CN106153103B - 用于确定测量参量的现场设备和用于传递的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定测量参量的现场设备和用于传递的方法。所描述以及所示出的是用于确定测量参量的现场设备(1)。本发明所基于的任务是提出一种现场设备，其在存在故障状态的情况下也输出测量值。该任务通过现场设备(1)被解决，其中存在传感器单元(2)、信号输出端(3，4)和输出装置(5)。在此输出装置(5)通过信号输出端(3，4)输出状态信号(S)和/或测量信号(M)，其中状态信号(S)被分配给现场设备(1)的状态。此外输出装置(5)在现场设备(1)的状态出现的情况下执行安全功能并且在此输出被分配给该状态的状态信号(S)和测量信号(M)。此外，本发明涉及用于传递现场设备(1)的状态的存在的方法。

Description

用于确定测量参量的现场设备和用于传递的方法

技术领域

本发明涉及用于确定至少一个测量参量的现场设备。测量参量例如是管道、容器或槽中介质的体积流量或质量流量、密度、填充水平、温度、pH值或导电性。此外，本发明涉及用于向接收装置传递现场设备的状态的存在的方法。

背景技术

设计为测量设备的现场设备被使用在现代的过程自动化中，以便监控介质或过程或从所确定的测量参量出发来控制介质或过程。

在此已知多个标准，用于输出由现场设备所确定的测量信号。除简单的信号输出端、如4...20mA电流输出端、脉冲输出端或频率输出端外，还将状态输出端用于传输设备状态或测量值状态。此外存在更复杂的现场总线系统，如HART、现场总线基金会或过程现场总线(Profibus)。

除纯粹地确定测量参量外，现代现场设备还能够确认故障。这种故障例如在于出现不允许的测量参量(例如太高的温度)或者现场设备自身中出现了问题，例如在信号处理中或在现场设备的各个部件中出现了问题。在安全关键的应用中，这种自诊断可能性获得特殊意义。

对于现场设备在特别危险和安全关键的过程中的应用来说，经常按照IEC61508或者尤其按照针对过程工业所派生出的IEC 61511来研发现场设备。在此至少部分地将安全功能或SIL(代表Safety Integrity Level(安全完整性水平))功能纳入到现场设备中。在此，系统的安全完整性水平越高，在需要时所要求的安全功能不被系统实施的概率越小。按照相应的预先规定所研发的现场设备或者现场设备的部件被称为安全的或者用于安全功能。

由为实现安全功能而相应地彼此连接的传感器、执行器、传输元件、逻辑处理器等构成的所谓的安全电路在此用于安全功能。

安全功能的示例是安全地切断发动机、关闭阀门或安全地停止运行在其中已识别出故障的过程设备或所述设备的至少一部分。

在现场设备的情况下，例如在利用具有4...20mA信号的电流输出端(在此这例如可以是双线设备或者还可以是四线设备)的情况下通过输出4mA和20mA之间的所预先规定的范围之外的电流值用信号通知故障状态。

如果例如出现故障，由于该故障而不再保证所述现场设备的安全运转，那么所述现场设备被转换到安全状态中，这必要时可以包含所述现场设备自动地切断。此外也可以根据应用分析SIL应用中的故障电流，并且为执行安全功能，该设备或至少与现场设备处于连接中的部分被转换到安全状态中。

根据现有技术的这种用信号通知故障的缺陷是该现场设备不再有测量值可用。然而，在有些情况下，也可以访问该测量值对评估和/或对采取措施将是有利的。

发明内容

因此本发明所基于的任务是提出一种现场设备以及一种用于现场设备的状态的传递的方法，由此尤其在存在故障状态时提供测量值并且安全地传递该状态。总的来说应当通过所述现场设备以及通过所述用于传递的方法实现安全功能。

首先并且基本上，根据本发明的、解决先前所引出和指出的任务的现场设备的特征在于，存在用于产生测量值的至少一个传感器单元，存在用于输出至少一个信号的至少一个信号输出端，存在至少一个输出装置。在此，所述输出装置通过至少一个信号输出端输出至少一个状态信号和/或测量信号。在此，所述状态信号被分配给所述现场设备的状态。在此，输出装置在出现所述现场设备的状态的情况下在如下程度上执行安全功能，即所述输出装置输出被分配给该状态的状态信号以及测量信号。

在一种设计方案中，所述测量信号被分配给一个——尤其由该传感器单元产生的——测量值。

所述安全功能尤其在于：所述现场设备的状态——或者尤其现场设备的故障状态——可靠地通过状态信号和测量信号被用信号通知。在此，通过相应的处理和/或使用与所述状态信号和测量信号相关联的信息执行安全功能。

因此在一种设计方案中，在现场设备中设置电流输出端和服务输出端，并且这两者在存在状态和/或尤其故障时也被用于输出状态信号以及测量信号。

根据本发明的现场设备的特色在于：所述现场设备在给定了现场设备的要求输出分配给状态的状态信号的状态的情况下不仅输出状态信号，而且输出测量信号。

在一种设计方案中规定，所输出的测量信号被分配给当前或先前优选地由传感器单元产生的测量值。所述当前测量值在此尤其是最后由所述传感器单元确定的测量值。该测量值在时间上接近所述状态的存在。因此替代地输出测量信号，其被分配给先前——尤其由现场设备的传感器单元——所获得的测量值。仿佛涉及较旧的测量值，所述测量值优选地在该现场设备的状态发生前或在该现场设备的故障发生前已被获得。

在一种设计方案中，为了输出较旧的测量值，所述现场设备具有存储器单元，在所述存储器单元中存储有测量值。

在一种设计方案中定义现场设备的多个状态，给所述状态分别分配要输出的状态信号。在此，在一种设计方案中，状态尤其是故障状态，使得状态信号尤其是故障信号。在与之相关联的设计方案中，不同的故障状态不是一般地通过一个故障信号，而是通过各个所属的故障信号来用信号通知。在一种设计方案中，不同状态和/或不同故障分别被分配给一个状态信号。

故障类型的示例是由于有缺陷的器件产生的硬件故障，所述硬件故障持续地导致现场设备的故障行为(例如被称为故障类型1)。其他变型方案是原理性故障(例如由部件老化或因为温度依赖性决定)或随机故障(例如位翻转)，其持续地或者只短期地导致测量故障(此处为解释清楚被相应地称为故障类型2)。通过利用不同状态信号用信号通知状态，可以在接收器侧对所述现场设备的不同故障状态作出有区别的反应。因此在一种设计方案中在存在故障类型1的情况下将规定，根据现有技术，所述现场设备被转换到安全状态中(根据IEC61508)并且通过电流输出端向过程控制中心用信号通知故障状态，该电流输出端输出安全相关的测量参量。另外，在故障类型2的情况下，在该设计方案中，测量参量此外将作为测量信号以及附加地通过第二输出端(状态输出端)将关于故障状态的故障信号用信号通知给作为接收装置的过程控制中心。

在接收现场设备的信号的接收装置侧，为保证现场设备所用于的安全功能，应注意相应地在处理和/或应用所接收的信号时考虑对所述现场设备已识别的和所述现场设备通过状态信号用信号通知的状态的依赖性。通过由状态信号得出关于状态的种类或类型和/或必要时关于故障的种类的陈述，可以在继续处理测量信号时相应地评价和/或考虑该知识。由所述现场设备和与之相关联的接收装置的互相配合得出安全功能的实现。例如可以在操作手册中预先规定现场设备的信号的处理的种类。

所述现场设备优选地至少具有传感器单元，其用于真正的测量并且根据所使用的测量原理与应被确定其测量参量的介质一起或者与所涉及的过程相互作用。此外设置有输出装置，其通过至少一个信号输出端输出信号。

在以下设计方案中描述如何输出信号。

在一种设计方案中，所述输出装置只通过一个信号输出端交替地输出状态信号和测量信号。

在此，在一种设计方案中可以设定：通过所述一个信号输出端以及必要时根据所述现场设备的状态和/或故障的种类是单独地还是与测量值交替地输出状态信号。在该设计方案中，因此可以在传统的信号输出和交替的信号输出之间切换。

在一种设计方案中，通过直接交替地输出两个信号来进行交替的输出。

在另一种设计方案中，通过状态信号和测量信号的序列的种类传送补充信息，该信息例如把注意力转向不仅仅输出测量信号。

在另一种优选的设计方案中存在至少两个信号输出端。在此尤其涉及第一信号输出端和第二信号输出端。所述输出装置通过第一信号输出端输出测量信号并通过第二信号输出端输出状态信号。

在一种设计方案中，所述第一信号输出端被设计为电流信号输出端(必要时作为两线输出端或四线输出端)并且第二信号输出端是服务接口，所述服务接口例如被设计为针对数字信号的输出接口。第一信号输出端因此此外仅用于能量供应，并且第二信号输出端是针对信号和/或信息的补充输出端。

在一种设计方案中规定，所述输出装置输出4...20mA信号形式的测量信号。所述信号输出端因此相应地被设计用于输出这类信号。在一种设计方案中设置有频率输出端。在一种替代的设计方案中，通过脉冲输出端输出测量信号。

在一种设计方案中，所述现场设备具有至少一个输入单元。在一种设计方案中，所述输入单元是人机界面(Human-Machine-Interface，HMI)的形式。在一种替代的设计方案中，涉及上面所提到的信号输出端之一，其补充地也用作现场设备的信号输入端。在此，所述输入单元与输出装置相连接，使得通过输入单元可以预先规定状态信号和/测量信号的输出的种类。

一种设计方案在此在于，可以通过输入单元只针对现场设备的可预先规定的一组状态改变分配给状态的状态信号的输出的种类。在该设计方案中存在现场设备的一组状态——例如特殊的故障状态，其输出不能设定，而是被固定地预先规定。在此例如在制造现场设备时或在初次安装时进行预先规定。

在一个设计方案中规定，所述输出装置针对现场设备的可预先规定的一个标准组的状态在出现一种属于该标准组的状态的情况下仅输出被分配给出现的状态的状态信号。因此定义现场设备的特别状态。如果出现这些状态之一，则只输出所属的状态信号，并且也不输出测量信号(也就是传统的输出)。

根据本发明的另一个教导，该任务通过用于向接收装置传递现场设备的状态的存在——尤其故障的存在的方法得以解决。在此，在该方法中规定，在出现该状态的情况下，所述现场设备向所述接收装置传送分配给由所述现场设备确定的测量值的测量信号和分配给该状态的状态信号，并且通过现场设备并且通过接收装置执行安全功能。因此，所述现场设备和接收装置构成安全电路，其例如满足标准IEC61508或IEC61511。所述接收装置在此包括元件、组件等，其相对于现场设备被布置在针对现场设备的信号的接收器侧上并且尤其也用于信号处理。所述接收装置因此存在于由多个单个组件构成的设计方案中。

在一种设计方案中规定，通过所述接收装置所接收的测量信号和通过所述接收装置所接收的状态信号鉴于与状态信号相关联的状态被处理。现场设备和接收装置在此执行安全功能。在一种设计方案中，所述接收装置是过程控制室(Prozessleitwarte)，并且替代地或补充地，所述接收装置由大量单个组件构成。在此，在一种设计方案中，还在所述现场设备和接收装置之间布置其他元件。

所述现场设备和接收装置是执行安全功能的安全电路的组成部分。如果出现一种状态，那么所述现场设备识别该状态并通过状态信号用信号通知接收装置，以便在那里触发相应的反应。所述反应在此是实现安全功能。附加地，所述现场设备还输出测量信号。

在该方法的一种设计方案中规定，设定由所述现场设备传送的测量信号是否被分配给当前或先前由现场设备产生的测量值。在一种设计方案中，在这种配置的情况下此外预先规定在哪些状态下只输出相应的状态信号并且不输出测量信号。在一种设计方案中，优选地在将现场设备安装在过程地点(Prozessort)处后或过程中，进行关于要输出的测量信号的配置。

关于现场设备的上述实施方案尤其还可以应用于传递方法和/或相反地，所述现场设备被设计，使得所述现场设备实现方法步骤。

本发明因此还涉及用于通过现场设备确定测量参量的方法，其中至少所述现场设备和接收装置构成安全电路并且其中所述现场设备根据上述方法传递状态的出现。

最后，现场设备和接收装置构成根据本发明的系统，其具有安全功能。

附图说明

现在存在大量设计和改进根据本发明的现场设备和根据本发明的方法的可能性。为此一方面参阅从属于专利权利要求1和9的专利权利要求，另一方面可以结合附图参阅以下对实施例的描述。在附图中：

图1示出与过程控制室相连接的现场设备的示意图，以及

图2示出现场设备的示例性信号的示意图。

具体实施种类

在图1中示意性地示出了现场设备1。所述现场设备1在此用于确定此处未示出的介质的填充水平，为此设置有传感器单元2。在所示出的设计方案中涉及用来发送和接收微波信号的天线。在此，本发明不受限于所示出的测量种类，而且还可应用于其他测量原理中。

所述现场设备1具有两个信号输出端：第一信号输出端3和第二信号输出端3。两个信号输出端3、4被输出装置5用于信号输出。在这种情况下，所述测量信号通过第一信号输出端3以及被分配给必要时出现的状态的状态信号通过第二信号输出端4被输出。

在所示的实施方案中，第一信号输出端3是如下信号输出端，所述信号输出端因此还用于现场设备1的能量供应以及通过信号——此处示例性地——作为4...20mA信号被输出。所述第二信号输出端4是所谓的服务接口，其作为第一信号输出端3的补充允许输出信号。

所述现场设备1通过两个信号输出端3、4与过程控制室6连接，其接收并相应地处理输出信号。所述过程控制室此处是接收装置的示例。现场设备1和过程控制室6构成执行安全功能的安全电路。然而，在此也可以是安全电路的其他——此处未示出的——组件、单元、实体等等部分。

通过第一信号输出端3输出测量信号。在正常运行中，所述测量信号被分配给测量值，所述测量值通过所述传感器单元2已被确定。因此在正常情况下，所述测量信号是当前所确定的测量值。

如果出现特别状态，例如现场设备1中出现故障，则作为测量信号的补充，所述输出装置5通过第二信号输出端4输出被分配给该状态的状态信号。

所述现场设备1因此被设计用来进行自我监控并且例如识别出现故障。故障例如是预先规定的间隔之外的测量值或者甚至是预先规定的规范之外的过程条件(例如太高的温度，其作为辅助测量参量被相应的温度传感器确定)的出现。替代地或补充地，有些现场设备还允许检查硬件组件。

现在特点在于，所述现场设备1在识别状态或者故障后输出状态信号和测量信号并且因此输出两个信息。所述现场设备1在此尤其执行安全功能，其也由应用或过程的种类来定义。

所述过程控制室6因此可以同时接收两个信息：关于故障的存在的信息以及关于——至少按趋势的——测量值的信息。

根据应用情况可能需要适配信号的输出的种类。如下设定也正是这样：在存在状态时，当前的或事先所确定的、也就是旧的测量值是否应作为测量信号被输出。此处，这通过输入单元7使得可能，该输入单元作用于输出装置5并由此预先规定信号输出的种类。

所述现场设备1通过其识别状态和尤其故障以及将其作为状态信号传送给接收装置6来执行安全功能。关于状态的存在的信息在这种情况下通过关于——当前的或所保持的、较旧的——测量值的信息被扩展。在接收信号的接收侧，也就是在接收装置6处，于是为执行安全功能应关心在安全功能的意义上适当地处理所述现场设备1的信号。

如果在图1中所示的实施方案中通过两个单独的信号输出端输出两个信号：状态信号和测量信号，则图2示出输出信号，其来源于一个信号输出端并且在其中传输测量信号M和状态信号S。根据时间t示出了电流信号。

所述测量信号M作为通常的4...20mA信号被输出。紧随其后，转变到状态信号S，此处该状态信号是0mA信号，也就是传统的故障信号。紧接着，又输出测量信号M和状态信号S。两个子信号M和S之间的转变在此在接收器侧上产生提示，即应谨慎地使用所述测量信号M。

Claims (8)

1.用于确定至少一个测量参量的现场设备(1)，其中存在至少一个用于产生测量值的传感器单元(2)，其中存在至少一个用于输出至少一个信号的信号输出端(3，4)，其中存在至少一个输出装置(5)，其中所述输出装置(5)通过至少一个信号输出端(3，4)输出至少一个状态信号(S)和测量信号(M)，其中所述状态信号(S)被分配给所述现场设备(1)的状态，其中所述输出装置(5)在所述现场设备(1)的所述状态出现的情况下执行安全功能并且在此不仅输出被分配给所述状态的状态信号(S)而且输出所述测量信号(M)，其中被输出的测量信号(M)被分配给在所述现场设备的所述状态发生前由所述传感器单元(2)产生的测量值，并且其中存在第一信号输出端(3)和第二信号输出端(4)，并且所述输出装置(5)通过所述第一信号输出端(3)输出所述测量信号(M)并且通过所述第二信号输出端(4)输出所述状态信号(S)。

2.根据权利要求1所述的现场设备(1)，其特征在于，所述现场设备(1)的所述状态是故障的存在。

3.根据权利要求1所述的现场设备(1)，其特征在于，所述现场设备(1)的所述状态是在所述现场设备(1)中故障的存在。

4.根据权利要求1至3之一所述的现场设备(1)，其特征在于，存在至少一个输入单元(7)，其中所述输入单元(7)与所述输出装置(5)连接并且其中通过所述输入单元(7)能够预先规定状态信号(S)和/或测量信号(M)的输出的种类。

5.根据权利要求1至3之一所述的现场设备(1)，其特征在于，所述输出装置(5)针对所述现场设备(1)的能够预先规定的一个标准组的状态在出现属于所述标准组的状态的情况下仅输出被分配给所述状态的状态信号(S)。

6.用于向接收装置(6)传递现场设备(1)的状态的存在的方法，

其特征在于，

在出现所述现场设备(1)的一个状态的情况下，所述现场设备(1)向所述接收装置(100)不仅传送被分配给由所述现场设备(1)确定的测量值的测量信号(M)而且传送被分配给该状态的状态信号(S)，并且通过所述现场设备(1)并且通过所述接收装置(6)执行安全功能，其中所述测量信号(M)被分配给在所述现场设备的所述状态发生前由所述现场设备的传感器单元(2)产生的测量值，并且其中所述现场设备(1)通过第一信号输出端(3)将所述测量信号(M)并且通过第二信号输出端(4)将所述状态信号(S)传送给所述接收装置(100)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述现场设备(1)的状态是所述现场设备(1)的故障的存在。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过所述接收装置(6)所接收的测量信号(M)和通过所述接收装置(6)所接收的状态信号(S)鉴于与所述状态信号(S)关联的状态被处理。

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