TW201816798A

TW201816798A - 具有插入式記憶卡之過程測量裝置

Info

Publication number: TW201816798A
Application number: TW106137032A
Authority: TW
Inventors: 羅蘭威爾; 卡爾葛斯邦; 約爾格波爾西格; 霍哲史代哲; 克萊蒙亨斯勒; 湯瑪士歐樂; 瑪努爾哈爾特
Original assignee: 德商Ｖｅｇａ格里沙貝兩合公司
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2018-05-01
Also published as: US20200059374A1; WO2018077628A1; HUE042055T2; EP3316514A1; EP3316514A9; EP3316514B1; CN109891825A; TWI799396B; CN109891825B; US11516029B2

Abstract

一種過程測量裝置，具有用於連接插入式記憶卡之介面，其中當記憶卡被連接至過程測量裝置時，記憶體操作裝置可將過程測量裝置轉換至記憶體訪問模式。供能單元負責在連接記憶卡之後，自動藉由提高過程測量裝置中可供自由使用的電能來提供讀訪問或寫訪問過程測量裝置所需之電能。藉此可有效避免對過程測量裝置的非期望之供電不足。

Description

具有插入式記憶卡之過程測量裝置

本發明係有關於過程測量技術。本發明具體係有關於一種可連接插入式記憶卡之過程測量裝置、一種透過過程測量裝置對插入式記憶卡實施寫入及讀出操作之方法、一種程式元素(Programmelement)以及一種電腦可讀媒介。

過程測量裝置在工業過程中測量大量相關參數，例如溫度、壓力、料位、pH值、黏度、流量。為了降低安裝與養護難度，安裝此類過程測量裝置時會一再使用雙線系統，特別是4...20 mA雙線迴路(Zweileiterschleife)、HART、Profibus PA或Foundation現場總線雙線系統。連接好的過程測量裝置僅被提供有限功率。在4...20 mA系統中，可供過程測量裝置內部之測量使用的全部功率可為50 mW或更少。另外，自過程控制中心到感測器(以下亦稱「過程測量裝置」)的資訊傳輸可極為緩慢，對於純測量值傳輸而言，此不會帶來任何問題。然而，現代過程測量裝置之電路組件已高度數位化。近年來隨著高效同時又節電的微處理器之數量不斷增多，大量測量值測定任務已由軟體程式承擔。與此同時，此類過程測量裝置之用戶方對新功能的需求亦不斷增長。因此，有必要藉由軟體更新來更改已安裝感測器之功能。此外，過程技術設備的運營方往往希望對過程測量裝置之未預見到的運行狀態實施系統性記錄，特別是在故障情況下。重建導致測量裝置發生故障的過程時，有可能需要儲存海量資訊。

本發明之目的在於提供一種能快速讀入讀出資料之過程測量裝置。各獨立請求項之特徵為本發明用以達成此目的之解決方案。本發明之改良方案包含於附屬請求項及以下說明中。本發明之第一態樣係有關於一種過程測量裝置，例如料位測量裝置，具有用於將插入式記憶卡連接至該過程測量裝置之介面。該插入式記憶卡特定言之可為一儲存大量資料、能高速讀寫且由過程測量裝置提供運行所需能量之記憶卡。為了滿足為此所需之能量需求，在過程測量裝置中設有記憶體操作裝置，該記憶體操作裝置實施為，當插入式記憶卡被插接至介面且/或被啟動運行時，自動將過程測量裝置轉換至記憶體訪問模式。在記憶體訪問模式下，過程測量裝置可為插入式記憶卡提供過程測量裝置對記憶卡實施讀訪問及/或寫訪問所需之電能。此外，過程測量裝置具有供能單元，該供能單元實施為用於提供過程測量裝置對插入式記憶卡實施讀訪問及/或寫訪問(或者反過來)所需之電能，其實現方式為，自動提高過程測量裝置中可供自由使用的電能。過程測量裝置中可供自由使用的電能並非為其他用途而設置，所謂其他用途係例如指實施測量、測量資料分析、資料傳輸或者連接至過程測量裝置且由過程測量裝置供電之周邊設備的運行。根據實施方式，可藉由提高被饋入測量裝置的能量來提高過程測量裝置中可供自由使用的電能。根據本發明之實施方式，供能單元實施為提供對過程測量裝置及插入式記憶卡實施讀訪問及/或寫訪問所需之電能，其實現方式為，提高自外部能量源(例如4...20 mA雙線線路)被傳輸至過程測量裝置之電功率。在上述示例中例如可作如下設置：將雙線線路中的電流提高至最大值。根據本發明之另一實施方式，供能單元實施為提供對過程測量裝置及插入式記憶卡實施讀訪問及/或寫訪問所需之能量，其實現方式為，減小過程測量裝置所需之電功率。作為替代或補充方案，可作如下設置：為了提供讀訪問及/或寫訪問所需之電能，減小一或數個連接至過程測量裝置且由過程測量裝置供電之周邊設備所需要的電功率。可作如下設置：逐步地依次實施上述措施，直至滿足甚或較佳超過插入式記憶卡之能量需求。亦可作如下設置：同時實施所有上述措施或上述措施中的選定措施，以便能儘快提供儘可能大的功率來運行記憶卡。根據本發明之實施方式，過程測量裝置實施為僅自4...20 mA雙線迴路獲取其電能。根據本發明之另一實施方式，過程測量裝置能夠對過程測量裝置及視情況連接至過程測量裝置之周邊設備所需要的電功率以及對插入式儲存媒介所需之電功率進行連續監測。藉此可防止過程測量裝置遭遇功率不足，即，所需功率超過外部供能系統所提供之功率。根據本發明之另一實施方式，記憶體操作裝置實施為，根據自插入式記憶卡被傳輸至過程測量裝置之第一資料判斷，是否需要安裝軟體更新，若需要，遂提高自外部能量源被傳輸至過程測量裝置之電功率。藉此可及時地自動判斷出是否需要在過程測量裝置上安裝新軟體，以便儘可能順利地提供足夠能量。該過程測量裝置係例如為料位測量裝置、壓力測量裝置、限位感測器(Grenzstandsensor)或流量測量裝置。根據本發明之實施方式，可供插入式記憶卡連接至過程測量裝置之介面為多用途介面，該多用途介面亦可供例如為顯示及操作裝置的周邊設備使用。藉此可提供一種其介面可靈活使用之過程測量裝置。根據本發明之另一實施方式，介面實施為用於將插入式記憶卡容置於過程測量裝置中。如此一來，插入式記憶卡可連同介面一起被整合於抗壓封裝感測器殼體內部。可作如下設置：插入式記憶卡及附屬的感測器介面在打開感測器殼體之蓋體後能夠從外部被觸及，並且允許使用者在不存在爆炸性氣體或粉塵之情況下更換媒介。本發明之另一態樣係有關於一種透過過程測量裝置對插入式記憶卡實施寫入及/或讀出操作之方法。首先將插入式記憶卡連接至過程測量裝置之介面，其實現方式為，將插入式記憶卡插接至該介面。過程測量裝置能自主識別記憶卡之插入或移除。特定言之可作如下設置：過程測量裝置在識別到有儲存媒介被插入時自此媒介自主讀出規定數目之位元組。可作如下設置：過程測量裝置依據以此方式被讀出的位元組而自主觸發預先定義的運行程序，例如軟體更新或診斷資料之儲存。接著，自動將過程測量裝置轉換至記憶體訪問模式，在記憶體訪問模式下，過程測量裝置可為插入式記憶卡提供過程測量裝置對記憶卡實施讀訪問及/或寫訪問所需之電能。所需電能取決於記憶卡類型以及需要實施何種操作。藉由提高過程測量裝置中可供自由使用的電能來提供讀訪問及/或寫訪問所需之電能。此程序由以下情形觸發：插入式記憶卡被連接至過程測量裝置之介面。接著，過程測量裝置可自主確定是否需要自媒介讀取資料且/或將資料寫到媒介上。亦可作如下設置：使用者可透過用戶介面來設置是否需要讀及/或寫資料。本發明之又一態樣係有關於一種程式元素，當過程測量裝置之記憶體操作裝置執行該程式元素時，該程式元素引導過程測量裝置實施上述及下述步驟。根據本發明之再一態樣，提出一種電腦可讀媒介，該媒介上儲存有上述程式元素。下面參照圖式對本發明之實施例進行說明。圖式為示意性且未按比例繪示。

對相關申請之參考 本申請要求享有於2016年10月27日提交之第16 196 031.5號歐洲專利申請的優先權，該申請的全部內容引入本文以供參考。圖1示出過程測量裝置101之典型結構。透過介面102為測量裝置提供測量裝置運行所需之全部能量，該介面例如為4...20 mA介面。整合於過程測量裝置101中的供能及通訊單元103一方面藉由形成對應於測量值之迴路電流來向外提供測量值。此外，供能及通訊單元103為測量裝置之其他組件(尤指評估及控制單元104及原本的測量單元105)提供能量。亦可為其他電子單元提供能量。圖2示出相應的過程測量裝置。前述測量裝置101在此例示性地以模組擴展方式增設了附加組件201、202。根據用戶要求，可在過程測量裝置101之殼體中或其殼體上安裝附加的周邊設備201、202。舉例而言，過程測量裝置101可配設顯示模組201或藍芽模組202。進一步可作如下設置：以透過周邊設備連接至感測器之方式提供或者在感測器中提供其他通訊標準(WLAN、Modbus、四線制)或附加功能(可連接至個人電腦的通訊調制解調器、服務模組)。一般而言，此等周邊設備係完全自過程測量裝置101、特別是自供能單元103獲取運行所需之能量。圖3A示出本發明之過程測量裝置的第一實施例。過程測量裝置303具有在本實施例中整合於感測器電子設備內部的接觸裝置301形式之介面，其適於將插入式記憶卡302機械及電性連接至過程測量裝置303。插入式記憶卡302可為SD卡、多媒體記憶卡、USB棒、微型SD卡或CF卡。在此亦可使用其他的資料儲存卡。記憶卡302特定言之可用於將資料傳輸至過程測量裝置，例如在軟體更新範圍內。亦可作如下設置：過程測量裝置在過程測量裝置發生故障時將諸如狀態資訊、故障訊息或系統記憶體之映像資料等資料寫到儲存媒介302上。由於該記憶卡無需附加工具便可在現場更換且易於更換，用戶將極大地受益於此。插入式記憶卡302由連接該插入式記憶卡的記憶體操作裝置304提供寫及/或讀命令。進行讀及/或寫所需要的能量至少部分地由過程測量裝置303自身提供，在此特別是由供能單元305提供。進行寫及/或讀所需要的電功率有可能如此之高，以至於實為現場設備之過程測量裝置303無法再順利運行。供能單元305能夠連續監測過程測量裝置中的主動組件之需要功率以及插入式儲存媒介302之需要功率，並且使其與雙線介面306當前所提供之功率相關聯。後者在真實感測器情況下波動較大。舉例而言，當測定壓力為0 bar時，第一測量值會引起4 mA之迴路電流。因此，在通常為15 V之供電電壓下，約有60 mW的功率可供用來運行感測器(以及感測器上有可能連接著的周邊設備)。例如為10 bar之第二測量值會引起20 mA之迴路電流，此相當於300 mW之可用功率。在SD卡上實施寫操作時，通常需要150 mW的電功率。由此可見，當存在不利測量值時，用來運行過程測量裝置以及用來對插入式儲存媒介實施寫操作的功率有可能不夠大。在特別有利的技術方案中，插入式記憶卡及附屬的感測器介面在打開感測器殼體303之蓋體307後能夠從外部被觸及，並且允許使用者在不存在爆炸性氣體或粉塵之情況下更換媒介。圖3B示出已放置有蓋體307之相應配置，此蓋體將儲存媒介302及介面301與可能存在的爆炸性氛圍308氣密隔離。圖4示出在供能裝置305內部實施的用以排除當前問題之程序。該方法開始於記憶體操作裝置304在開始狀態401下提出寫請求之時。首先在步驟402中測定透過介面306提供給感測器之電功率P_s 。而後在步驟403中測定感測器、相連周邊設備及SD卡在寫模式下之需要功率P_標稱。若可用功率P_s 足夠大，遂在步驟405中對插入式儲存媒介實施寫操作。由此，該方法結束於狀態406下。否則便嘗試減小感測器之當前需要功率。為此，首先在步驟407中停止原本的測量。關斷相關電路部件後，需要功率將大幅降低。接著在步驟408中測定當前需要功率，此功率在此係由周邊設備之功率以及用來在媒介上實施寫操作的功率組成。倘若如此一來，感測器及儲存媒介在寫模式下的需要功率之和小於可用功率，遂在步驟410中將資料寫到媒介上。隨後在步驟411中重新啟動測量，並且該方法結束於狀態406下。然而，若步驟409中的檢驗得出仍不存在實施寫操作所需要之功率的結果，遂在步驟412中停用一或數台周邊設備(例如顯示模組、藍芽模組、......)。接著在步驟413中檢驗可用功率是否足夠用來將資料寫到媒介上。若足夠，遂在重新激活外部周邊設備並重新啟動原本的測量之前，在步驟414中將資料儲存到媒介上。然而，若步驟416中的檢驗得出仍不能提供實施寫操作所需要之能量的結果，遂在步驟417中為整合於感測器中的儲能器充電。一旦此儲能器收集夠寫訪問所需之能量，遂在步驟414中將資料寫到儲存媒介上。在此需指出，特別對於最後提到的能量收集程序而言，以下可能是必要的：並非將海量的資料集整個地寫到儲存媒介上，而是分成若干個例如為32位元組的小子封包。供能單元305可提前知曉為此所需之能量，從而得以在步驟417中確定何時收集夠能量。在實施方式中，子封包之形成可為記憶體操作裝置304之任務。記憶體操作裝置304及供能單元305可藉由導線彼此相連，從而能交換控制指令以實現上述流程。圖5示出自插入式儲存模組302讀取資料之流程，此流程可特別有利地應用於新裝置韌體之安裝。該方法開始於開始狀態501下。首先自儲存媒介302讀取第一位元組。根據此等第一位元組可在步驟503中判斷，是否需要安裝軟體更新。若需要，遂在步驟504中將迴路電流306先提高至最大值，例如22 mA。提高的電流吸收向連接該過程測量裝置的過程控制系統發出感測器受到干擾之訊號。藉此措施大幅提高過程測量裝置所吸收之能量。在步驟504中輔助性地停止原本的測量。既然由於形成干擾電流而無法再向外傳輸測量值，便可乾脆放棄更多測量值之測定。在步驟506中亦可選擇性地停用過程測量裝置之周邊設備201、202，以便進一步地最佳化功率平衡並且為新韌體之快速安裝提供支持。在步驟507中自插入式儲存媒介讀取新韌體並裝入感測器。基於耗電量減至最小的同時可用功率較高，可以極快的速度實施此步驟。在步驟508中以新韌體重新啟動測量。此外，在步驟509中重新為外部周邊設備提供電能。最後，在步驟510中以對應於已測定之測量值的感測器電流替換到目前為止外加於介面306上的22 mA之干擾電流。該更新結束於狀態511下。圖5進一步示出讀取一般資料(例如用於感測器之新參數)時之流程。據此，記憶體操作裝置304之讀請求首先在步驟512中引起當前功率平衡之測定，當前功率平衡係由當前所提供的功率減去感測器及讀操作之需要功率而形成。若可用功率足夠大，遂在步驟514中讀取待讀資料，隨後以步驟511結束該方法。若功率不夠用來讀取資料，遂先在步驟515中停止測量，而後在步驟516中重新測定功率平衡。若存在功率平衡，遂在步驟517中自儲存媒介302讀取待讀資料，並重新啟動測量518。但若功率仍不夠，遂在步驟518中亦停用相連周邊設備，並觸發功率平衡之重新測定519。當功率足夠用來讀取資料時，讀入資料520。接下來激活周邊設備521並啟動原本的測量522，隨後達到結束狀態511。然而，若步驟524中的檢驗得出功率仍不夠之結果，遂在步驟523中在儲能單元中收集能量，直至能讀入規定數目之位元組。記憶體操作裝置304負責在以此種方式讀入之位元組的數目不夠時重新發起讀請求。在此情況下，再度以步驟501開始該方法。可作如下設置：裝置內部之插入式儲存媒介的能量需求事先即為已知。此方案例如在以下情況下有希望成功：僅已發佈的插入式記憶卡產品允許與過程測量裝置配合使用。亦可作如下設置：過程測量裝置在插入儲存媒介時首先自動測定，對該媒介實施讀操作及/或寫操作需要何種功率。此點在技術上可藉由讀寫少量測試位元組並結合測量插入式儲存媒介所吸收之功率而實現。可作如下設置：將資料以壓縮形式寫到插入式媒介上。此能縮短寫訪問之持續時間，因為需要傳輸的位元組更少。亦可作如下設置：使用常用壓縮算法，例如ZIP、RAR或其他壓縮算法。此外，可在讀取資料時自動測定，是否需要將資料解壓縮。特別有利地，將資料以常用的檔案格式(例如FAT、NTFS、……)寫到插入式儲存媒介上。藉此，運營商及/或服務人員得以在任一台個人電腦上讀出所寫內容。可作如下設置：將資料寫到插入式媒介上為其加密。特別是在敏感系統中，藉此可防止資料在發生盜竊時由於未經授權地移除儲存媒介而被濫用。可作如下設置：為資料設置簽名。如此一來，僅來自已知且可信來源之資料能夠被讀入感測器，從而尤其防止被安裝惡意軟體。後者亦可藉由將寫功能及/或讀功能限制於製造商專門發佈的資料載體而實現。可作如下設置：將數個插入式儲存媒介連接至過程測量裝置。藉此可提高故障安全性或者實現安全標準所要求之冗餘。此外更能提高寫訪問或讀訪問期間意外移除媒介時之故障安全性。可作如下設置：藉由訊號音或顯示內容告知使用者，可無資料丟失地移除插入式儲存媒介。藉此提高以插入式儲存媒介運行時之安全性。可作如下設置：將插入式資料載體連同接觸裝置一起整合於抗壓封裝感測器殼體內部。亦可作如下設置：為插入式媒介在過程測量裝置側的電接觸配設保護電路。藉此能使過程測量裝置被允許應用於爆炸性環境。特定言之可作如下設置：藉由多用途介面實現插入式儲存模組之電接觸。當不存在插入式媒介時，該介面可用來連接其他周邊設備，例如另一顯示及操作裝置。藉此使過程測量裝置具有緊密結構。需要補充說明的是，「包括」及「具有」不排除其他元件或步驟，並且不定冠詞「一」不排除複數。另外，參考前述實施例中之一者而加以說明的特徵或步驟，亦可與前述其他實施例之其他特徵或步驟結合使用。申請專利範圍中的符號不應被視為限制。

101‧‧‧過程測量裝置

102‧‧‧介面

103‧‧‧供能及通訊單元

104‧‧‧評估及控制單元

105‧‧‧測量單元

201‧‧‧附加組件，周邊設備，顯示模組

202‧‧‧附加組件，周邊設備，藍芽模組

301‧‧‧接觸裝置，介面

302‧‧‧插入式記憶卡，儲存媒介

303‧‧‧過程測量裝置，感測器殼體

304‧‧‧記憶體操作裝置

305‧‧‧供能單元，供能裝置

306‧‧‧雙線介面，迴路電流

307‧‧‧蓋體

308‧‧‧爆炸性氛圍

401‧‧‧開始狀態

402‧‧‧步驟

403‧‧‧步驟

405‧‧‧步驟

406‧‧‧狀態

407‧‧‧步驟

408‧‧‧步驟

409‧‧‧步驟

410‧‧‧步驟

411‧‧‧步驟

412‧‧‧步驟

413‧‧‧步驟

414‧‧‧步驟

416‧‧‧步驟

417‧‧‧步驟

501‧‧‧開始狀態

503‧‧‧步驟

504‧‧‧步驟

506‧‧‧步驟

507‧‧‧步驟

508‧‧‧步驟

509‧‧‧步驟

510‧‧‧步驟

511‧‧‧結束狀態，步驟

512‧‧‧步驟

514‧‧‧步驟

515‧‧‧步驟

516‧‧‧步驟

517‧‧‧步驟

518‧‧‧步驟

523‧‧‧步驟

524‧‧‧步驟

圖1為過程測量裝置；圖2為過程測量裝置及連接至該過程測量裝置之周邊設備；圖3A為根據本發明實施例之過程測量裝置；圖3B為根據本發明另一實施例之過程測量裝置；圖4為根據本發明實施例之方法的流程圖；圖5為根據本發明另一實施例之方法的流程圖。

Claims

一種過程測量裝置(303)，具有：介面(301)，用於將插入式記憶卡(302)連接至該過程測量裝置；記憶體操作裝置(304)，用於將該過程測量裝置轉換至記憶體訪問模式，在該記憶體訪問模式下，該過程測量裝置可為該插入式記憶卡提供讀訪問或寫訪問該插入式記憶卡(302)所需之電能；供能單元(305)，用於藉由提高該過程測量裝置中可供自由使用的電能來提供讀訪問或寫訪問該插入式記憶卡(302)所需之電能。
如請求項1之過程測量裝置(303)，其中，該供能單元(305)實施為，為了提供讀訪問或寫訪問該過程測量裝置所需之電能而實施以下操作：提高自外部能量源(102)被傳輸至該過程測量裝置之電功率。
如請求項1或2之過程測量裝置(303)，其中，該供能單元(305)實施為，為了提供讀訪問或寫訪問該過程測量裝置所需之電能而實施以下操作：減小該過程測量裝置所需之電功率。
如請求項1或2之過程測量裝置(303)，其中，該供能單元(305)實施為，為了提供讀訪問或寫訪問該過程測量裝置所需之電能而實施以下操作：減小連接至該過程測量裝置且由該過程測量裝置供電之周邊設備所需要的電功率。
如請求項1或2之過程測量裝置(303)，其中，該過程測量裝置實施為僅自4...20 mA雙線迴路(102)獲取其電能。
如請求項1或2之過程測量裝置(303)，實施為對該過程測量裝置及視情況連接至該過程測量裝置之周邊設備所需要的電功率以及對該插入式儲存媒介所需之電功率進行連續監測。
如請求項1或2之過程測量裝置(303)，其中，該記憶體操作裝置(304)實施為，根據自該插入式記憶卡(302)被傳輸至該過程測量裝置之第一資料判斷，是否需要安裝軟體更新，若需要，遂提高自該外部能量源(102)被傳輸至該過程測量裝置之電功率。
如請求項1或2之過程測量裝置(303)，其中，該過程測量裝置為料位測量裝置、壓力測量裝置或流量測量裝置。
如請求項1或2之過程測量裝置(303)，其中，該介面(301)為可供周邊設備連接之多用途介面。
如請求項1或2之過程測量裝置(303)，其中，該介面(301)實施為用於將該插入式記憶卡(302)容置於該過程測量裝置(303)中。
一種透過過程測量裝置(303)對插入式記憶卡(302)實施寫入及讀出操作之方法，該方法具有以下步驟：將插入式記憶卡(302)連接至該過程測量裝置之介面(301)；將該過程測量裝置轉換至記憶體訪問模式，在該記憶體訪問模式下，該過程測量裝置可為該插入式記憶卡提供讀訪問或寫訪問該插入式記憶卡所需之電能；藉由提高該過程測量裝置中可供自由使用的電能來提供讀訪問或寫訪問該插入式記憶卡所需之電能。
一種程式元素，當過程測量裝置(303)之記憶體操作裝置執行該程式元素時，該程式元素引導該過程測量裝置實施如請求項11之步驟。
一種電腦可讀媒介，該媒介上儲存有如請求項12之程式元素。