DE102009026785A1

DE102009026785A1 - Field device for determining and / or monitoring a physical or chemical process variable

Info

Publication number: DE102009026785A1
Application number: DE102009026785A
Authority: DE
Inventors: Romuald Girardey
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2010-08-05
Also published as: WO2010086073A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße, bestehend aus einem Sensor (2), der entsprechend einem vorgegebenen Messprinzip arbeitet, und einer Regel-Auswerteeinheit (14), die die von dem Sensor (2) gelieferten Messdaten/Messwerte in Abhängigkeit von einem in der jeweiligen sicherheitskritischen Anwendung geforderten Sicherheitsstandard entlang einer vorgegebenen Anzahl von redundanten oder diversitären oder redundanten und diversitären Messpfaden (MP1, MP2, MP3) aufbereitet und/oder auswertet, wobei für den Fall, dass sich die Antwortzeiten auf eine sprunghafte Änderung der physikalischen oder chemischen Prozessgröße in zumindest zwei Messpfaden (MP1, MP2, MP3) voneinander unterscheiden, die Regel-/Auswerteeinheit (14) so ausgestaltet ist, dass sie während der sprunghaften Änderung der physikalischen oder chemischen Prozessgröße automatisch den Messpfad (MP1, MP2, MP3) auswählt bzw. konfiguriert, der die geringere Antwortzeit aufweist.The invention relates to a field device for determining and / or monitoring a physical or chemical process variable, consisting of a sensor (2), which operates in accordance with a predetermined measurement principle, and a control evaluation unit (14), which supplied by the sensor (2) Measurement data / measured values in response to a required in the relevant safety-critical application security standard along a predetermined number of redundant or diversified or redundant and diverse measurement paths (MP1, MP2, MP3) prepared and / or evaluated, in which case that the response times to a sudden change in the physical or chemical process variable in at least two measurement paths (MP1, MP2, MP3) differ from each other, the control / evaluation unit (14) is designed so that it automatically during the sudden change of physical or chemical process variable the measuring path (MP1 , MP2, MP3) selects or configures which has the lower response time.

Description

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße, bestehend aus einem Sensor, der entsprechend einem vorgegebenen Messprinzip arbeitet, und einer Regel-Auswerteeinheit, die die von dem Sensor gelieferten Messdaten/Messwerte in Abhängigkeit von einem in der jeweiligen sicherheitskritischen Anwendung geforderten Sicherheitsstandard entlang einer vorgegebenen Anzahl von redundanten oder diversitären oder redundanten und diversitären Messpfaden aufbereitet und/oder auswertet.The The invention relates to a field device for determination and / or monitoring a physical or chemical process variable, consisting of a sensor that corresponds to a given Measuring principle works, and a rule-evaluation, the of the measured data / measured values supplied to the sensor depending on of one required in the respective safety-critical application Security standard along a given number of redundant ones or diversified or redundant and diverse Measuring paths processed and / or evaluated.

In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik, werden Feldgeräte eingesetzt, die zur Bestimmung und Überwachung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Analysemessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, Feuchte- und Leitfähigkeitsmessgeräte, Dichte und Viskositätsmessgeräte. Die Sensoren dieser Feldgeräte erfassen die entsprechenden Prozessvariablen, z. B. den Füllstand, den Durchfluss, den pH-Wert, die Stoffkonzentration, den Druck, die Temperatur, die Feuchte, die Leitfähigkeit, die Dichte oder die Viskosität.In automation technology, especially in process automation technology, field devices are used to determine and monitor of process variables. Examples of such field devices are level gauges, flowmeters, Analytical measuring instruments, pressure and temperature measuring instruments, Humidity and conductivity meters, density and viscosity meters. The sensors of this Field devices capture the corresponding process variables, z. B. the level, the flow, the pH, the substance concentration, pressure, temperature, humidity, conductivity, the density or viscosity.

Unter den Begriff 'Feldgeräte' werden aber auch Aktoren, z. B. Ventile oder Pumpen, subsumiert, über die beispielsweise der Durchfluss einer Flüssigkeit in einer Rohrleitung oder der Füllstand in einem Behälter veränderbar ist. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firmengruppe Endress + Hauser angeboten und vertrieben.Under The term 'field devices' but also actuators, z. B. Valves or pumps, subsumed over the example the flow of a liquid in a pipeline or the level in a container changeable is. A variety of such field devices is from the group Endress + Hauser offered and distributed.

In der Regel sind Feldgeräte in modernen automatisierungstechnischen Anlagen über Kommunikationsnetzwerke, wie HART-Multidrop, Punkt zu Punkt Verbindung, Profibus, Foundation Fieldbus, mit einer übergeordneten Einheit verbunden, die als Leitsysteme oder Leitwarte bezeichnet wird. Diese übergeordnete Einheit dient zur Prozesssteuerung, zur Prozessvisualisierung, zur Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme und zum Bedienen der Feldgeräte. Für den Betrieb von Feldbussystemen notwendige Zusatzkomponenten, die direkt an einen Feldbus angeschlossen sind und die insbesondere zur Kommunikation mit den übergeordneten Einheiten dienen, werden ebenfalls häufig als Feldgeräte bezeichnet. Bei diesen Zusatzkomponenten handelt es sich z. B. um Remote I/Os, um Gateways, um Linking Devices oder um Controller.In usually field devices are in modern automation technology Installations via communication networks, such as HART-Multidrop, Point to point connection, Profibus, Foundation Fieldbus, with a parent Unit connected, referred to as control systems or control room becomes. This higher-level unit is used for process control, for Process visualization, for process monitoring and for Commissioning and operation of the field devices. For the operation of fieldbus systems necessary additional components, the are directly connected to a fieldbus and in particular to Serve communication with the parent units, are also often referred to as field devices. These additional components are, for. For example, remote I / Os, to gateways, to linking devices or to controllers.

Der Software-Anteil bei Feldgeräten steigt stetig an. Der Vorteil beim Einsatz von Mikrocontroller-gesteuerten Feldgeräten besteht darin, dass sich über anwendungsspezifische Softwareprogramme eine Vielzahl von unterschiedlichen Funktionalitäten in einem Feldgerät realisieren lassen; auch lassen sich Programmänderungen relativ einfach durchführen. Der hohen Flexibilität der programmgesteuerten Feldgeräte stehen auf der anderen Seite als Folge der sequentiellen Programmabarbeitung eine relativ geringe Verarbeitungsgeschwindigkeit und damit eine entsprechend geringe Messrate entgegen.Of the Software share in field devices is rising steadily. The advantage when using microcontroller-controlled field devices is that about application-specific software programs Variety of different functionalities in one Have field device realized; also program changes can be relatively easy to perform. The high flexibility the programmable field devices are on the other Page as a result of sequential program execution a relatively low Processing speed and thus a correspondingly low Measuring rate against.

Um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen, werden immer dann, wenn es sinnvoll ist, in den Feldgeräten ASICs – Application Specific Integrated Circuits – eingesetzt. Durch die anwendungsspezifische Konfiguration können diese Bausteine Daten und Signale wesentlich schneller verarbeiten, als dies ein Softwareprogramm tun kann. Insbesondere für rechenintensive Anwendungen sind ASICs hervorragend geeignet.Around to increase the processing speed will always then, if it makes sense, in the field devices ASICs - Application Specific Integrated Circuits - used. By the application-specific Configuration can use these building blocks data and signals process much faster than a software program can do. Especially for compute-intensive applications ASICs are excellent.

Nachteilig bei der Applikation von ASICs ist, dass die Funktionalität dieser Bausteine fest vorgegeben ist. Eine nachträgliche Änderung der Funktionalität ist bei diesen Bausteinen nicht ohne weiteres möglich. Weiterhin zahlt sich der Einsatz von ASICs nur bei relativ großen Stückzahlen aus, da der Entwicklungsaufwand und die damit verbundenen Kosten hoch sind.adversely when applying ASICs is that functionality this block is fixed. A subsequent change The functionality is not without these components further possible. Furthermore pays the use of ASICs only out in relatively large numbers, because the development effort and the associated costs are high are.

Um den Missstand der fest vorgegebenen Funktionalität zu umgehen, ist aus der WO 03/098154 ein konfigurierbares Feldgerät bekannt geworden, bei dem ein rekonfigurierbarer Logikbaustein in Form eines FPGAs vorgesehen ist. Bei dieser bekannten Lösung wird beim Systemstart der Logikbaustein mit mindestens einem Mikrocontroller, der auch als Embedded Controller bezeichnet wird, konfiguriert. Nachdem die Konfiguration abgeschlossen ist, wird die erforderliche Software in den Mikrocontroller geladen. Der hierbei benötigte rekonfigurierbare Logikbaustein muss über ausreichende Ressourcen, und zwar Logik-, Verdrahtungs- und Speicherressourcen, verfügen, um die gewünschten Funktionalitäten zu erfüllen. Logikbausteine mit vielen Ressourcen benötigen viel Energie, was wiederum aus funktioneller Sicht ihren Einsatz in der Prozessautomatisierung uneingeschränkt möglich macht. Nachteilig beim Einsatz von Logikbausteinen mit wenigen Ressourcen und somit mit einem geringeren Energieverbrauch ist die erhebliche Einschränkung in der Funktionalität des entsprechenden Feldgeräts.To circumvent the malady of the fixed functionality is out of the WO 03/098154 a configurable field device has become known in which a reconfigurable logic device is provided in the form of an FPGA. In this known solution, the logic module with at least one microcontroller, which is also referred to as an embedded controller, configured at system start. After the configuration is completed, the required software is loaded into the microcontroller. The reconfigurable logic device required for this must have sufficient resources, namely logic, wiring and memory resources, to fulfill the desired functionalities. Logic modules with many resources require a lot of energy, which in turn makes their use in process automation unrestricted from a functional point of view. A disadvantage in the use of logic devices with few resources and thus with a lower energy consumption is the significant limitation in the functionality of the corresponding field device.

Je nach Anwendungsfall müssen die Feldgeräte unterschiedlichsten Sicherheitsanforderungen genügen. Um den jeweiligen Sicherheitsanforderungen, z. B. dem SIL-Standard 'Security Integrity Level' zu genügen, müssen die Feldgeräte redundant und/oder diversitär ausgelegt sein.ever After application, the field devices must be very different Safety requirements are sufficient. In order to meet the respective safety requirements, z. B. the SIL standard 'Security Integrity Level', The field devices must be redundant and / or diverse be designed.

Redundanz bedeutet erhöhte Sicherheit durch doppelte oder mehrfache Auslegung aller sicherheitsrelevanter Hard- und Software-Komponenten. Diversität bedeutet, dass die in den unterschiedlichen Messpfaden befindlichen Hardware-Komponenten, wie z. B. ein Mikroprozessor, von unterschiedlichen Herstellern stammen und/oder dass sie von unterschiedlichem Typ sind. Im Falle von Software-Komponenten erfordert die diversitäre, dass die in den Mikroprozessoren gespeicherte Software aus unterschiedlichen Quellen, sprich von unterschiedlichen Herstellern bzw. Programmierern stammt. Durch alle diese Maßnahmen soll sichergestellt werden, dass ein sicherheitskritischer Ausfall des Messgeräts ebenso wie das Auftreten von gleichzeitig auftretenden systematischen Fehlern bei der Messwertbereitstellung mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen ist. Auch ist es bekannt, zusätzlich auch noch einzelne wesentliche Hardware- und Software-Komponenten der Auswerteschaltung redundant und/oder diversitär auszulegen. Durch die redundante und diversitäre Auslegung einzelner von Hardware- und Software-Komponenten lässt der Grad der Sicherheit noch einmal erhöhen.Redundancy means increased safety through double or multiple design of all safety-related hardware and software components Diversity means that the hardware components in the different measuring paths, such as As a microprocessor, come from different manufacturers and / or that they are of different types. In the case of software components, diversity requires that the software stored in the microprocessors come from different sources, ie from different manufacturers or programmers. All these measures are intended to ensure that a safety-critical failure of the measuring device as well as the occurrence of simultaneously occurring systematic errors in the provision of the measured value is highly likely to be ruled out. It is also known to additionally redundant and / or diversify individual hardware and software components of the evaluation circuit. The redundant and diverse design of individual hardware and software components increases the level of security even more.

Ein Beispiel für eine sicherheitsrelevante Applikation ist die Füllstandsüberwachung in einem Tank, in dem eine brennbare oder auch eine nicht brennbare, dafür aber wassergefährdende Flüssigkeit gelagert ist. Hier muss sichergestellt sein, dass die Zufuhr von Flüssigkeit zu dem Tank sofort unterbrochen wird, sobald ein maximal zulässiger Füllstand erreicht ist. Dies wiederum setzt voraus, dass das Messgerät hoch zuverlässig den Füllstand detektiert und fehlerfrei arbeitet. Problematisch wird die redundante und/oder diversitäre Auslegung von Messpfaden, wenn die Verarbeitungsgeschwindigkeit in den zumindest zwei Messpfaden voneinander abweicht.One Example of a safety-relevant application the level monitoring in a tank in which a combustible or non-flammable, but for water-polluting liquid is stored. Here must be ensured that the supply of liquid to the tank is immediately interrupted as soon as a maximum allowable Level is reached. This, in turn, requires that Meter highly reliable level detected and works without errors. The problem is the redundant and / or diversification of measurement paths when the Processing speed in the at least two measuring paths from each other differs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feldgerät vorzuschlagen, das eine unterschiedliche Verarbeitungsgeschwindigkeit in zwei redundant und/oder diversitär ausgelegten Messpfaden kompensieren kann.Of the Invention is based on the proposal to propose a field device, the one different processing speed in two redundant and / or Compensate for diversified measuring paths.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass für den Fall, dass sich die Antwortzeiten auf eine sprunghafte Änderung der physikalischen oder chemischen Prozessgröße in zumindest zwei Messpfaden voneinander unterscheiden, die Regel-/Auswerteeinheit so ausgestaltet ist, dass sie während der sprunghaften Änderung der physikalischen oder chemischen Prozessgröße automatisch den Messpfad auswählt bzw. konfiguriert, der die geringere Antwortzeit aufweist.The Task is solved by that, in case that the response times change to a sudden the physical or chemical process variable differ in at least two measuring paths from each other, the control / evaluation so is designed to be during the erratic change the physical or chemical process variable automatically selects or configures the measurement path, the has the lower response time.

Im Einzelfall richtet sich die Ausgestaltung der Messpfade nach dem jeweiligen Sicherheitsstandard, z. B. nach SIL1, SIL2, SIL3. Der Sicherheitsstandard erfordert beispielsweise eine redundante oder eine diversitäre Auslegung der Hard- und Software-Komponenten. Dies bedeutet, dass die redundanten Komponenten von unterschiedlichen Herstellern bezogen werden, wodurch systematische Fehlfunktionen der Komponenten mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden können. Im Falle von Software bedeutet diversitär, dass die Programme von unterschiedlichen Programmierfirmen bzw. unterschiedlichen Programmierern erstellt werden. Auch hierdurch soll mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit die Eliminierung von systematischen Fehlern erzielt werden.in the The design of the measuring paths depends on the individual case respective safety standard, z. Eg to SIL1, SIL2, SIL3. Of the Security standard requires, for example, a redundant or a diversified design of the hardware and software components. This means that the redundant components of different Manufacturers, causing systematic malfunction components are likely to be excluded can. In the case of software, diversified means that the programs of different programming companies or created by different programmers. Also by this should almost certainly be the elimination from systematic errors.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts sieht vor, dass die Regel-/Auswerteeinheit zumindest teilweise als rekonfigurierbarer Logikbaustein mit mehreren partiell dynamisch (FPGA) und/oder dynamisch rekonfigurierbaren Funktionsmodulen (FPAA) ausgebildet ist, und dass die Regel-/Auswerteeinheit die Funktionsmodule in den Messpfaden in Abhängigkeit von der jeweils definierten sicherheitskritischen Anwendung so konfiguriert, dass das Feldgerät entsprechend dem geforderten Sicherheitsstandard ausgelegt ist. Der Vorteil der partiell dynamisch oder dynamisch rekonfigurierbaren Funktionsmodule in den Messpfaden zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität bei kleinem Platzbedarf aus. Unter dynamisch wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass die Rekonfigurierung während des Betriebs des Feldgeräts erfolgt.A preferred embodiment of the invention Field device provides that the control / evaluation at least partly as reconfigurable logic module with several partial dynamic (FPGA) and / or dynamically reconfigurable function modules (FPAA) is formed, and that the control / evaluation unit the Function modules in the measuring paths depending on the each defined safety-critical application configured to that the field device according to the required safety standard is designed. The advantage of being partially dynamic or dynamic reconfigurable function modules in the measuring paths are characterized due to its high flexibility and small footprint. Under dynamic in this context is understood that the Reconfiguration during operation of the field device he follows.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Regel-/Auswerteeinheit in jedem der Messpfade digital-hardware- und/oder analog-hardware und/oder softwarebasierte Funktionsmodule rekonfiguriert.Farther it is provided that the control / evaluation unit in each of the measuring paths digital hardware and / or analog hardware and / or software-based Function modules reconfigured.

Bei dem Logikbaustein handelt es sich vorteilhafter Weise um einen dynamisch partiell rekonfigurierbaren FPGA für die digitalen Funktionsmodule und/oder um einen dynamisch rekonfigurierbaren FPAA für die analogen Funktionsmodule.at The logic module is advantageously a dynamic one partially reconfigurable FPGA for the digital function modules and / or to a dynamically reconfigurable FPAA for the analog Functional modules.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Feldgeräts sieht vor, dass einer der Messpfade als analoger Kanal oder digitaler Kanal und ein anderer der Messpfade als digitaler Kanal oder analoger Kanal ausgestaltet ist, wobei einer der beiden Kanäle sich durch eine geringere Verarbeitungsgeschwindigkeit für die Bereitstellung eines Ausgangssignals oder eine höhere Genauigkeit des Ausgangssignals auszeichnet als der jeweils andere Kanal. Üblicherweise zeichnet sich der analoge Kanal durch eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit aber durch eine geringere Genauigkeit als der digitale Kanal aus. Es kann sich aber genauso gut um zumindest zwei analoge oder zumindest zwei digitale Kanäle handeln, die die o. g. Kriterien bezüglich Verarbeitungsgeschwindigkeit und Genauigkeit erfüllen.A advantageous development of the invention Field device provides that one of the measurement paths as analog Channel or digital channel and another of the measurement paths as digital Channel or analog channel is configured, wherein one of the two Channels themselves through a lower processing speed for providing an output signal or a higher accuracy of the output signal than the other channel. Usually, it stands out analog channel through a higher processing speed though due to a lower accuracy than the digital channel. It But it can be just as good for at least two analogues or at least act two digital channels, the o. g. Criteria regarding Processing speed and accuracy meet.

Weiterhin sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feldgeräts vor, dass der Regel-/Auswerteeinheit ein Voter, z. B. ein Mikrokontroller zugeordnet ist, der die von den einzelnen oder in den einzelnen Messpfaden zur Verfügung gestellten Ausgangssignale miteinander vergleicht und jeweils das Ausgangssignal des Kanals mit der höheren Genauigkeit bereitstellt, solange die Abweichung zwischen den Ausgangssignalen des Kanals mit der höheren Genauigkeit und des Kanals mit der geringeren Genauigkeit aber der höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit innerhalb der Toleranzgrenzen des Kanals mit der höheren Reaktionszeit liegt.Furthermore, an embodiment of the field device according to the invention provides that the control / evaluation unit is a voter, z. B. a microcontroller Lier is associated with each other, which compares the output signals provided by the individual or in the individual measuring paths and each provides the output signal of the channel with the higher accuracy, as long as the deviation between the output signals of the channel with the higher accuracy and the channel with the lower Accuracy but the higher processing speed is within the tolerance limits of the higher response time channel.

Insbesondere ist vorgesehen, dass im Falle einer sprunghaften Änderung der Prozessgröße der Voter bzw. der Mikrokontroller so lange das Ausgangssignal mit der geringeren Genauigkeit und der höheren Verarbeitungsgeschwindig keit ausgibt, bis das Ausgangssignal mit der höheren Genauigkeit aber der geringeren Verarbeitungsgeschwindigkeit den Wert des Ausgangssignals mit der geringeren Genauigkeit aber der höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit Geschwindigkeit erreicht hat.Especially is provided that in case of a sudden change the process size of the voter or microcontroller as long as the output signal with the lower accuracy and higher Processing speed outputs until the output signal with the higher accuracy but the lower processing speed the Value of the output signal with the lower accuracy but the higher processing speed achieved Has.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn eine ungeradzahlige Anzahl von Messpfaden vorgesehen bzw. konfiguriert ist. Bei einem auftretenden Fehler ist es dann möglich, den fehlerhaften Messpfad zu definieren.When It is particularly advantageous if an odd number Number of measuring paths is provided or configured. At a It is then possible to detect the faulty measuring path define.

Hierbei erzeugt der Voter bzw. der Mikrocontroller im Falle einer Abweichung der Ausgangssignale von zwei Messpfaden bzw. Kanälen eine Warn- oder Fehlermeldung, wenn die Differenz zwischen den Ausgangssignalen von zwei Messpfaden größer ist als die Genauigkeit des Messpfades mit der höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit und wenn sich in dem Ausgangssignal des Messpfades mit der geringeren Verarbeitungsgeschwindigkeit keine Reaktion auf die sprunghafte Änderung der Prozessgröße zeigt.in this connection generates the voter or the microcontroller in case of deviation the output signals of two measuring paths or channels a Warning or error message when the difference between the output signals of two measuring paths is greater than the accuracy the measuring path with the higher processing speed and if in the output of the measuring path with the lower Processing speed no reaction to the sudden change the process size shows.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Regel-/Auswerteeinheit seriell oder parallel die Funktionsmodule für eine ungeradzahlige Anzahl von redundanten oder diversitären oder redundanten und diversitären Messpfaden partiell dynamisch oder dynamisch konfiguriert, dass die Regel-/Auswerteeinheit die von oder in den Messpfaden zur Verfügung gestellten Daten miteinander vergleicht, und dass die Regel-/Auswerteeinheit eine Warnmeldung generiert, dass ein definierter Messpfad fehlerhafte Daten liefert, wenn auf dem definierten Messpfad Daten zur Verfügung gestellt werden, die von den Daten der verbleibenden Messpfade abweichen.About that It is also proposed that the control / evaluation unit be serial or parallel the function modules for an odd number Number of redundant or diversified or redundant and diversified measuring paths partially dynamic or dynamic configured that the control / evaluation unit from or into the Comparing measurement paths provided data, and that the control / evaluation unit generates a warning message, that a defined measurement path provides erroneous data when on data is made available to the defined measuring path, which deviate from the data of the remaining measuring paths.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Regel-/Auswerteeinheit die einzelnen Funktionsmodule oder eine in einem Messpfad angeordnete Gruppen von Funktionsmodulen in einem definierten ersten Bereich des Logikbaustein rekonfiguriert, und dass ein Mikrocontroller vorgesehen ist, der durch Vergleich der Daten einzelner Funktionsmodule oder Gruppen von Funktionsmodulen mit entsprechenden redundanten oder diversitären Funktionsmodulen oder Gruppen von Funktionsmodulen ermittelt, ob das Funktionsmodul oder die Gruppe von Funktionsmodulen in dem ersten Bereich des Logikbausteins korrekt arbeitet oder fehlerhaft ist.Farther It is proposed that the control / evaluation unit the individual Function modules or a arranged in a measuring path groups of Function modules reconfigured in a defined first area of the logic module, and that a microcontroller is provided by comparison the data of individual function modules or groups of function modules with corresponding redundant or diversified function modules or Groups of function modules determines whether the function module or the group of function modules in the first area of the logic block is correct works or is faulty.

Darüber hinaus wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Regel-/Auswerteeinheit im Fall eines ermittelten Fehlers das fehlerhafte Funktionsmodul bzw. die fehlerhafte Gruppe von Funktionsmodulen erneut in dem ersten Bereich rekonfiguriert und die entsprechenden Daten miteinander vergleicht.About that In addition, it is considered advantageous if the control / evaluation unit in the case of a detected error, the faulty function module or the faulty group of function modules again in the first Area reconfigured and the corresponding data with each other compares.

Ebenso ist vorgesehen, dass die Regel-/Auswerteeinheit im Falle des erneuten Auftretens eines Fehlers ein diversitäres Funktionsmodul oder die Gruppe von diversitären Funktionsmodulen in den ersten Bereich des Logikbausteins lädt.As well is provided that the control / evaluation unit in the case of renewed Occurrence of a fault a diverse functional module or the group of diverse functional modules in the first Area of the logic block loads.

Im Falle des abermaligen Auftretens eines Fehlers sperrt die Regel-/Auswerteeinheit den ersten Bereich des Logikbausteins und rekonfiguriert das entsprechende Funktionsmodul bzw. die entsprechende Gruppe von Funktionsmodulen in einem von dem ersten Bereich des Logikbausteins abweichenden zweiten Bereich des Logikbaustein; anschließend werden die entsprechenden Daten miteinander verglichen.in the If the error occurs again, the control / evaluation unit blocks the first area of the logic block and reconfigures the corresponding one Function module or the corresponding group of function modules in a deviating from the first region of the logic device second area of the logic device; subsequently become the corresponding data compared.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Regel-/Auswerteeinheit im Falle des wiederholten Auftretens eines Fehlers eine Meldung ausgibt, dass das Funktionsmodul bzw. die Gruppe von Funktionsmodulen fehlerhaft arbeitet und wobei die Regel-/Auswerteeinheit einen redundanten und/oder diversitären Funktionsblock in dem zweiten Bereich rekonfiguriert.Farther is provided that the control / evaluation unit in the case of repeated Occurrence of an error issues a message that the function module or the group of function modules is working incorrectly and where the control / evaluation unit a redundant and / or diversified Function block reconfigured in the second area.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts ist ein Test-Mikroprozessor vorgesehen, der ein Testsignal oder ein Testmuster auf ein Funktionsmodul oder eine Gruppe von Funktionsmodulen gibt und durch einen Vergleich der IST-Antwortdaten auf das Testsignal oder das Testmuster mit entsprechenden abgespeicherten SOLL-Antwortdaten die Funktion des Funktionsmoduls oder die Funktion der Gruppe von Funktionsmodulen überprüft.According to one advantageous embodiment of the invention Field device is provided a test microprocessor, the a test signal or a test pattern on a function module or a Group of function modules there and by comparing the actual answer data to the test signal or the test pattern with corresponding stored READ answer data the function of the function module or the function of the group of Function modules checked.

Üblicherweise ist in dem statischen Bereich zumindest ein Funktionsmodul, z. B. die der Voter, z. B. der Mikrokontroller, in dem das Steuerprogramm zur Konfigurierung der Funktionsmodule abläuft, permanent konfiguriert.Usually is in the static area at least one functional module, for. B. the voter, z. B. the microcontroller, in which the control program for Configuration of the function modules is running, permanently configured.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Logikbaustein eine Vielzahl von Logikzellen in einer fest verdrahteten FPGA/Standard ASIC Struktur aufweist, wobei die Logikzellen mittels Konfigurationsregistern so konfigurierbar sind, dass sie elementare Logikfunktionen ausführen, wobei eine Verknüpfungsmatrix mit einer Vielzahl von Speicherzellen vorgesehen ist, über die unterschiedliche logische Verknüpfungen der Logikzellen in definierten komplexen Verknüpfungen mittels der Konfigurationsregister konfigurierbar sind, und dass eine zweite Steuereinheit vorgesehen ist, die die Logikzellen und die Verknüpfungsmatrix über einen internen Bus und über die Konfigurationsregister mittels eines Konfigurations-Bitstrom partiell dynamisch so konfiguriert, dass die fest verdrahtete FPGA/ASIC Struktur sich funktional wie ein partiell dynamisch rekonfigurierbarer Standard Logikbaustein verhält.Furthermore, it is proposed that the logic module has a large number of logic cells in a hard-wired FPGA / standard ASIC structure wherein the logic cells are configurable by means of configuration registers to perform elementary logic functions, wherein a linking matrix is provided with a plurality of memory cells via which different logic operations of the logic cells in defined complex operations are configurable by means of the configuration registers, and wherein a second control unit is provided, which partially dynamically configures the logic cells and the logic matrix via an internal bus and the configuration registers by means of a configuration bit stream so that the hard-wired FPGA / ASIC structure behaves functionally as a partially dynamically reconfigurable standard logic device.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:The The invention will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows:

1: ein Blockschaltbild eines redundant/diversitär ausgestalteten Druckmessgeräts, das einem vorgegebenen Sicherheitsstandard entspricht, 1 : a block diagram of a redundant / diversified pressure gauge which corresponds to a given safety standard,

2: ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen partiell dynamisch rekonfigurierbaren Druckmessgeräts, das einem vorgegebenen Sicherheitsstandard entspricht, 2 FIG. 2 is a block diagram of a partially dynamically reconfigurable pressure measuring device according to the invention, which corresponds to a predetermined safety standard.

3: eine erste erfindungsgemäße diversitär analog/digital ausgestaltete Ausgestaltung der Regel-/Auswerteeinheit für sicherheitskritische Anwendungen, 3 : a first inventive diversitively analog / digitally configured embodiment of the control / evaluation unit for safety-critical applications,

4a: eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regel-/Auswerteeinheit mit dreifacher Redundanz, 4a A second embodiment of the control / evaluation unit according to the invention with triple redundancy,

4b: eine dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regel-/Auswerteeinheit mit dreifacher Redundanz, 4b A third embodiment of the control / evaluation unit according to the invention with triple redundancy,

5: eine Visualisierung der Reaktionen zweier unterschiedlich ausgestalteter Messpfade auf eine sprunghafte Änderung der Prozessgröße und 5 : a visualization of the reactions of two differently designed measuring paths to a sudden change in the process variable and

6: eine Visulaisierung einer vierten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regel-/Auswerteeinheit, bei der der Voter u. a. die Funktion eines Schalters übernimmt. 6 : A visulaisierung a fourth embodiment of the control / evaluation unit according to the invention, in which the voter inter alia assumes the function of a switch.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines redundant/diversitär ausgestalteten Druckmessgeräts. Obwohl an dieser Stelle auf eine Vorrichtung zur Druckmessung Bezug genommen wird, versteht es sich von selbst, dass die erfindungsgemäße Lösung in Verbindung mit jeder Vorrichtung zur Messung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eingesetzt werden kann. 1 shows a block diagram of a redundant / diversified pressure gauge. Although reference is made at this point to a device for measuring pressure, it goes without saying that the solution according to the invention can be used in conjunction with any device for measuring a physical or chemical process variable.

Entsprechende Vorrichtungen sind in der Beschreibungseinleitung der vorliegenden Patentanmeldung explizit – aber keinesfalls abschließend – beschrieben.Appropriate Devices are in the introduction to the present description Patent application explicitly - but in no way conclusive - described.

Bei Feldgeräten 1, die in sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt werden und die nach SIL-Security/Safety Integrity Level nach IEC 61508 – klassifiziert sind, ist eine unabhängige Überprüfung des in einem Messpfad MP1, MP2, MP3 gelieferten Messergebnisses gefordert. Bisher wurden in Feldgeräten 1 hierfür zwei oder mehrere unterschiedliche Messpfade MP1, MP2, MP3 vorgesehen. Häufig wird dabei der Messwert hardwaremäßig in einem ersten Messpfad MP1 mit Hilfe eines ASICs 5 bestimmt. Zusätzlich wird der Messwert noch softwaremäßig in einem zweiten Messpfad MP2 mit einem auf einem Mikrocontroller 6 ablaufenden Programm bestimmt. Der mit dem Mikrocontroller 6 ermittelte diversitäre Messwert wird mit dem vom ASIC 5 ermittelten Messwert verglichen. Sind beide Messwerte innerhalb einer vorgegebenen Fehlertoleranz gleich – eine entsprechende Überprüfung erfolgt in dem Voter 7 –, so kann man davon ausgehen, dass das Feldgerät 1 einwandfrei arbeitet. Eine Abweichung wird stets als ein Indiz für eine Fehlfunktion gewertet. Bei Ungleichheit der beiden Messwerte wird folglich ein Alarm erzeugt, der über eine digitale Kommunikationselektronik 8, eine analoge Kommunikationselektronik 9 und ein Bussystem 10 an eine übergeordnete Steuereinheit oder Leitwarte 12 weitergeleitet wird. Ein entsprechendes Feldgerät 1 zur Druckmessung wird von der Anmelderin unter der Bezeichnung Cerabar S Evolution angeboten und vertrieben. Problematisch bei einer geradzahligen Anzahl von Messpfaden MP1, MP2 ist, dass nicht spezifiziert werden kann, in welchem der Messpfade MP1, MP2 der Fehler aufgetreten ist.For field devices 1 which are used in safety-critical applications and which comply with SIL-Security / Safety Integrity Level IEC 61508 - are classified, an independent verification of the delivered in a measuring path MP1, MP2, MP3 measurement result is required. So far, in field devices 1 For this purpose, two or more different measuring paths MP1, MP2, MP3 provided. Frequently, the measured value is hardware-wise in a first measuring path MP1 with the aid of an ASIC 5 certainly. In addition, the measured value is still in software in a second measuring path MP2 with a on a microcontroller 6 expiring program. The one with the microcontroller 6 determined diversified measured value is compared with that of the ASIC 5 compared measured value. If both measured values within a given fault tolerance are the same - a corresponding check is made in the voter 7 -, one can assume that the field device 1 works perfectly. A deviation is always considered as an indication of a malfunction. In the event of inequality of the two measured values, an alarm is consequently generated, which is transmitted via digital communication electronics 8th , an analogue communication electronics 9 and a bus system 10 to a higher-level control unit or control room 12 is forwarded. A corresponding field device 1 for pressure measurement is offered and distributed by the applicant under the name Cerabar S Evolution. The problem with an even number of measuring paths MP1, MP2 is that it can not be specified in which of the measuring paths MP1, MP2 the error has occurred.

Das in 1 dargestellte Feldgerät 1 ist in 2 als Lösung mit einem partiell dynamisch rekonfigurierbaren Logikbaustein 11 beschrieben. Das Feldgerät 1 arbeitet nach einem in der jeweiligen Applikation vorgeschriebenen SIL- Standard. Erfindungsgemäß werden in dem partiell dynamisch rekonfigurierbaren Bereich des FPGAs 11 die entsprechenden diversitären Funktionsmodule 5, 6 entweder seriell oder parallel konfiguriert. Dadurch lässt sich die Auswerteeinheit eines nicht SIL-fähiges Feldgerät erfindungsgemäß für den SIL-Betrieb vorbereiten. Da zeitlich versetzt hard- oder softwaremäßige Funktionsmodule 5, 6 nacheinander während des Messbetriebs in demselben Bereich, also auf derselben Fläche, konfiguriert werden können, ist der Speicherbedarf in Bezug auf die bekannten Lösungen des Standes der Technik entsprechend gering. Neben dem zeitweisen Entfernen einzelner Funktionsmodule 5, 6, 7, 8 und dem Ersetzen durch andere Funktionsmodule 5', 6', 7', 8' ist es auch möglich, einzelne Funktionsmodule 5, 6, 7, 8 in ihrer Fläche zeitweise zu verringern, wobei die reduzierte Fläche letztlich von der spezifischen Anwendung des Feldgerätes 1 abhängt.This in 1 illustrated field device 1 is in 2 as a solution with a partially dynamically reconfigurable logic device 11 described. The field device 1 works according to a SIL standard prescribed in the respective application. According to the invention, in the partially dynamically reconfigurable region of the FPGA 11 the corresponding diversified functional modules 5 . 6 configured either serial or parallel. As a result, the evaluation unit of a non-SIL-capable field device can be prepared according to the invention for SIL operation. Because time-shifted hardware or software functional modules 5 . 6 can be configured successively during the measuring operation in the same area, ie on the same area, the memory requirement is correspondingly low with respect to the known solutions of the prior art. In addition to the temporary removal of individual function modules 5 . 6 . 7 . 8th and replacing with other functional modules 5 ' . 6 ' . 7 ' . 8th' It is also possible to use individual function modules 5 . 6 . 7 . 8th to temporarily reduce in their area, the reduced area ultimately of the specific application of the field device 1 depends.

Partiell dynamisch rekonfigurierbare Logikbausteine 11 bieten verschiedene Alternativen für die für den SIL-Betrieb notwendigen Messpfade MP1, MP2, wobei in 2 die Alternative Hardware 5/Software 6 dargestellt ist. Selbstverständlich können auch die Alternativen Hardware 5/Hardware 5' oder Software 6/Software 6' angewendet werden. Bei allen Alternativen mit zwei gleichwertigen Messpfaden MP1, MP2 – Hardware 5/Hardware 5' bzw. Software 6/Software 6' – können beide Gruppen von Funktionsmodulen sowohl redundant als auch diversitär ausgestaltet sein. Einzelne Beispiele sind anhand der nachfolgenden Figuren im Detail beschrieben.Partially dynamically reconfigurable logic modules 11 offer different alternatives for the measurement paths MP1, MP2 necessary for SIL operation, where in 2 the alternative hardware 5 /Software 6 is shown. Of course, the alternatives can also be hardware 5 /Hardware 5 ' or software 6 /Software 6 ' be applied. For all alternatives with two equivalent measurement paths MP1, MP2 - Hardware 5 /Hardware 5 ' or software 6 /Software 6 ' - Both groups of function modules can be both redundant and diversified. Individual examples are described in detail with reference to the following figures.

3 zeigt eine diversitäre analog/digital ausgestaltete Kontroll-/Auswerteeinheit 14 für sicherheitskritische Anwendungen, die dreifach diversitär ausgestaltet ist. Die für die jeweilige Applikation geeignete Ausgestaltung wird auf dem FPGA 11 partiell dynamisch rekonfiguriert, auf dem FPAA 18 werden die Analog-Komponenten bzw. die analogen Funktionsmodule dynamisch konfiguriert. 3 shows a diverse analog / digital control / evaluation unit 14 for safety-critical applications, which is triple diversified. The design suitable for the respective application is on the FPGA 11 partially reconfigured dynamically, on the FPAA 18 The analog components or the analog function modules are dynamically configured.

Tritt zwischen den Messergebnissen in den verschiedenen MP1, MP2, MP3 eine Abweichung auf, so wird diese als Warn- oder Fehlermeldung über die Datenleitung, bei der es sich bevorzugt um einen Datenbus 10 handelt, an die Leitwarte 12 bzw. an das Bedienpersonal ausgeben.If a deviation occurs between the measurement results in the various MP1, MP2, MP3, this is called a warning or error message via the data line, which is preferably a data bus 10 to the control room 12 or to the operating personnel.

In den Figuren 4a und 4b ist jeweils eine Kontroll-/Auswerteeinheit 14 mit dreifacher Redundanz gezeigt. Während bei der in 4a gezeigten Lösung die dreifache Redundanz nur für die digitalen Funktionsmodule der Kontroll-/Auswerteeinheit 14 ausgeführt ist, betrifft die dreifache Redundanz bei der in 4b gezeigten Ausgestaltung auch die analogen sensorseitigen Funktionsmodule. Dreifach bzw. ungeradzahlig ausgelegte Messpfade haben gegenüber geradzahligen ausgelegten Messpfaden den Vorteil, dass im Fehlerfall der fehlerhafte Messpfade zweifelsfrei aufgefunden werden kann.In the figures 4a and 4b is each a control / evaluation unit 14 shown with triple redundancy. While at the in 4a the triple redundancy shown only for the digital function modules of the control / evaluation unit 14 is executed, concerns the triple redundancy in the 4b embodiment shown, the analog sensor-side function modules. Triple or odd-numbered measuring paths have the advantage over even-dimensioned measuring paths that, in the event of a fault, the faulty measuring paths can be found without any doubt.

Im Folgenden wird Bezug auf die Figuren 5a, 5b, 5c und 5d genommen. In vielen Prozessen der Prozessautomatisierungstechnik hat die Antwortzeit auf eine sprunghaft auftretende Änderung, also die Verarbeitungsgeschwindigkeit denselben Stellenwert wie die Genauigkeit des ausgegebenen Ausgangssignals eines Messpfades. Üblicherweise hängen beide Größen miteinander zusammen, da eine höhere Genauigkeit entsprechend ausgestaltete A/D Wandler voraussetzt. Deshalb ist eine hohe Genauigkeit des Ausgangssignals eines Messpfades üblicherweise mit einer geringeren Verarbeitungsgeschwindigkeit in dem Messpfad verknüpft, während eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit mit einer geringeren Verarbeitungsgeschwindigkeit auf dem entsprechenden Messpfad einhergeht. Beispielsweise kann mit Hilfe des Voters und des analogen Messpfades eine möglichst kurze Antwortzeit bzw. eine möglichst geringe Verarbeitungsgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit erreicht werden. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang auch auf die 6, die einen als Schalter ausgestalteten Voter 7 aufweist, der dafür Sorge trägt, dass im Falle einer sprunghaften Änderung der Prozessgröße stets die optimalen Werte als Ausgangssignale zur Verfügung gestellt werden.In the following, reference will be made to the figures 5a . 5b . 5c and 5d taken. In many processes of process automation technology, the response time to a sudden change, ie the processing speed, has the same significance as the accuracy of the output signal output of a measuring path. Usually, both variables are related to each other, since a higher accuracy requires correspondingly designed A / D converters. Therefore, a high accuracy of the output signal of a measurement path is usually associated with a lower processing speed in the measurement path, while a higher processing speed is associated with a lower processing speed on the corresponding measurement path. For example, the shortest possible response time or the lowest possible processing speed can be achieved with high accuracy with the aid of the vote and the analogue measurement path. Reference is made in this context to the 6 , a voter designed as a switch 7 which ensures that in the event of a sudden change in the process variable, the optimum values are always provided as output signals.

Der analog ausgestaltete Messpfad MP3 ist schneller aber weniger genau als die beiden digitalen Messpfade MP1, MP2, die üblicherweise denselben Typ von A/D Wandler verwenden. Der Voter 7 vergleicht die Ausgangssignale der beiden digitalen Messpfade MP1, MP2 mit dem Ausgangssignal des analogen Messpfades MP3. Liegt die Abweichung innerhalb der Toleranzgrenzen des analogen Messpfades MP3, so wird das Ausgangssignal der digitalen Messpfade MP1, MP2 an das analoge Stromausgangsmodul 9 weitergegeben.The analogized measuring path MP3 is faster but less accurate than the two digital measuring paths MP1, MP2, which usually use the same type of A / D converter. The voter 7 compares the output signals of the two digital measuring paths MP1, MP2 with the output signal of the analog measuring path MP3. If the deviation is within the tolerance limits of the analog measuring path MP3, the output signal of the digital measuring paths MP1, MP2 is sent to the analog current output module 9 passed.

Sobald sich während des Betriebs der vom entsprechenden Sensor/Messgerät gelieferte Eingangswert sprunghaft ändert, wird das analoge Ausgangssignals des analogen Messpfades MP3 dieser sprunghaften Änderung schneller folgen als die Ausgangssignale der beiden langsameren digitalen Messpfade MP1, MP2. Der Unterschied in den Ausgangssignalen der digitalen Messpfade MP1, MP2 und in dem Ausgangssignal des analogen Messpfades MP3 liegt dann außerhalb der Toleranz- bzw. Genauigkeitsgrenzen des analogen Messpfades MP3. In diesem Fall gibt der Voter 7 das Ausgangssignal des analogen Messpfades aus. Der Voter 7 gibt nachfolgend solange das Ausgangssignal des analogen Messpfades MP3 aus, bis die Ausgangssignale der digitalen Messpfade MP1, MP2 wieder im Bereich der Toleranzgrenzen des Ausgangssignals des analogen Messpfades MP3 liegen. Sobald die Ausgangssignale der beiden digitale Messpfade MP1, MP2 wieder innerhalb der Toleranzgrenzen des Ausgangssignals des analogen Messpfades MP3 liegen, gibt der Voter 7 wieder die digitalen Ausgangssignale zur Auswertung des Messwertes weiter. Obwohl in 3 drei Messpfade MP1, MP2, MP3 verwendet werden, versteht es sich von selbst, dass auch bereits bei zwei Messpfaden die erfindungsgemäße Lösung zur Anwendung kommen kann. Ebenso können anstelle eines langsamen digitalen Messpfades und eines schnellen analogen Messpfades auch zwei digitale und/oder analoge Messpfade mit unterschiedlicher Verarbeitungsgeschwindigkeit und unterschiedlicher Genauigkeit verwendet werden.As soon as the input value supplied by the corresponding sensor / measuring device changes abruptly during operation, the analog output signal of the analog measuring path MP3 will follow this sudden change faster than the output signals of the two slower digital measuring paths MP1, MP2. The difference in the output signals of the digital measurement paths MP1, MP2 and in the output signal of the analog measurement path MP3 is then outside the tolerance or accuracy limits of the analog measurement path MP3. In this case, the voter gives 7 the output signal of the analogue measuring path. The voter 7 subsequently outputs the output signal of the analog measuring path MP3 until the output signals of the digital measuring paths MP1, MP2 again lie within the tolerance limits of the output signal of the analog measuring path MP3. As soon as the output signals of the two digital measuring paths MP1, MP2 are within the tolerance limits of the output signal of the analog measuring path MP3, the voter returns 7 the digital output signals continue to evaluate the measured value. Although in 3 If three measuring paths MP1, MP2, MP3 are used, it goes without saying that the solution according to the invention can also be used even with two measuring paths. Likewise, instead of a slow digital measurement path and a fast analog measurement path, two digital and / or analog measurement paths with different processing speeds and different accuracy can be used.

Wie bereits zuvor erwähnt, hat eine Ausgestaltung mit einer ungeradzahligen Anzahl von Messpfaden gegenüber einer Ausgestaltung mit einer geradzahligen Anzahl von Messpfaden den Vorteil, dass bei dem entsprechenden Feldgerät ein Fehlerfall automatisch in einem definierten Messpfad aufgespürt werden kann. Das Feldgerät bleibt aufgrund von drei nebeneinander existierenden Messpfaden stets sicher und verfügbar. Hierzu vergleicht der Voter 7 in jedem Fall die Ausgangssignale von z. B. drei Messpfaden MP1, MP2, MP3. Tritt ein Fehler in einem der beiden digitalen Messpfade MP1, MP2 auf, wird er automatisch erkannt, da die digitalen Messpfade MP1, MP2 zumindest näherungsweise die gleiche Antwortzeit bzw. die gleiche Verarbeitungsgeschwindigkeit aufweisen. Ein Fehler im analogen Messpfad MP3 ist auf Grund der schnellen Verarbeitungsgeschwindigkeit bzw. Reaktionszeit wesentlich kritischer; aber auch dieser lässt sich über die erfindungsgemäße Lösung eindeutig identifizieren.As already mentioned above, a configuration with an odd number of measurement has Paths compared to a configuration with an even number of measurement paths have the advantage that in the corresponding field device, an error can be detected automatically in a defined measurement path. The field device always remains safe and available due to three adjacent measuring paths. The voter compares this 7 in any case, the output signals of z. B. three measurement paths MP1, MP2, MP3. If an error occurs in one of the two digital measuring paths MP1, MP2, it is automatically detected, since the digital measuring paths MP1, MP2 have at least approximately the same response time or the same processing speed. An error in the analog measuring path MP3 is much more critical due to the fast processing speed or reaction time; but even this can be clearly identified by the solution according to the invention.

Bei einer sprunghaften Änderung (5a) der zu messenden Prozessgröße reagiert der analoge Messpfad MP3 sehr schnell (5c), so dass sich im Ausgangssignal auch sehr schnell die entsprechende sprunghafte Änderung der Prozessgröße spiegeln wird. Hingegen reagiert das bzw. reagieren die digitalen Messpfade MP1, MP2 langsamer (5b). Folglich wird das Ausgangssignal des digitalen Messpfades bzw. der digitalen Messpfade MP1, MP2 eine signifikante Erhöhung in Reaktion auf die sprunghafte Änderung der Prozessgröße verzögert zeigen. Besitzt der A/D Wandler z. B. eine Architektur zweiter Ordnung, so zeigt sich diese zweite Ordnung auch in der Sprungantwort. Diese Änderung kann mit dem Ausgangssignal des analogen Messpfades MP3 verglichen werden.In case of a sudden change ( 5a ) of the process variable to be measured, the analog measuring path MP3 reacts very quickly ( 5c ), so that the output signal will very quickly reflect the corresponding abrupt change in the process variable. On the other hand, this or the digital measuring paths MP1, MP2 react more slowly (or 5b ). Consequently, the output of the digital measurement path (s) MP1, MP2 will show a significant increase in response to the sudden change in process quantity. Does the A / D converter z. As a second order architecture, this second order is also in the step response. This change can be compared with the output signal of the analog measuring path MP3.

Sofern die Differenz zwischen dem analogen Ausgangssignal und digitalen Ausgangssignal größer ist als die Genauigkeit des Ausgangssignals des analogen Messpfades und sofern das Ausgangssignal des digitalen Messpfades MP1, MP2 noch nicht – wenn auch verzögert – auf die sprunghafte Änderung hindeutet, so liegt auf einem der beiden Messpfade MP1, MP2, MP3 ein Fehler vor. Sind die Ausgangssignale in den beiden digitalen Messpfaden MP1, MP2 gleich, so liegt der Fehler eindeutig im analogen Messpfad MP3. Um nun diesen Fehler zu beheben, kann die Methode der Selbstheilung, wie sie bereits zuvor beschrieben wurde, angewendet werden.Provided the difference between the analog output signal and digital Output signal is greater than the accuracy the output signal of the analogue measuring path and if the output signal of the digital measuring path MP1, MP2 not yet - albeit delayed - indicating the erratic change so there is an error on one of the two measuring paths MP1, MP2, MP3 in front. Are the output signals in the two digital measuring paths MP1, MP2 equal, the error is clearly in the analog measuring path MP3. In order to correct this error, the method of self-healing, as previously described.

Erfindungsgemäß wird für den Fall, dass sich die Antwortzeiten auf eine sprunghafte Änderung der physikalischen oder chemischen Prozessgröße in zumindest zwei Messpfaden MP1, MP2, MP3 voneinander unterscheiden, die Regel-/Auswerteeinheit so ausgestaltet ist, dass sie während der sprunghaften Änderung der physikalischen oder chemischen Prozessgröße automatisch den Messpfad auswählt bzw. konfiguriert, der die geringere Antwortzeit aufweist.According to the invention in the event that the response time changes to a sudden the physical or chemical process variable in at least two measuring paths MP1, MP2, MP3 differ from each other, the control / evaluation unit is designed so that it during the sudden change in the physical or chemical process variable automatically selects or configures the measurement path, the has the lower response time.

11: Feldgerätfield device
22: Sensorsensor
33: Analoge Sensorelektronikanalog sensor electronics
44: A/D-WandlerA / D converter
55: Funktionsmodul/ASICFunction Module / ASIC
66: Funktionsmodul/MikrocontrollerFunction module / microcontroller
77: Funktionsmodul/Voter/EntscheidungslogikFunction Module / Voter / decision logic
88th: Funktionsmodul/Digitale KommunikationselektronikFunction Module / Digital communications electronics
99: Analoge Kommunikationselektronikanalog communications electronics
1010: Datenbusbus
1111: rekonfigurierbarer Logikbaustein, partiell dynamisch rekonfigurierbarer FPGA/dynamisch rekonfigurierbarer FPAAreconfigurable Logic block, partially dynamically reconfigurable FPGA / dynamically reconfigurable FPAA
1212: Leitwarte/übergeordnete SteuereinheitControl room / parent control unit
1313: Steuereinheitcontrol unit
1414: Regel-/AuswerteeinheitControl / evaluation unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 03/098154 [0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- IEC 61508 [0042]

Claims

Field device for determining and / or monitoring a physical or chemical process variable, consisting of a sensor ( 2 ), which operates according to a predetermined measurement principle, and a rule evaluation unit ( 14 ), that of the sensor ( 2 supplied measurement data / measured values as a function of a safety standard required in the respective safety-critical application along a predetermined number of redundant or diversified or redundant and diversified measurement paths (MP1, MP2, MP3), wherein in the event that the Response times to a sudden change in the physical or chemical process variable in at least two measurement paths (MP1, MP2, MP3) differ from each other, the control / evaluation unit ( 14 ) is designed so that it automatically selects or configures the measurement path (MP1, MP2, MP3) that has the lower response time during the abrupt change of the physical or chemical process variable.

Field device according to claim 1, wherein the control / evaluation unit ( 14 ) at least partially as a reconfigurable logic device ( 11 ) with several partially dynamically or dynamically reconfigurable function modules ( 5 . 6 ), and wherein the control / evaluation unit ( 14 ) the functional modules ( 5 . 6 ) are configured in the measuring paths (MP1, MP2, MP3) as a function of the respectively defined safety-critical application in such a way that the field device ( 1 ) is designed according to the required safety standard.

Field device according to claim 1 or 2, wherein the control / evaluation unit ( 14 ) in each of the measuring paths (MP1, MP2, MP3) digital hardware and / or analog hardware and / or software-based function modules ( 5 . 6 ) reconfigured.

Field device according to Claim 2 or 3, wherein the logic module ( 11 ) is a dynamically partially reconfigurable FPGA for the digital function modules ( 5 . 6 . 7 . 8th ) and / or is a dynamically reconfigurable FPAA for the analog function modules.

Field device according to one or more of the preceding Claims, wherein one of the measurement paths (MP3) as analog Channel or digital channel and another of the measuring paths (MP1, MP2) is designed as a digital channel or analog channel, wherein one of the two channels is characterized by a lower processing speed for providing an output signal or a higher accuracy of the output signal than the other channel.

Field device according to one or more of the preceding claims, wherein the control / evaluation unit ( 14 ) a voter ( 7 ), z. B. is associated with a microcontroller, which compares the output signals provided by the individual or in the individual measuring paths (MP1, MP2, MP3) and each provides the output signal of the channel with the higher accuracy, as long as the deviation between the output signals of the channel with the higher accuracy and the channel with the lower accuracy but the higher processing speed is within the tolerance limits of the channel with the higher response time.

Field device according to claim 1 or 6, wherein in the event of a sudden change in the process variable the voter ( 7 ) or the microcontroller outputs the output signal with the lower accuracy and the higher processing speed as long as the output signal with the higher accuracy but the lower processing speed has reached the value of the output signal with the lower accuracy but the higher processing speed speed.

Field device according to one or more of the preceding Claims, wherein an odd number of measurement paths (MP1, MP2, MP3) is provided or configured.

Field device according to one or more of claims 1-8, wherein the voter ( 7 ) or the microcontroller generates a warning or error message in the event of a deviation of the output signals from two measuring paths or channels, if the difference between the output signals of two measuring paths (MP1, MP2) is greater than the accuracy of the measuring path (Mp3) with the higher processing speed and in the output of the measuring path (MP1, MP2) with the lower processing speed shows no reaction to the sudden change in the process size.

Field device according to one or more of the preceding claims, wherein the control / evaluation unit ( 14 ) serially or in parallel the functional modules ( 5 . 6 ) for an odd number of redundant or diverse or redundant and diverse measurement paths (MP1, MP2, MP3) partially dynamically or dynamically configured, wherein the control / evaluation unit ( 14 ) compares the data provided by or in the measurement paths (MP1, MP2, MP3), and wherein the control / evaluation unit ( 14 ) generates a warning message that a defined measuring path (MP1) supplies erroneous data if data is made available on the defined measuring path (MP1) that is different from the data of the remaining ones Measuring paths (MP2, MP3) differ.

Field device according to one or more of claims 1-10, wherein the control / evaluation unit ( 14 ) the individual function modules ( 5 . 6 . 7 . 8th ) or a group of function modules arranged in a measuring path (MP1, MP2, MP3) in a defined first area of the logic module ( 11 ) and wherein a microcontroller ( 13 ) is provided by comparing the data of individual functional modules ( 5 . 6 ) or groups of function modules with corresponding redundant or diversified function modules ( 5.1 . 6.1 ) or groups of function modules determines whether the function module ( 5 . 6 ) or the group of function modules in the first area (A) of the logic device is working correctly or is faulty.

Field device according to one or more of the preceding claims, wherein the control / evaluation unit ( 14 ) in the case of a detected error, the faulty function module ( 5 . 6 ) or the faulty group of function modules reconfigured in the first area (A) and compares the corresponding data with each other.

Field device according to claim 12, wherein the control / evaluation unit ( 14 ) in case of a recurrence of an error, a diverse functional module ( 5 . 6 ) or the group of diverse function modules in the first area (A) of the logic module ( 11 ) loads.

Field device according to claim 13, wherein the control / evaluation unit ( 14 ) in the event of a recurrence of an error, the first area (A) of the logic module ( 11 ) and the corresponding function module ( 5 . 6 ) or the corresponding group of function modules in one of the first area (A) of the logic module ( 11 ) deviating second area (A ') of the logic module ( 11 ) and compares the corresponding data with each other.

Field device according to one or more of the preceding claims, wherein the control / evaluation unit ( 14 ) in the case of repeated occurrence of an error, a message indicating that the function module ( 5 . 6 ) or the group of function modules works incorrectly and wherein the control / evaluation unit ( 14 ) a redundant and / or diversified function block ( 5 ' . 6 ' ) reconfigured in the second area.

Field device according to one or more of preceding claims, wherein in the static (SB) At least one functional module, z. B. the voter, z. B. the microcontroller, in which the control program for configuration the function module is running, is permanently configured.

Field device according to one of claims 1, 5, 7 and 14, wherein the logic module ( 11 ) has a plurality of logic cells in a hardwired FPGA / standard ASIC structure, wherein the logic cells are configurable by means of configuration registers to perform elementary logic functions, wherein a linking matrix is provided with a plurality of memory cells via which different logical connections of the logic cells in complex connections are configurable by means of the configuration registers, and wherein a second control unit is provided, which partially dynamically configures the logic cells and the linking matrix via an internal bus and via the configuration registers by means of a configuration bit stream such that the hard-wired FPGA / ASIC structure functional as a partially dynamically reconfigurable standard logic device behaves.