CN109891825B - 具有插拔式存储器单元的过程测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有用于连接插拔式存储器单元的接口的过程测量装置，其中，当存储器单元连接到过程测量装置时，存储器操作装置能够使过程测量装置转变到存储器访问模式。供电单元通过存储器单元的连接之后自动地增加过程测量装置中的可供自由使用的电能来确保对插拔式存储器单元的读取访问或写入访问所需的能量需求得到满足。由此，能够有效避免过程测量装置的不期望的供电不足。

Description

具有插拔式存储器单元的过程测量装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年10月27日提交的欧洲专利申请16 196 031.5权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及过程测量技术(Prozessmesstechnik)。特别地，本发明涉及用于连接插拔式存储器单元的过程测量装置、通过过程测量装置读写插拔式存储器单元的方法、程序元件和计算机可读介质。

背景技术

过程测量装置测量工业过程中诸如温度、压力、物位、pH值、粘度、流量等大量相关参数。为了减少安装和维护成本，，通常使用双线系统来安装这种过程测量装置，尤其使用4-20mA双线回路、可寻址远程传感器高速通道(HART)双线系统、用于过程自动化的过程现场总线(ProfibusPA)双线系统或基金会现场总线(Foundation Fieldbus)双线系统。

连接后的过程测量装置仅被提供有限的功率。因此，对于4-20mA系统，可供过程测量装置内的测量使用的全部功率可能为50mW以下。此外，从过程控制室到传感器(在下文中也被称为过程测量装置)的信息传输可能非常缓慢，这在纯粹的测量值传输中不会导致任何问题。

然而，现代的过程测量装置的特征在于电路元件的高度数字化。随着近年来功能强大且同时节能的微处理器的数量不断增加，软件程序已经接管了用于确定实际测量值的大量任务。同时，这种过程测量装置的用户对新功能的需求正稳步增加。这可能意味着必须通过软件来更新已安装的传感器的功能。

另外，过程工程系统的操作员通常希望系统地记录过程测量装置的不可预见的操作状态(特别是在故障的情况下的操作状态)。为了重建导致测量装置停机的过程，可能需要存储大量信息。

发明内容

本发明的目的在于提供能够快速读入和读出数据的过程测量装置。

本发明的第一方面涉及一种过程测量装置(例如，物位测量装置)，过程测量装置具有用于将插拔式存储器单元连接到过程测量装置的接口。特别地，插拔式存储器单元可以是用于存储大量数据且能够高速读写的存储器单元，并且由过程测量装置供应其操作所需的能量。

为了满足为此所需的能量需求，在过程测量装置中设置有存储器操作装置，存储器操作装置被设计为用于在插拔式存储器单元插入到接口中或投入操作时自动地使过程测量装置转变到存储器访问模式。在存储器访问模式中，过程测量装置能够向插拔式存储器单元供应过程测量装置对存储器单元的读取访问和/或写入访问所需的电能。另外，过程测量装置具有供电单元，供电单元被设计为用于通过自动地增加过程测量装置中的可供自由使用的电能来提供过程测量装置对插拔式存储器单元的读取访问和/或写入访问所需的电能(反之亦然)。

过程测量装置中的可供自由使用的电能是尚未用于诸如测量执行、测量数据分析或数据传输等其它用途的或用于与过程测量装置连接并由过程测量装置供应电能的外围设备的操作的能量。

根据一个实施例，可以通过增加被供应到测量装置的能量来增加过程测量装置中的可供自由使用的电能。

根据本发明的一个实施例，供电单元被设计为用于通过增加从外部电源(例如4-20mA双线线路)传输到过程测量装置的电能来提供对过程测量装置或插拔式存储器单元的读取访问和/或写入访问所需的电能。在上述示例中，例如，可以将双线线路中的电流增加到最大值。

根据本发明的另一实施例，供电单元被设计为用于通过减小过程测量装置所需的电功率来提供对过程测量装置或插拔式存储器单元的读取访问和/或写入访问所需的电能。

替代地或额外地，为了能够提供读取访问和/或写入访问所需的电能，可以减小与过程测量装置连接并由过程测量装置供电的一个或多个外围设备所需的电功率。

可以逐步地相继实施上述措施，直到满足或优选地甚至超过插拔式存储器单元所需的能量需求。也可以同时实施所有措施或所选措施，以便能够尽可能快地提供用于存储器单元的操作的最高功率。

根据本发明的一个实施例，过程测量装置被设计为只从4-20mA双线回路获得其电能。

根据本发明的另一实施例，过程测量装置能够连续地监测过程测量装置和与其连接的任何外围设备所需的电功率以及插拔式存储介质所需的电功率。以此方式，能够避免过程测量装置陷入功率不足，换言之，避免过程测量装置需要比由外部电源提供的功率多的功率。

根据本发明的另一实施例，存储器操作装置被设计为用于根据从插拔式存储器单元传输到过程测量装置的第一条数据来识别是否要导入软件更新，并且在需要导入软件更新的情况下增加从外部电源传输到过程测量装置的电功率。以此方式，能够确保自动地且及时地确定是否需要在过程测量装置上加载新软件，从而能够尽可能快地提供充足的能量。

例如，过程测量装置是物位测量装置、压力测量装置、极限物位传感器或流量测量装置。

根据本发明的一个实施例，用于能够将插拔式存储器单元连接到过程测量装置的接口是也能够被诸如显示装置和控制装置等外围设备使用的多用途接口。

以此方式，能够提供具有能够灵活使用的接口的紧凑型过程测量装置。

根据本发明的另一实施例，接口被设计为用于将插拔式存储器单元容置在过程测量装置中。因此，插拔式存储器单元连同接口能够被集成在耐压封装的传感器壳体内。插拔式存储器单元和相关的传感器接口在打开传感器壳体的盖之后能够从外部接近，并且允许用户在没有爆炸性气体或粉尘的情况下更换介质。

本发明的另一方面涉及一种通过过程测量装置读写插拔式存储器单元的方法。首先，通过将插拔式存储器单元插入到过程测量装置的接口中将插拔式存储器单元连接到接口。过程测量装置能够独立地检测存储器单元的插入或移除。特别地，过程测量装置在检测到存储器单元的插入时自动地从该介质中读出规定数量的字节。过程测量装置基于由此读取的字节独立地启动事先定义的操作序列，诸如软件更新或诊断数据的保存。

然后，过程测量装置自动地转变到存储器访问模式，在存储器访问模式中，过程测量装置能够向插拔式存储器单元提供过程测量装置对存储器单元的读取访问和/或写入访问所需的电能。所需的电能将取决于存储器单元的类型和要执行的操作。通过增加过程测量装置中的可供自由使用的电能来提供读取访问和/或写入访问所需的电能。该过程通过插拔式存储器单元连接到过程测量装置的接口的事实来触发。随后，过程测量装置可以独立地确定是否从介质读取数据且/或是否将数据写入介质。用户也可以通过用户接口来设置是否读取和/或写入数据。

本发明的另一方面涉及一种程序元件，程序元件在被过程测量装置的存储器操作装置执行时指示过程测量装置执行上述和下述的步骤。

根据本发明的另一方面，提供了一种存储有上述的程序元件的计算机可读介质。

附图说明

在下文中，将参照附图说明本发明的实施例。附图是示意性的并且不是按比例的。

图1示出过程测量装置。

图2示出具有与其连接的外围设备的过程测量装置。

图3A示出根据本发明的实施例的过程测量装置。

图3B示出根据本发明的另一实施例的过程测量装置。

图4示出根据本发明的实施例的方法的流程图。

图5示出根据本发明的另一实施例的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出过程测量装置101的典型结构。测量装置的操作所需的全部能量通过接口(例如，4-20mA接口)102提供到测量装置。一方面，集成在过程测量装置101中的供电与通信单元103通过设置对应于测量值的回路电流来向外部提供测量值。此外，供电与通信单元103向测量装置的其他部件提供能量，即特别向评估与控制单元104和实际测量单元105提供能量。也可以向其他电子单元提供能量。

图2示出相应的过程测量装置。例如，在此通过额外部件201、202来模块化地扩展上面已经示出的测量装置101。根据客户的需求，额外的外围设备201、202可以安装在过程测量装置101的壳体中或上。

因此，例如，过程测量装置101可以配备有显示模块201或蓝牙模块202。此外，可以通过外围设备在传感器上或传感器中进行连接来提供其他的通信标准(WLAN、Modbus、4线)或额外的功能(用于与PC、服务模块的连接的通信调制解调)。通常，这些外围设备完全从过程测量装置101(特别是供电单元103)接收操作所需的能量。

图3A示出根据本发明的过程测量装置的第一实施例。过程测量装置303具有以接触装置301的形式集成在本实施例中的传感器电子器件中的接口301，接口301适于将插拔式存储器单元302机械地且电气地连接到过程测量装置303。

插拔式存储器单元302可以是SD卡、多媒体卡、USB棒、微型SD卡或CF卡。此处，也可以使用用于存储数据的其他单元。

特别地，存储器单元302可以用于将例如作为软件更新的一部分的数据传输到过程测量装置。而且，在过程测量装置发生故障的情况下，过程测量装置可以将诸如系统存储器的状态信息、错误消息或图像数据等数据写入存储介质302。因为可以容易地且在现场不使用额外工具来更换存储器单元，所以实现了高的客户利益。

插拔式存储器单元302被提供来自与其连接的存储器操作装置304的写入命令和/或读取命令。读取和/或写入所需的能量至少部分地由过程测量装置303自身提供，并且此处特别地由供电单元305提供。

写入和/或读取所需的电能可能很大，以至于不再能够实现作为现场设备的过程测量装置的顺利操作。供电单元305能够连续地监测过程测量装置中的有源部件所需的功率和插拔式存储介质302所需的功率，并且能够将它们与当前通过双线接口306提供的功率相比较。后者在真实传感器中经历大幅波动。因而，例如在0bar的确定压力下的第一测量值可导致4mA的回路电流。因此，在通常15V的电源电压的情况下，大约60mW可供用于传感器(以及与其连接的任何外围设备)的操作。例如，10bar的第二测量值可导致20mA的回路电流，该回路电路对应于300mW的可用功率。

SD卡上的写入通常需要150mW的电功率。因此可以看出，在存在不利的测量值的情况下，用于操作过程测量装置的功率和用于写入插拔式存储介质的功率可能不充足。

在一个特别有利的实施例中，在打开传感器壳体303的盖307之后，可以从外部接近插拔式存储器单元和相关的传感器接口，由此允许用户在不存在爆炸性气体或粉尘的情况下更换介质。图3B示出具有盖307的相应布置，盖307密封地将存储介质302和接口301与可能的爆炸性环境308分隔开。

图4示出在电源装置305内进行的用于消除所指出的问题的过程。该方法开始于存在存储器操作装置304的写入请求的开始状态401。首先，在步骤402中，确定通过接口306提供到传感器的电功率Ps。然后，在步骤403中，确定传感器、连接的外围设备以及处于写入模式的SD卡所需的功率Pnom。如果可用功率Ps足够大，则在步骤405中对插拔式存储介质进行写入。因此，该方法结束于状态406。否则，尝试减少传感器当前所需的功率。为此，在步骤407中，首先停用实际测量。通过关闭相关的电路部件，显著减少所需功率。随后，在步骤408中，确定当前所需的功率，在此情况下，当前所需的功率由外围设备的功率和用于介质上的写入的功率构成。如果传感器所需的功率和处于写入模式的存储介质所需的功率的总和此时小于可用功率，则在步骤410中将数据写入介质。随后，在步骤411中，重新激活测量，并且该方法结束于状态406。然而，如果步骤409的检查表明写入所需的功率仍不可用，则在步骤412中，停用一个以上的外围设备(例如，显示模块、蓝牙模块等)。在步骤413中，检查可用功率是否足以将数据写入介质。如果是这种情况，则在步骤414中，在重新激活外部的外围设备和实际测量之前将数据存储在介质中。然而，如果步骤416的检查表明写入所需的功率仍不可用，则在步骤417中，对集成在传感器中的储能器充电。如果在储能器中已经收集了足够的用于写入访问的能量，则在步骤414中将数据写入存储介质。

在这一点上应该注意，尤其对于最后提到的能量收集过程，可能不需要在存储介质上一次性地写入大数据集，而是以例如32个字节的小的子包进行写入。供电单元305可以预先知道为此目的所需的能量，从而使其能够在步骤417中确定何时已收集足够的能量。在一个实施例中，子包的实际形成可以由存储器操作装置304承担。存储器操作装置304和供电单元305能够通过电气线路连接，这可以允许交换控制命令以实现上述流程。

图5示出从插拔式存储器模块302读取数据的流程，在导入新设备固件时可以特别有利地使用该存储器模块。该方法开始于开始状态501。首先，从存储介质302读取第一字节。在步骤503中，可以基于该字节判定是否要导入软件更新。如果是这种情况，则在步骤504中，首先将回路电流306增加到最大值(例如22mA)。增加后的电流消耗向与过程测量装置连接的过程控制系统发信号以通知传感器存在故障。通过该措施，过程测量装置消耗的能量大量地增加。辅助地，在步骤505中停用实际测量。因为由于干扰电流的设置而没有测量值传输到外部，所以能够轻易地省去其他测量值的确定。可选地，在步骤506中，也可以停用过程测量装置的外围设备201、202，以便进一步优化功率平衡且支持新固件的非常快速的导入。在步骤507中，从插拔式存储介质读取新固件并将其加载到传感器中。由于在最小化消耗的同时存在高的可用功率，能够非常快速地执行此步骤。在步骤508中，利用新固件重新激活测量。此外，在步骤509中，再次给外部的外围设备供应能量。最后，在步骤510中，将先前施加在接口306上的22mA的干扰电流替换为与所确定的测量值相对应的传感器电流。更新结束于状态511。

图5还示出读取一般数据(例如，用于传感器的新参数化数据)的过程。因此，在步骤512中，存储器操作装置304的读取请求最初导致当前的功率平衡的确定，该功率平衡由当前提供的功率扣除传感器和读取操作所需的功率得出。如果可用功率足够高，则在该方法结束于步骤511之前，在步骤514中读取要读取的数据。如果用于读取数据的功率不充足，则在步骤516中再次确定功率平衡之前，在步骤515中首先停用测量。如果功率平衡此时是正值，则在步骤517中从存储介质302读取要读取的数据，并且在步骤518中重新激活测量。然而，如果功率仍不充足，则在步骤518中也停用连接的外围设备，并且在步骤519中开始功率平衡的重新确定。如果用于读取数据的功率此时是充足的，则在步骤520中读取数据。然后，在到达结束状态511之前，在步骤521中激活外围设备并且在步骤522中激活实际测量。然而，如果步骤524中的检查表明功率仍不充足，则在步骤523中，在能量存储器单元中收集能量，直到能够读入预定数量的字节。如果以这种方式读取的字节数量不足，则由存储器操作装置304发起新的读取请求。在这种情况下，方法再次开始于步骤501。

可以预先获知装置内的插拔式存储介质的能量需求。例如，如果仅允许插拔式存储器单元的定型产品与过程测量装置结合使用，则这种方法将是成功的。在插入存储介质时，过程测量装置可以首先自动地确定介质的读取和/或写入所需的功率。在技术上，这可以通过少许测试字节的写入和读取并结合由插拔式存储介质消耗的功率的测量来实现。

数据可以以压缩形式被写入插拔式介质。这实现了实际写入访问的更短持续时间，这是因为需要传输更少的字节。也可以使用诸如ZIP、RAR等常用的压缩算法。此外，在读取数据时，可以自动地确定是否必须解压这些数据。

特别有利地，数据以常用数据格式(例如FAT、NTFS…)被写入插拔式存储介质。这使得操作员和/或服务人员能够在任意PC上读出所写入的内容。

在插拔式介质上写入数据时可以进行加密。由此，尤其在敏感系统中，能够在通过未经授权地移除存储介质的盗窃的情况下防止盗用数据。

也可以对数据进行签名。以此方式，可以仅将来自已知的可信来源的数据读入传感器，并且由此特别地防止了恶意软件的导入。后者也可通过限制由制造商专门授权的数据载体上的写入和/或读取功能来实现。

此外，可以将多个插拔式存储介质与过程测量装置连接。由此，能够实现提高的可靠性或安全标准所要求的冗余度。此外，可以提高在读取或写入访问期间意外移除介质的情况下的可靠性。

可以借助信号音或用户能够无数据损失地移除插拔式存储介质的指示来通知用户。这可以提高在利用插拔式存储介质进行操作时的安全性。

此外，可以将包括接触装置的插拔式数据载体集成在耐压封装的传感器壳体内。也可以使插拔式介质的在过程测量装置一侧的电接触装配有专门的保护电路。由此，能够准许过程测量装置在潜在爆炸环境中的使用。

特别地，可以通过多用途接口实现插拔式存储模块的电接触。在不存在插拔式介质的情况下，接口可用于连接其他外围设备，例如另一显示设备和控制设备等。由此，实现了过程测量装置的紧凑设计。

此外，应该指出，“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。还应该指出，参考上述实施例描述的特征或步骤也能够用于结合其他上述实施例的其他特征或步骤。在权利要求中参考标记不被看做限制。

Claims (12)

1.一种过程测量装置(303)，其包括：

接口(301)，其用于将插拔式存储器单元(302)连接到所述过程测量装置；

存储器操作装置(304)，其用于使所述过程测量装置转变到存储器访问模式，

其特征在于，所述过程测量装置能够向所述插拔式存储器单元供应对所述插拔式存储器单元(302)的读取访问或写入访问所需的电能；

其中，所述过程测量装置包括供电单元(305)，所述供电单元用于通过增加所述过程测量装置中的可供自由使用的电能来提供对所述插拔式存储器单元(302)的读取访问或写入访问所需的电能。

2.根据权利要求1所述的过程测量装置(303)，其中，所述供电单元(305)被设计为用于执行如下操作以提供对所述过程测量装置的读取访问或写入访问所需的电能：

增加所述过程测量装置的功率消耗。

3.根据权利要求1或2所述的过程测量装置(303)，其中，所述供电单元(305)被设计为用于执行如下操作以提供对所述过程测量装置的读取访问或写入访问所需的电能：

减小所述过程测量装置所需的电功率。

4.根据权利要求1或2所述的过程测量装置(303)，其中，所述供电单元(305)被设计为用于执行如下操作以提供对所述过程测量装置的读取访问或写入访问所需的电能：

减小与所述过程测量装置连接并由所述过程测量装置供电的外围设备所需的电功率。

5.根据权利要求1或2所述的过程测量装置(303)，其中，所述过程测量装置被设计为只从4-20mA双线回路获得其电能。

6.根据权利要求1或2所述的过程测量装置(303)，其中，所述过程测量装置被设计为用于连续地监测所述过程测量装置和与所述过程测量装置连接的任何外围设备所需的电功率以及所述插拔式存储介质所需的电功率。

7.根据权利要求1或2所述的过程测量装置(303)，其中，所述存储器操作装置(304)被设计为用于根据从所述插拔式存储器单元(302)传输到所述过程测量装置的第一条数据来识别是否要导入软件更新，并且在需要导入软件更新的情况下增加从外部电源(102)传输到所述过程测量装置的电功率。

8.根据权利要求1或2所述的过程测量装置(303)，其中，所述过程测量装置是物位测量装置、压力测量装置或流量测量装置。

9.根据权利要求中1或2所述的过程测量装置(303)，其中，所述接口(301)是能够与外围设备连接的多用途接口。

10.根据权利要求1或2所述的过程测量装置(303)，其中，所述接口(301)被设计为用于将所述插拔式存储器单元(302)容置在所述过程测量装置(303)中。

11.一种通过过程测量装置(303)读写插拔式存储器单元(302)的方法，所述方法包括如下步骤：

将插拔式存储器单元(302)连接到所述过程测量装置的接口(301)；

使所述过程测量装置转变到存储器访问模式，

其特征在于，所述过程测量装置能够向所述插拔式存储器单元供应对所述插拔式存储器单元的读取访问或写入访问所需的电能；

所述方法还包括如下步骤：通过增加所述过程测量装置中的可供自由使用的电能来提供对所述插拔式存储器单元的读取访问或写入访问所需的电能。

12.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有程序元件，所述程序元件在被过程测量装置(303)的存储器操作装置执行时指示所述过程测量装置执行根据权利要求11所述的步骤。

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