[发明专利]用于确定或监控自动化技术中的过程变量的现场装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定或监控自动化技术中的过程变量的现场装置。该现场装置被实施为使得它满足在预定的安全关键应用中需要的安全标准。该现场装置包括：传感器，该传感器根据定义的测量原理工作；和控制评估单元，该控制评估单元处理并且评估由传感器沿着至少三个冗余地和/或多样化地设计的测量通道传送的测量数据。这种装置的一个解决方案从WO 2004/013585 A1得知。

背景技术

在自动化技术中，特别是在过程自动化技术中，用于确定和监控过程变量的现场装置被应用。这样的现场装置的示例为料位测量装置、流量测量装置、分析测量装置、压力和温度测量装置、湿度和传导性测量装置、密度和粘度测量装置。这些现场装置的传感器寄存相应的过程变量，例如料位、流量、pH值、物质浓度、压力、温度、湿度、传导性、密度或粘度。

但是，术语“现场装置”还包括与本发明相关的例如阀或泵的致动器，管线中的流体流量或容器中的料位经所述致动器是可改变的。大量这样的现场装置可从Endress+Hauser公司获得。

通常，当今自动化技术工厂中的现场装置经通信网络(诸如，HART多站、点到点连接、Profibus、基金会现场总线)与例如控制系统或控制室的上级单元连接。上级单元用作用于过程控制、用于过程可视化、用于过程监控以及用于启动和用于现场装置的维修。操作现场总线系统所需的、并且直接连接到现场总线且特别是用于与上级单元通信的附加的组件也同样通常被称为现场装置。这些附加的组件的示例包括远程I/O、网关、链接装置、控制器和无线适配器。

取决于应用，现场装置必须满足最多样化的安全要求。为了满足相应的安全要求，例如IEC61508(SIL-标准‘安全完整性水平’)中的那些安全要求，必须冗余地和/或多样化地设计现场装置。

“冗余地”是指经所有安全相关的硬件组件和软件组件的两种或更多种不同的设计而增加的安全。“多样化地”意味着位于不同的测量通道中的、诸如例如微处理器的的硬件组件来自不同的制造商和/或具有不同的类型。在软件组件的情况下，多样性要求，存储在微处理器中的软件来自不同的源，例如来自不同的制造商或不同的程序设计员。通过所有这些措施，应确保，在测量值正被提供时，以高概率排除现场装置的安全关键故障以及同时地引起的系统故障的发生。

安全相关应用的示例是存在可燃的、或也有不可燃的但水危害液体(water-endangering liquid)的槽中的料位监控。在这样的情况下，必须确保，一旦已经获得最大允许料位，就立即中断对槽供应液体。进而，假设测量装置高度可靠地检测料位，因此，测量装置无误地工作。

虽然在已知溶液的情况下，测量通道被冗余地和/或多样化地设计，但是被设计为表决器的、通常是微处理器的评估单元，代表现场装置的唯一致命的弱点。微处理器应满足最高的安全要求。微处理器被单片地实施。如果在这样的情况下存在危险故障(对应于上述标准的命名法)，则整个现场装置故障。为了满足SIL3标准，危险故障占所有可能的故障的数量的百分率必须不超过1％。传统微处理器不能获得该安全性水平。

发明内容

本发明的目的是提供以增加的功能性安全为特征的现场装置。

该目的通过包括以下特征的特征获得，控制/评估单元三重冗余地和/或多样化地设计，并且与控制/评估单元相关联的是表决器，该表决器由至少部分地双重冗余地设计的多个组件构成。利用本发明的表决器，甚至可以满足SIL 3中的高安全要求。

在本发明的现场装置的有利的进一步发展中，提供的是，表决器被实施为多数表决器并且具有至少三个组件：比较器级，其将由单独的测量通道传送的输出信号相互比较；故障识别级，其通过对比较器级的输出信号进行适当的选通(gating)来检测在测量通道中发生的故障；以及输出选择级。如下面将更详细地解释的，可以以非常简单的子组件实施表决器。

当表决器由多个表决器通道构成时，其中，每个表决器通道包括比较器级的一部分和故障识别级的一部分，并且当每个表决器通道被实施为相关联的测量通道的集成组件时，关于本发明的现场装置被认为是特别有利的。由于进一步提供的是，每个测量通道具有其自身的电压供应，所以即使当一个测量通道或其电压供应完全失去时，预定的安全水平也保持存在。

在本发明的现场装置的优选实施例中，比较器级在每个表决器通道中包括两个比较器，在每种情况下，所述两个比较器将所选择的测量通道的输出信号与其余的测量通道的输出信号相比较，使得三个测量通道的输出信号被冗余的比较器双重地比较。