用于确定或监测物理或化学过程变量的现场装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于确定或监测物理或化学过程变量的现场装置，其由以下组成：传感器，其根据定义的测量原理来工作；以及，控制/评估单元（10）；其中控制/评估单元（10）被实现在由多个单独的FPGA块单元（2）构成的部分地动态可再配置FPGA组件（1）上；其中每个单独的FPGA块单元（2）由多个逻辑块（5）构成，并且其中每个单独的FPGA块单元（2）或FPGA块单元（2）的组与全局资源（6、7、8）或全局功能块相关联；其中至少一个第一分区（3.1）和一个第二分区（3.2）被提供在所述FPGA组件（1）上并且由单独的FPGA块单元（2）和相应的全局资源（6、7、8）或全局功能块构成；并且其中数字测量路径（MP1、MP2）在每一分区（3.1、3.2）中部分地动态可再配置，并且由多个基于软件和/或基于硬件的功能模块（FM）构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定或监测物理或化学过程变量的现场装置本专利技术涉及用于确定或监测物理或化学过程变量的现场装置。优选地，该现场装置应用在自动化技术中，特别是应用在过程和制造自动化中。与此相关，参考WO2004/013585A1，从其已知一种解决方案，该解决方案特别关注能够在过程自动化中的安全关键应用中应用的现场装置的实施例。然而，本专利技术原则上不限于过程和制造自动化，而是也能够应用在汽车行业中的安全关键应用等等中。在下文中，稍微更详细地描述自动化技术用于确定和监测过程变量的现场装置应用在自动化技术中，特别是应用在过程自动化技术中。这种现场装置的示例是填充水平测量装置、流量测量装置、分析测量装置、压力和温度测量装置、湿度和电导率测量装置、密度和粘度测量装置。这些现场装置的传感器记录相应的过程变量，例如填充水平、流量、PH值、物质浓度、压力、温度、湿度、电导率、密度和粘度。然而，术语“现场装置”也包括致动器，例如阀门或泵，例如经由其能够改变管线中的液体流量或者容器中的填充水平。从恩德莱斯和豪瑟尔(Endress+Hauser)公司可获得大量这种现场装置。通常，在现代自动化技术工厂和汽车行业中的现场装置经由诸如HART多分支、点对点连接、Profibus、基金会现场总线、CAN总线的通信网络连接至上级单元；上级单元涉及控制系统或上级控制单元。该上级单元用于控制、诊断、可视化、监测现场装置，以及用于现场装置的起动和维修。也同样将现场总线系统操作必需的、被直接连接至现场总线并且特别用于和上级单元通信的补充组件称为现场装置。这些补充组件例如包括远程I/O、网关、链路装置、控制器、无线适配器等等。这些也属于术语“现场装置”。现场装置的软件部分稳定增加。使用由微控制器控制的智能现场装置(智能型现场装置)的优点在于，能够在使用应用专用软件程序的现场装置中实施大量不同的功能性；也能够相对简单地做出程序改变。另一方面，由于通过程序的顺序推进而具有相对低的处理速度，并且由此具有相应的低测量速度，抵消了受程序控制的现场装置的高度灵活性。为了提高处理速度，当经济上有理由时，在现场装置中使用ASIC—专用集成电路。通过应用专用配置，这些芯片能够比软件程序明显更快地处理数据和信号。因此，ASIC特别优异地适合用于计算密集型应用。在ASIC的情况下的缺点在于，它们的功能性在产生后被固定。不太可能随后改变这些芯片的功能性。此外，ASIC的使用仅在相对大件数时取得收益，因为研发努力及与其相关的成本闻。从WO 03/098154 Al已知一种可配置现场装置，其中提供了以FPGA形式的可再配置逻辑芯片，以便避免固定功能性的缺点。在该已知的解决方案中，在系统启动时通过至少一个微控制器配置逻辑芯片，也将该微控制器称为嵌入控制器。在完成配置后，将所需软件载入微控制器中。在此所需的可再配置逻辑芯片必须使用足够的资源，也就是说逻辑、配线和存储资源，以便实现期望的功能性。具有大量资源的逻辑芯片需要大量能量，这从功能观点看使得仅有限可能地在自动化中使用该逻辑芯片。使用具有少量资源并且因而具有较低能耗的逻辑芯片的缺点在于相应现场装置功能性的偶尔相当大的限制性。取决于应用，现场装置必须满足各种安全要求。为了满足相关的安全要求，例如在过程自动化中扮演重要角色的SIL-标准“安全完整性等级”，还必须经冗余地和/或相异地设计现场装置的功能性。冗余意思是，通过所有安全相关的硬件和软件组件的双重或多重设计提高安全性。相异意思是，位于不同测量路径中的硬件组件，诸如微处理器或Α/D转换器来自不同的制造商和/或它们属于不同类型。在软件组件的情况下，相异要求存储在微处理器中的软件源自不同来源，例如不同制造商或程序员。通过所有这些措施，应当确保，以高概率排除现场装置的安全关键故障以及在测量值中同时出现系统误差的发生。补充地，也已知冗余地和/或相异地设计评估电路的单独必要硬件和软件组件。单独硬件和软件组件的冗余和多样化设计能够进一步提高安全程度。安全相关应用的示例是监测罐内的填充水平，在该罐中储存有可燃、爆炸性液体或者危及环境的非易燃液体。在此，必须确保一旦达到了最高可靠填充水平，就立即中断到·该罐的液体供应。这继而要求测量装置以高可靠性检测填充水平，并且无故障地工作。从2009/062954A1已知一种现场装置，其具有传感器，其根据定义的测量原理来工作；以及，控制/评估单元，其将根据在各自安全关键应用中所要求的安全标准而由传感器沿至少两条相等测量路径传递的测量数据作为条件并且对其评估。控制/评估单元被至少部分地实施为具有多个部分地动态可再配置功能模块的可再配置逻辑芯片。控制/评估单元以使得现场装置被相应地设计以满足所要求安全标准的方式，根据定义的安全关键应用来配置测量路径中的功能模块。在已知实施例情况下的问题在于，在一个分区中的故障，例如短路或温度变化自动影响其他分区。存在对其他分区的串扰，所以现场装置可能传递有误测量结果，并且不再可靠地工作。这特别在安全关键应用中出现不可接受的高风险。2010年2月25日提交的未预先公布的DE 10 2010 002 346. 9描述了一种现场装置，其中在单个FPGA芯片上实现控制/评估单元。利用标准FPGA芯片，在该情况下，在该FPGA芯片上提供至少第一分区和第二分区。在每个分区中，数字测量路径是部分地动态可再配置的；测量路径包括多个基于软件和/或基于硬件的功能模块。通过常设配置的间隔区域或禁止区域将单独的分区彼此隔离，其中间隔区域被实施为使得分区中的一个中的温度和/或电压变化不影响另一个分区或其他分区，并且在故障的情况下，分区之间不出现连接。控制/评估单元以现场装置满足所要求的安全标准的方式，根据每个定义的安全关键应用而在测量路径中部分地动态再配置功能模块。“部分地动态可再配置”意思是，在运行时间期间，即动态地再配置相应测量路径中的FPGA的功能模块。当发生故障时，这特别重要。例如通过进入的伽马或宇宙辐射，由此通过高能量辐射而发生一种这样的故障，该辐射改变或关闭一个或多个逻辑块或逻辑组件或其他资源的功能。本专利技术的目标是提供一种在安全关键应用中使用的高度灵活性现场装置。该目标通过一种现场装置实现，该现场装置包括传感器，其根据定义的测量原理来工作；以及，控制/评估单元。控制/评估单元被实现为由多个FPGA块单元构成的部分地动态可再配置FPGA组件，其中，每个FPGA块单元包括多个逻辑块，并且其中，全局资源或全局功能块与每个FPGA块单元或定义的FPGA块单元的组相关联。在该FPGA组件上提供至少第一分区和第二分区；该分区包括FPGA块单元和对应的全局资源或全局功能块。在每个分区中，包括多个基于软件和/或基于硬件的功能模块的数字测量路径是部分地动态可再配置的。全局资源或全局功能块是DCM，即数字时钟管理器、全局配线、时钟或配置资源和/或输入/输出。此外，全局资源也能够是存储器芯片(RAM)和乘法器。最后提到的资源不是绝对必要的。在本专利技术的现场装置的有益的实施例中，提供了，在FPGA块单元之间提供用于传输数据和/或信号的配线。通过该方式，能够将多个块单元适当地彼此连接，从而可实现更复杂的功能。有益的实施例提供了，控制/评估单元根据定义的安全关键应用，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗穆亚尔德·吉拉尔迪，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔两合公司，
类型：
国别省市：