法实现，即，因为被归类为非安全关键的程序模块不能存取该数据，因此存储在第一存储区中的任何数据都不会被意外更改。

根据本发明的另一个实施方式，设置一种实时操作系统，该实施操作系统满足现场装置的安全要求并支持存储器管理单元。

根据本发明的另一个实施方式，该操作系统设计用于建立或者实现单独的程序模块之间的通信。

该操作系统能够，特别是，管理并监视两个分开的存储区之间的数据交换。

根据本发明的另一个实施方式，第一存储区包含设置用于执行一种功能的程序模块的数据存储器，该功能涉及以传感器测量数据为基础的测量值的确定、以已确定的测量值为基础的附加测量值的导出、测量值的输出和/或诊断。

在本发明的上下文中，这涉及与安全相关的功能。

根据本发明的另一个实施方式，第二存储区包含程序模块的数据存储器，所述程序模块设计用于与外部通信单元建立连接、用于记录带有作为时间的函数的状态信息的测量值、用于表明测量值和/或用于调整现场装置中的值。

在本发明的上下文中，这涉及与安全无关的功能。

根据本发明的另一个实施方式，现场装置被设计用于由测量值的确定、测量值的导出以及测量值的输出构成的循环处理。

根据本发明的另一个实施方式，现场装置设计用于以与测量值的获得并行的方式执行诊断，并以测量值记录器为特征，在每次测量值的确定之后该测量值记录器检查是否需要记录对应的测量值。例如，该测量值可以被重复存储在，即，第一存储区以及第二存储区中。

根据本发明的另一个实施方式，现场装置包括采用雷达信号、受控微波信号、超声波信号或电容信号的物位测量装置。现场装置也可以以极限物位测量装置的形式实现。

根据本发明的另一个实施方式，公开了一种用于通过现场装置来测量和确定容器中介质的填充物位、压力或密度的方法，其中，执行现场装置的安全操作所要求的、并由此被归类为安全关键的程序模块，并且将程序模块的数据存储在数据存储器的第一存储区中。此外，执行现场装置的安全操作所不要求的、并由此被归类为非安全关键的程序模块，将这些程序模块的数据存储在数据存储器的第二存储区中。将两个存储区彼此分开。

根据本发明的另一个实施方式，该方法以在两个存储区之间建立通信的附加步骤带有符合现场装置的安全要求的操作系统。

根据本发明的另一个实施方式，公开了一种用于通过现场装置来测量和确定容器中介质的填充物位、压力或密度的程序元件，其中，当在处理器上执行所述程序元件时，所述程序元件命令处理器执行上述的处理步骤。

根据本发明的另一个实施方式，公开了一种可机读介质，该可机读介质上存储有一种通过现场装置来测量和确定容器中介质的填充物位、压力或密度的程序元件，其中，当在处理器上执行所述程序元件时，所述程序元件命令处理器执行上述的处理步骤。

在这种情况下，程序元件可由例如存储在现场装置的处理器上的软件的一部分构成。在这种情况下，处理器也可形成本发明的目的。本发明的该实施方式进一步包括从开始就已经采用本发明的程序元件，以及通过更新(现代化)促使现有程序使用本发明的程序元件。

在下面参考附图描述本发明的实施方式。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施方式的现场装置用电子器件的视图。

图2示出了根据本发明的另一个实施方式的现场装置用电子器件的视图。

图3示出了根据本发明的一个实施方式的物位测量装置。

图4示出了根据本发明的一个实施方式的方法的流程图。

具体实施方式

附图示出了并非实际比例的示意性的插图。

在下面对于附图的描述中，相同或类似的元件通过相同的附图标记识别出。

图1示出了现场装置用电子模块100，其以数据存储器101和例如，CPU105形式的处理器为特征。

数据存储器101被划分成彼此隔开的两个区102、103。虚线106代表这两个区102、103之间的所谓存储器管理单元(MMU)分界线。

带有安全关键功能的(安全关键的)第一软件模块的数据(第一数据)在第一存储区102中存储和执行。存储器保护(MMU)将第一存储区和与不影响执行安全功能的(非安全关键的)第二软件模块的(第二)数据隔开，因此，该第二数据在第二存储区103中存储和执行。

在安全功能期间，因此不可能意外更改由现场装置的安全功能所使用存储器中的任何值。这意味着实现了数据的独立性。

例如，利用年代和逻辑程序顺序控制可以获得现场装置中的安全功能和其它功能之间在执行时间上的独立性。

存储在第一存储区102中的安全相关功能或者程序模块的数据由例如传感器的确定测量值、确定的导出测量值、待输出的测量值和关于诊断功能的数据构成。

为了确定测量值，借助传感器元件(例如，压敏元件)确定待测量的物理量。然后将测量值通过传感器以电流值的形式或者借助协议以数位的方式读入到评估装置中。

为了确定导出的测量值，根据已确定的测量值确定附加的测量值。这涉及，例如容器中介质的填充物位、对应的物位百分比值、对应的容积比例值或者待输出的电流值。

测量值的输出可利用用于4...20mA界面的对应校正的输出电流或者借助满足安全功能要求的协议以数字输出值的形式来实现。

诊断功能监视测量功能的执行并能测试用于故障的硬件。

测量值在可在存储区110中存取数据的程序模块中被确定。确定的测量值随后被另一个确定从那里导出的测量值并将这些测量值存储在存储区111中的程序模块使用。待输出的测量值被存储在存储区112中。所有这些存储区都设置在第一存储区102中。

附图标记113表示用于程序模块的第一存储区102中的诊断功能(例如，硬件诊断)用存储区。

数据存储区107、108、109布置在分开的第二存储区103中。这涉及用于诸如所谓的通信栈的安全相关功能的数据。该功能与外部通信单元建立连接。这使得例如传递测量值或诊断值或者更改装置中的调整成为可能。

为测量值记录器提供数据108同样是可能的。该记录器记录带有作为时间的函数的状态信息的测量值。该信息可用于，例如测量任务的诊断。

可将测量值记录器的数据108供应到通信栈107。

此外，向程序模块提供数据109同样是可能的，用于启动图形用户界面(GUI)，从而实现针对用户的现场表明。该程序模块可被用于表明测量值并用于调整现场装置中的值。

三个存储区107、108和109从第一存储区102接收数据(例如，成测量值和/或导出的测量值的形式)。两个存储区之间以及存储在该两个存储区中的程序模块之间的通信利用专门为该目的而设置的操作系统而专门执行。在其它方面，这两个存储区彼此完全分开。

例如，实时操作系统105涉及连接到数据存储器101或者其上布置有数据存储器101的处理器200。

在测量期间，现场装置以循环的方式处理程序模块“确定测量值”、“确定导出的测量值”以及“输出测量值”。诊断以与该测量功能并行的方式执行。测量值记录器在每次测量循环之后检查是否应当记录该值。经由通信栈的查询以异步的方式对测量任务起作用，并且需要在一定时间段内予以回答。

原则上，测量值串可以在装置中以多种形式出现。测量值可以被存储在，特别是，第一存储区中，以及第二存储区中。

图2示出了处理器200或者以存储区104为特征的现场装置用存储器。该存储区被分为依靠MMU进行相互存取保护的至少两个区102、103。

附图标记106表示两个存储区102、103之间的分离。

设置可仅由实时操作系统105使用的第三存储区203同样是可能的。实时操作系统105符合现场装置的SIL并支持MMU的使用。该操作系统提供不同分开的存储区102、103之间的通信选项。换句话说，操作系统105使得在两个存储区102、103之间经由通信路径201、202交换数据成为可能。

以如下方式使用安全功能的软件模块，即，它们仅能存取受保护的存储区102中的数据。以如下方式使用其它功能的软件模块，即，它们仅能存取存储区103中的其它数据。

被归类为安全关键的并且由此存取第一存储区102的程序模块的一个示例是，例如在物位的确定期间防止装料过满的保护模块。非安全关键的功能为例如数据测定、统计或测量值表明。

图3示出了安装到罐体308中并且以电子组件100为特征的物位测量装置301。物位测量装置301沿着散装材料305的表面的方向传递测量信号304。该测量信号在散装材料的表面上被反射，并且对应的接收信号303继而被物位测量装置301所接收并进行评估。与外部评估单元307进行的数据交换可利用天线302和通信线路306来实现。

图4示出了根据本发明的一个实施方式的方法的流程图。在步骤401中执行存取数据存储器的第一存储区中的数据的安全关键的程序模块。在步骤402中，将某些数据从第一存储区传送到被归类为安全关键性较低的第二存储区中。该数据传递由现场装置的实时操作系统专门控制。在步骤403中，执行被归类为非安全关键的并存取第二存储区中的数据的程序模块。

应当指出，出于本发明的目的，也可将安全关键的程序模块(即，某些程序模块)存储在上述第一存储区中。非安全关键的程序模块(程序模块)同样能够被存储在上述第二存储区中。

补充一点，应当注意到“包括”和“以...为特征”并不排除其它元件或步骤，“一”也不排除多个。应当进一步注意的是，参考上述实施方式之一描述的特征或步骤也可以和其它上述实施方式的其它特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应被解释为具有限制性的意义。

Claims

1.一种用于测量容器中介质的填充物位、压力或密度的现场装置，并且所述现场装置(301)包括：

数据存储器(101)，所述数据存储器(101)用于存储程序模块的数据，其中，所述数据存储器被划分成彼此分开的至少第一存储区(102)和第二存储区(103)；

其中，所述程序模块的数据包括第一数据和第二数据，所述第一数据是所述现场装置(301)的安全操作所要求的并由此被归类为安全关键的，所述第二数据是所述现场装置(301)的安全操作所不要求的并由此被归类为非安全关键的；

所述第一存储区(102)存储所述第一数据；并且

所述第二存储区(103)仅存储所述第二数据。

2.如权利要求1所述的现场装置，其中，所述两个存储区(102、103)的分开通过如下方式来实现，即，因为被归类为非安全关键的程序模块不能存取该数据，所以存储在所述第一存储区(102)中的任何数据均不会被意外更改。

3.如权利要求2所述的现场装置，进一步包括：

存储器管理单元；

其中，所述两个存储区(102、103)的分开通过如下方式来实现，即，所述存储器管理单元管理对于所述数据的所有存取。

4.如前述权利要求中的一项所述的现场装置，其中，设置有一种实施操作系统(105)，所述实时操作系统(105)符合所述现场装置的安全要求并支持所述存储器管理单元。

5.如权利要求4所述的现场装置，其中，所述操作系统使得所述程序模块之间能够进行通信。

6.如前述权利要求中的一项所述的现场装置，其中，所述第一存储区(102)包含设计用于执行选自如下群组的功能的第一程序模块的数据存储器，所述群组包括：以传感器测量数据为基础的测量值的确定、以已经确定的测量值为基础的附加测量值的导出、测量值的输出和/或诊断。

7.如前述权利要求中的一项所述的现场装置，其中，所述第二存储区(103)包含设计用于执行选自如下群组的功能的第二程序模块的数据存储器，所述群组包括：与外部通信单元(207)建立连接、记录带有作为时间的函数的状态信息的测量值、表明测量值和/或调整所述现场装置中的值。

8.如权利要求6或7所述的现场装置，其中，所述现场装置设计用于由测量值的确定、测量值的导出和测量值的输出构成的循环处理。

9.如权利要求8所述的现场装置，进一步包括：

测量值记录器；

其中，所述现场装置设计用于以与测量值的获得并行的方式执行诊断；

所述测量值记录器在每次测量值的确定之后检查是否需要记录对应的测量值；

所述测量值存储在所述第一存储区(102)和所述第二存储区(103)中。

10.如前述权利要求中的一项所述的现场装置，所述现场装置以填充物位雷达、超声波物位测量装置或极限物位测量装置的形式实现。

11.如前述权利要求中的一项所述的现场装置，

其中，所述第一存储区(102)存储所述现场装置(301)的安全操作所要求的并由此被归类为安全关键的第一数据和第一程序模块；并且

所述第二存储区(103)仅存储所述现场装置(301)的安全操作所不要求的并由此被归类为非安全关键的第二数据和第二程序模块。

12.一种用于通过现场装置来测量和确定容器中的介质的填充物位、压力或密度的方法，其中，所述方法的特征在于如下步骤：

执行所述现场装置的安全操作所要求的并由此被归类为安全关键的第一程序模块，其中，将与所述第一程序模块相关的第一数据存储在数据存储器(101)的第一存储区(102)中；

执行所述现场装置的安全操作所不要求的并由此被归类为非安全关键的第二程序模块，其中，将与所述第二程序模块相关的第二数据存储在所述数据存储器(101)的第二存储区(103)中；

其中，将所述第一存储区(102)与所述第二存储区(103)分开。

13.如权利要求12所述的方法，其特征进一步在于如下步骤：

通过符合所述现场装置的安全要求的操作系统启动所述两个存储区(102、103)之间的通信。

14.一种用于通过现场装置来测量和确定容器中介质的填充物位、压力或密度的程序元件，其中，当在处理器上执行所述程序元件时，所述程序元件命令所述处理器执行以下步骤：

其中，将所述第一存储区(102)与所述第二存储区(103)分开。

15.一种可机读介质，所述可机读介质上存储有用于通过现场装置来测量和确定容器中介质的填充物位、压力或密度的程序元件，其中，当在处理器上执行所述程序元件时，所述程序元件命令所述处理器执行以下步骤：

其中，将所述第一存储区(102)与所述第二存储区(103)分开。