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Title:
FIELD DEVICE FOR DETERMINING A PROCESS VARIABLE IN PROCESS AUTOMATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/186900
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a field device which outputs a measured value (4) and also has a self-diagnosis function, which, when at least one specified error (F2) is detected, signals said error by means of a first binary status signal (11), marks the output measured value (4) as temporarily invalid by means of a second binary status signal (12), and initiates the output of a substitute value (15) instead of the measured value (4). The substitute value is used to trigger a safety-oriented response. In order to prevent such a serious intervention in the process sequence when temporary errors occur, but without losing safety-relevant information, the field device contains a first timer having a specified first expiration time (FRD) and a second timer having a specified shorter second expiration time (FID). Both timers are started when the error (F2) is detected and are reset at the end of the detected error (F2). The first timer initiates the output of the substitute value (15) when the first expiration time (FRD) expires. The second timer signals the error (F2) by means of the first binary status signal (11) when the second expiration time (FID) expires, wherein the signal can be reset by means of an acknowledgement signal (13) if, at the same time, the output measured value (4) is marked as valid by means of the second binary status signal (12).

Inventors:
HEPP JOACHIM (DE)
MUCHA ADRIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/060168
Publication Date:
November 02, 2017
Filing Date:
April 28, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
G01D21/00; G05B23/02
Foreign References:
EP2153288A12010-02-17
EP2522974A22012-11-14
EP2153288B12013-04-17
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Claims:
Patentansprüche

1. Feldgerät zur Bestimmung einer Prozessgröße in der Prozessautomatisierung, mit

- Sensormitteln (1) zum Erfassen und Umsetzen der Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal (2) ,

- einer Auswerteeinrichtung (3) zum Verarbeiten des Messsignals (2) zu einem Messwert (4) ,

- einer Ausgabeeinrichtung (5) zur Ausgabe des Messwerts (4) und

- einer Diagnoseeinrichtung (14) zur Überwachung der Funktion des Feldgeräts und Erzeugung und Ausgabe von binären Statusmeldungen (11, 12), wobei die Diagnoseeinrichtung (14) dazu ausgebildet ist, bei Detektion mindestens eines vorgegebenen Fehlers (F2) diesen über eine erste binäre Statusmeldung (11) zu melden, den ausgegebenen Messwert (4) über eine zweite binäre Statusmeldung (12) als vorübergehend ungültig zu kennzeichnen, und/oder die Ausgabeeinrichtung (5) zur Ausgabe eines Ersatzwertes (15) an- stelle des Messwertes (4) zu veranlassen,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Diagnoseeinrichtung (14) einen ersten Timer (16) mit einer vorgegebenen ersten Abiaufzeit (FRD) und einen zweiten Timer (17) mit einer vorgegebenen zweiten Ablaufzeit (FID) enthält,

- die zweite Abiaufzeit (FID) kürzer als die erste Ablauf- zeit (FRD) ist,

- beide Timer (16, 17) bei Detektion des Fehlers (F2) gestartet und am Ende des detektierten Fehlers (F2) zurück- gesetzt werden,

- der erste Timer (16) bei Ablauf der ersten Abiaufzeit

(FRD) die Ausgabe des Ersatzwertes (15) veranlasst und

- der zweite Timer (17) bei Ablauf der zweiten Abiaufzeit (FID) den Fehler (F2) über die erste binäre Statusmeldung (11) meldet, wobei die Meldung durch ein Quittungssignal

(13) zu einem Zeitpunkt zurücksetzbar ist, zu dem die Diagnoseeinrichtung (14) den ausgegebenen Messwert (4) über die zweite binäre Statusmeldung (12) als gültig kennzeichnet .

2. Feldgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinrichtung (5) zur Ausgabe des Messwertes (4) in Form eines analogen Ausgangssignals ausgebildet ist.

Description:
Beschreibung

Feldgerät zur Bestimmung einer Prozessgröße in der Prozessautomatisierung

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Bestimmung einer Prozessgröße in der Prozessautomatisierung, mit

- Sensormitteln zum Erfassen und Umsetzen der Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal,

- einer Auswerteeinrichtung zum Verarbeiten des Messsignals zu einem Messwert,

- einer Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe des Messwerts und

- einer Diagnoseeinrichtung zur Überwachung der Funktion des Feldgeräts und Erzeugung und Ausgabe von binären Status- meidungen, wobei die Diagnoseeinrichtung dazu ausgebildet ist, bei Detektion mindestens eines vorgegebenen Fehlers diesen über eine erste binäre Statusmeldung zu melden, den ausgegebenen Messwert über eine zweite binäre Statusmeldung als vorübergehend ungültig zu kennzeichnen, und/oder die Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines Ersatzwertes anstelle des Messwertes zu veranlassen.

Ein derartiges Feldgerät ist aus der EP 2 153 288 Bl bekannt. In prozesstechnischen Anlagen führen örtlich verteilte dezentrale Feldgeräte (Prozessgeräte) vorgegebene Funktionen im Rahmen der Anlagen- bzw. Prozessautomatisierung aus und tauschen dabei prozess-, anlagen- und/oder geräterelevante Informationen mit übergeordneten Komponenten des Automatisie- rungssystems , insbesondere dessen Leit- bzw. Engineeringsystem, aus. Zu den Feldgeräten, welche im Rahmen ihrer Funktion Prozessgrößen erfassen, gehören insbesondere Messumformer für Druck, Temperatur, Durchfluss, Füllstand usw., sowie Analysengeräte für Gas- oder Flüssigkeitsanalyse. Sensormittel, die z. B. bei einem Temperaturmessumformer sehr einfach und bei Absorptionsspektrometer vergleichsweise komplex sein können, erfassen eine Prozessgröße, hier also die Temperatur oder eine wellenlängenspezifische Lichtabsorption, und setzen diese in ein elektrisches Messsignal um. Das unmittelbar er- haltene Messsignal (Rohsignal) wird zunächst analog aufbereitet, z. B. gefiltert und verstärkt, und dann auf digitalem Wege zu einem Messwert, z. B. einem Temperaturmesswert oder einem Konzentrationsmesswert einer spezifischen Gaskomponen- te, weiterverarbeitet. Der Messwert kann digital oder analog ausgegeben werden, wobei im letzteren Fall ein zu dem Messwert proportionales Spannungssignal oder ein Stromsignal, üblicherweise im Bereich 4 bis 20 mA, erzeugt wird. Um Feldgeräte im Bereich der Funktionalen Sicherheit (SIL) einsetzen zu können, müssen Fehler, die zu einem ungültigen Messwert führen können, erkannt und gemeldet werden. Zu diesem Zweck führt das Feldgerät eine Selbstüberwachung und Diagnose aus . Durch Ausgabe von binären Statusmeldungen können Fehler gemeldet und ausgegebene Messwerte als vorübergehend ungültig kennzeichnet werden. Weiterhin kann im Fehlerfall anstelle des Messwertes ein Ersatzwert ausgegeben werden, der außerhalb des Messwertebereichs liegt und als sicherheitsge- richtetes Signal zur automatischen Auslösung von automati- sehen Gegenmaßnahmen dient. Solche Notmaßnahmen können bis hin zum Abschalten von Anlagen und Anlagenteilen reichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, derartige schwerwiegende Eingriffe in den Prozessablauf beim Auftreten vorübergehender Fehler zu verhindern, ohne dass sicherheitsrelevante Informationen verloren gehen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei dem Feldgerät der eingangs angegebenen Art

- die Diagnoseeinrichtung einen ersten Timer mit einer vorgegebenen ersten Abiaufzeit und einen zweiten Timer mit einer vorgegebenen zweiten Ablaufzeit enthält,

- die zweite Abiaufzeit kürzer als die erste Abiaufzeit ist,

- beide Timer bei Detektion des Fehlers gestartet und am En- de des detektierten Fehlers zurückgesetzt werden,

- der erste Timer bei Ablauf der ersten Abiaufzeit die Ausgabe des Ersatzwertes veranlasst und

- der zweite Timer bei Ablauf der zweiten Abiaufzeit den

Fehler über die erste binäre Statusmeldung meldet, wobei die Meldung durch ein Quittungssignal zu einem Zeitpunkt zurücksetzbar ist, zu dem die Diagnoseeinrichtung den ausgegebenen Messwert über die zweite binäre Statusmeldung als gültig kennzeichnet.

Im Fehlerfall wird der Messwert im Rahmen einer durch die Ab- laufzeit des ersten Timers vorgegebenen Reaktionszeit so lange wie möglich ausgegeben. Falls der Fehler innerhalb der Reaktionszeit wieder verschwindet, kann der Prozess ohne Be- einträchtigung oder Unterbrechung weiter laufen. Die Information, dass ein Fehler aufgetreten war, geht jedoch für den Anwender nicht verloren. Die Ablaufzeiten der beiden Timer sind parametrierbar und so an die Sicherheitsanforderung der Anlage anpassbar.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zeigen : Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Feldgeräts,

Fig. 2 ein Beispiel für die Reaktion des Feldgeräts bei einem schweren Fehler und

Fig. 3 ein Beispiel für die Reaktion des Feldgeräts bei einem weniger schweren Fehler.

Fig. 1 zeigt in Form eines vereinfachten Blockschaltbildes ein Feldgerät mit Sensormitteln 1, hier in Form eines einzelnen Sensors, der eine Prozessgröße, zum Beispiel Druck, er- fasst und in ein elektrisches Messsignal (Rohsignal) 2 umsetzt. Das Messsignal 2 wird in einer Signalverarbeitungseinrichtung 3 messtechnisch aufbereitet und zu einem Messwert 4 verarbeitet, der über eine Ausgabeeinrichtung 5 ausgegeben wird. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Signalverarbeitung eine analoge Signalaufbereitung 6, z. B. Entzerrung, Filterung und Vorverstärkung, eine Analog-/Digital- Umsetzung 7 und eine digitale, mikroprozessorgesteuerte Sig- nalverarbeitung 8, die den Messwert 4 erzeugt. Die Ausgabeeinrichtung 5 gibt den Messwert 4 hier in Form eines 4 bis 20 mA-Stromsignals auf einer Zweidrahtleitung 9 aus. Eine mit der digitalen Signalverarbeitung 8 kommunizierende digitale Ein- und Ausgabeeinheit 10 weist zwei Binärausgänge zur Ausgabe einer ersten und zweiten binären Statusmeldung 11, 12 und einen Binäreingang zur Eingabe eines Quittungssignals 13 auf . Die Funktion des Feldgeräts wird von einer Diagnoseeinrichtung 14 überwacht, die zwischen schweren Fehlern, die praktisch einen Geräteausfall darstellen (z. B. Programmablauf- fehler, RAM-Fehler, Fehler des 4 bis 20 mA-Stromsignals) , und weniger kritischen Fehlern (geräteinterne Temperaturüber- schreitung, vorübergehender Ausfall der geräteinternen Kommunikation) unterscheidet. Bei Detektion eines Fehlers kennzeichnet die Diagnoseeinrichtung 14 den ausgegebenen Messwert

4 über die zweite binäre Statusmeldung 12 als ungültig. Bei Vorliegen eines schweren Fehlers wird die Ausgabeeinrichtung 5 unmittelbar dazu veranlasst, anstelle des Messwertes 4 einen Ersatzwert 15 kleiner als 3,6 mA oder größer als 21 mA auszugeben. Der Fehler selbst wird über die erste binäre Statusmeldung 11 gemeldet. Bei Vorliegen eines weniger kritischen Fehlers erfolgen die Ausgabe des Ersatzwertes 15 und die Meldung des Fehlers jeweils verzögert. Zu diesem Zweck enthält die Diagnoseeinrichtung 14 einen ersten Timer 16 mit einer vorgegebenen ersten Abiaufzeit und einen zweiten Timer 17 mit einer vorgegebenen zweiten Ablaufzeit. Je nachdem, ob es sich bei dem detektierten Fehler um einen schweren Fehler oder einen weniger schweren Fehler handelt, veranlasst die Diagnoseeinrichtung 14 die Ausgabeeinrichtung

5 unmittelbar oder nach einer Verzögerung dazu, anstelle des Messwertes 4 einen Ersatzwert 15 kleiner als 3,6 mA oder grö- ßer als 21 mA auszugeben, den Fehler über eine erste binäre Statusmeldung 11 zu melden und den ausgegebenen Messwert 4 über die zweite binäre Statusmeldung 12 als vorübergehend ungültig zu kennzeichnen. Fig. 2 zeigt ein Beispiel, bei dem im Verlauf der Zeit t ein schwerer Fehler Fl wiederholt auftritt, wobei die Dauer des Fehlers Fl von sehr kurz über kurz bis mittel oder lang zunimmt. Jedes Mal, wenn der schwere Fehler Fl auftritt, wird anstelle des analogen Messwerts 4 zwischen 4 und 20 mA ein

Ersatzwert 15 von beispielsweise 3,6 mA ausgegeben. Die zweite binäre Statusmeldung 12, die die Gültigkeit des ausgegebenen Messwerts 4 mit einer logischen "Eins" bezeichnet, nimmt den logischen Zustand "Null" ein und kennzeichnet so den Messwert 4 als ungültig. Die erste binäre Statusmeldung 11 meldet den Fehler Fl mit einer logischen "Eins" .

Fig. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem im Verlauf der Zeit t anstelle des schweren Fehler Fl ein weniger schwerer Fehler F2 detektiert wird, wobei auch hier die Dauer des Fehlers F2 von sehr kurz über kurz bis mittel oder lang zunimmt. Wie bei Vorliegen eines schweren Fehlers Fl wird auch bei dem weniger schweren Fehler F2 der ausgegebene Messwert 4 während der Fehlerdauer über die zweite binäre Statusmeldung 12 als un- gültig gekennzeichnet. Es erfolgt jedoch keine unmittelbare Ausgabe eines Ersatzwertes 15 und auch keine unmittelbare Fehlermeldung über die erste binäre Statusmeldung 11. Statt dessen werden jedes Mal, wenn der Fehler F2 auftritt, der erste Timer 16 mit der der ersten Abiaufzeit FRD (fault re- action delay) und der zweite Timer 17 mit der zweiten Ablauf- zeit FID (fault indication delay) gestartet und am Ende des detektierten Fehlers F2 zurückgesetzt. Die Ablaufzeiten FRD, FID sind parametrierbar, wobei die zweite Abiaufzeit FID grundsätzlich kürzer als die erste Ablaufzeit FRD ist. Bei dem gezeigten Beispiel ist die Dauer des sehr kurzen Fehlers F2 geringer als beide Abiaufzeiten FRD, FID, so dass beide Timer 16, 17 vorzeitig zurückgesetzt werden. Die Dauer des nachfolgenden kurzen Fehlers F2 liegt zwischen den AblaufZeiten FRD und FID, so dass nur der Timer 16 am Ende des Fehlers zurückgesetzt wird. Der zweite Timer 17 ist dagegen bereits vorher abgelaufen und meldet den Fehler über die erste binäre Statusmeldung 11 mit einer logischen "Eins" . Diese Meldung, also die logische "Eins", bleibt so lange bestehen, bis sie durch ein von dem Anwender erzeugtes Quittungssignal 13 zu- rückgesetzt wird. Die Zurücksetzung ist nur dann wirksam, wenn zu diesem Zeitpunkt kein Fehler vorliegt. Wenn dagegen die Dauer des Fehlers F2 beide Abiaufzeiten FRD und FID übersteigt, veranlasst der erste Timer 16 bei Ablauf der ersten Ablaufzeit FRD die Ausgabe des Ersatzwertes 15.

Sehr kurze Fehler F2 , deren Dauer kürzer als beide AblaufZeiten FRD, FID sind, werden also ignoriert. Kurze Fehler F2 , deren Dauer kürzer als die erste Ablaufzeit FRD und länger als die zweite Ablaufzeit FID sind, werden über die erste binäre Statusmeldung 11 gemeldet und können aber im Fehlerfreien Gerätezustand von dem Anwender quittiert werden. Alle länger anhaltenden Fehler werden über die erste binäre Statusmeldung 11 gemeldet und führen zur Ausgabe des Ersatzwertes 15.