专利名称：：过程自动化技术的模块化构成的现场设备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及过程自动化技术的一种模块化构成的现场设备，该现场设备具有带有可执行的基本程序的基本卡，其中，该基本卡可以通过至少一个带有至少一个可执行的扩展程序的扩展卡来扩展，其中，为了执行基本程序，基本卡包括至少一个计算单元和至少一个与可执行的基本程序的存储空间相匹配的第一存储单元。
背景技术：
：在工业测量技术中，特别是在自动化技术和过程控制技术中，总是使用现场设备，这些现场设备在过程运行中借助传感器来检测过程变量，或者借助执行机构来控制调节量。这些相应的现场设备检测和/或调节例如压力、流量、液位、温度或者其他类型的物理的和/或化学的过程量作为过程运行中的过程变量。由申请人例如以CerabaiNDeltabar、Deltapilot、Promass>Levelflex>Micropilot、Prosonic、Soliphant、Liquiphant禾口Easytemp的名称生产和销售这样的现场设备，它们主要被指定用于确定和/或监视某种介质在容器中的上述至少一个过程变量。所有上面提到的测量设备或者现场设备的共同点是从由传感器检测到的过程变量中借助布置在下游的设备电子装置检测和评估测量值。该设备电子装置通常通过如下方式来适应相应的测量要求和待测量的过程量，即，针对每种传感器原理、针对每个待测量的过程量并且针对每种测量性能必须开发独立的设备电子装置。其他的解决方案例如在于，给不同的测量精度标准的现场设备配备统一的设备电子装置和最大的测量性能，并且例如通过软件激活或者去激活单个的功能性。然而这具有的缺点是由于给现场设备配备了最大的性能，也必须为程序和数据提供最大可能的存储空间，并且设备电子装置必须一开始就已经包含所有的扩展电子装置，这非常昂贵。用来提高基础的、标准化的设备电子装置的功能性的另一可行方案可以通过添加扩展电子装置来实现。通过该扩展电子装置来提高整个现场设备的功能性，这样做的缺点是必须用操作程序的或者固件的适应扩展电子装置的新的版本来重写现场设备的程序，并且在这里也必须事先为程序和数据提供最大的存储量。这些解决方案具有的缺点是一旦要扩展现场设备的功能范围，顾客或者使用者迄今必须要么购买全新的现场设备、要么在也许塞入新的设备模块之后将新的固件写入到现场设备中。顾客或者使用者在扩展现场设备的功能性时一般不想购买全新的现场设备，并且制造商不能给每个现场设备都提供用于重写固件的可行方案，这是因为除了纯粹的硬件成本(例如插头、电流隔离的线路)之外，这还意味着在管理不同的程序和不同的设备电子装置中不可低估的后勤开支。
发明内容本发明的任务在于指出一种现场设备，能够简单地使该现场设备的性能和功能性相应地适应要求并且该现场设备能够低成本地实现。根据本发明，该任务通过如下方式得以解决，S卩，扩展卡包括至少一个为扩展程序的存储空间设计的第二存储单元，通过基本卡自动识别所连接的扩展卡，以及为了通过相应的扩展程序扩展基本程序，计算单元部分地和/或间歇地访问第二存储单元。在根据本发明的现场设备的优选构造方式中，在扩展卡上设置有扩展电子装置。根据本发明的现场设备的具有优点的实施方式设置第一存储单元由第一数据存储器和第一程序存储器构成。根据本发明的现场设备的另一具有优点的构造方式设置第二存储单元由第二数据存储器和/或第二程序存储器构成。在根据本发明的现场设备的另一具有优点的构造方式中，设置有地址译码器，该地址译码器用于响应数据存储器和程序存储器的单个可寻址的存储区域。根据本发明的现场设备的另一优选实施方式的出发点是数据存储器和程序存储器位于计算单元的固定不变地预先规定的存储区域中。在根据本发明的现场设备的另一优选实施方式中，在第一存储单元的程序存储器和/或第二存储单元的程序存储器的规定的位置上设置有标记。根据本发明的现场设备的补充实施方式允许为了对扩展卡连接到基本卡上进行自动识别而设置对单个扩展卡的反复的电子查询。根据本发明的现场设备的另外的优选实施方式考虑的是为了对扩展卡连接到基本卡上进行自动识别而设置机械_电气联锁机构。本发明的对象的另外的细节、特征和优点由下面借助附图的说明得知，在这些附图中示出本发明的优选实施例。在附图中示出的本发明的实施例中，为了更好地纵览并且为了简化，在其结构和/或其功能上相应的元件设有相同的附图标记。其中图1示出根据现有技术的模块化构成的现场设备，图2示出根据本发明的模块化的现场设备的实施例，该现场设备在扩展卡上具有第二存储单元，图3示出带有绑定到基本程序中的扩展程序的功能流程图，图4示出存储器分配，和图5示出扩展卡的联锁机构。具体实施例方式图1中示出根据现有技术的现场设备1，该现场设备1的设备电子装置由基本卡2组成，该现场设备1通过扩展卡3可模块化扩展。现场设备1例如是过程自动化技术的带有传感器的测量设备，该传感器检测物理的过程量。传感器或者感应器是一种技术元件，该技术元件将确定的物理的或者化学的过程量，例如液位、流量、压力、PH值、温度、湿度、电导率，作为电测量值M来定量地检测。这些过程量借助物理或者化学效应由传感器来采集，并且被变换为成比例的、可继续处理的电测量值。在基本卡2上的现场设备电子装置例如还含有信号准备单元，该信号准备单元对检测到的测量信号进行相应地线性化、放大、标定和/或校准。此外也可能的是，现场设备1包括执行器或者调节环节，该调节环节通过调节量来影响过程中的物理的或者化学的过程量。过程自动化技术的现场设备1按照例如4-20mA-电流回路标准、Profibus-PA标准、FF标准、或者HART标准，通过两线连接线路或者现场总线与另外的现场设备或者上位的调度台通信。此外，可以通过现场总线给现场设备供应必要的能量。为了执行该测量功能、调节功能和通信功能，现场设备具有带有至多一个计算单元4或者微控制器的现场设备电子装置。现场设备1的该现场设备电子装置例如至少作为基本卡2实施在印刷电路板14上。现场设备1的基本卡2包括至少一个计算单元4、地址译码器10和第一存储单元6，它们通过数据线路彼此连接。存储单元6由用于存储数据的第一数据存储器8a和用于永久性地存储基本程序的第一程序存储器9a组成。包含在第一程序存储器9a中的基本程序通过地址译码器10由计算单元4来读取和执行。在执行基本程序期间产生的数据和中间结果存储在第一数据存储器8a中。该基本程序仅包括现场设备1的基本功能性，从而现场设备1能够像例如调节现场设备1和执行基本的测量功能那样执行基础功能。为了能够执行现场设备1的扩展功能性，必要的是通过第一程序存储器8a中的扩展程序添加另外的功能和/或在扩展卡3上添加扩展电子装置5。如果为了扩展整个现场设备1的功能性而将带有扩展电子装置5的扩展卡3连接到基本卡2上和/或通过另外的程序部分合乎目的地补充基本程序，那么必须替换在基本卡2的第一程序存储器8a中存储的基本程序。这一方面可以通过用包含通过程序部分扩展的基本程序的新的基本卡2替换包含旧的基本程序的基本卡2来实现，或者另一方面通过用通过该程序部分扩展的基本程序重写第一程序存储器8a来实现。通过以这种方法和方式扩展现场设备1的功能范围，现场设备1的使用者必须要么替换整个现场设备1或者现场设备1的基本卡2，要么在扩展基本卡2以后通过扩展卡3将全新的基本程序或者新的固件引入到第一程序存储器8a中。对“固件”的概念一般理解为程序或者软件，它包含用于控制和调节现场设备1的基本的功能，并且被置入到现场设备1的第一程序存储器8a中。该第一程序存储器8a例如构造为闪存、EPR0M或者EEPR0M，该第一程序存储器8a目前也可以直接集成在计算单元4或者微控制器中。然而用于扩展现场设备1的功能性的该解决方法具有如下缺点，即，一方面顾客不想在每次加装现场设备1时购买全新的设备，和/或制造商不能对于现场设备1的每种类型和每种加装套件都提供重写基本程序或者固件的可行方案，通常不能在现场设备1的所有构造方式中实现供货商的如下这种服务能力，即，重写或者刷新这种现场设备1的基本程序或者固件，这是因为除了纯粹的设备费用(例如附加的插头和电流隔离的线路)之外，这还意味不同的基本程序或者固件的不可低估的后勤管理费用。在图2中示出的、根据本发明的实施例避免了这些缺点，方法是在扩展卡3上的第二程序存储器9b中一起提供对于基本程序的附加的程序部分或者固件的附加的功能。为此在扩展卡3上集成了第二存储单元7，该第二存储单元7包括第二数据存储器8b和第二程序存储器％，该第二数据存储器8b用于暂时存储另外的数据和由计算单元4计算得出的中间值，该第二程序存储器9b用于永久存储包含基本程序的补充程序部分的扩展程序。因此扩展卡不仅含有以扩展电子装置5的形式出现的附加的硬件，例如A/D转换器、调节器、微处理器、数字信号处理器、温度感应器、和其他传感器或者执行器，它们可能是针对扩展的功能性所必需的，而且同样含有对存储器和程序的必要的扩展。作为另外的可行方案，扩展卡还包含附加的第二数据存储器8b作为工作存储器，从而不必在基本卡3上未用过地维持最大需要的工作存储器，而是可以正好相应于扩展卡3上的扩展程序的要求地使用。由此不再必须重写在基本卡2的第一程序存储器9a中的基本程序或固件，或者甚至替换整个基本卡2，这是因为扩展卡3含有用于功能扩展所缺少的程序部分并且以第二数据存储器8b的形式补足必要的工作存储器。第二存储单元7的第二数据存储器8b和第二程序存储器9b通过地址译码器10由计算单元4来响应。如果识别到外部的扩展卡3并且例如通过运行模式转换被激活，那么计算单元4执行扩展程序的附加的功能性，该扩展程序存储在扩展卡3的第二程序存储器9b中。通过由扩展程序对基本程序进行的扩展，可能必要的是在通过计算单元4执行基本程序和扩展程序时，位于扩展卡3上的第二数据存储器8b也由计算单元4作为工作存储器而使用。扩展卡3通过标准化的接口12与基本卡2连接。通过该接口12能够将至少一个扩展卡3电连接到基本卡2上。例如将接口12构造为托架系统(Rack-System)，方法是将基本卡2和扩展卡3通过导轨推入到托架系统中并且通过插塞连接与平行的总线系统连接。在图3中的功能流程图中示出扩展程序的程序部分到基本程序中的绑定。将在外部扩展卡3的第二程序存储器9b中的扩展程序的外部功能Fe以相应于在计算单元4中存在的程序流程表的方式集成到第一程序存储器内的基本程序的功能流程中。实现该集成的方法例如是扩展程序的单个功能或者基本程序的单个程序F”&通过地址译码器10由计算单元4以相应于该程序流程表的方式调用和执行。现场设备1例如是液位测量设备，该液位测量设备在过程中检测液位，依据该液位对泵进行泵调节。具有基本卡2的现场设备1例如含有基本程序，该基本程序具有用于液位测量的第一功能&和用于通过现场总线进行测量值的通信的第二功能F2。而为了进行泵控制还需要外部功能Fe，其含有调节器，该调节器由液位的测量值算出针对泵的相应的调节值。根据本发明，该外部功能Fe存在于扩展卡上的第二程序存储器9b中，从而通过扩展卡3与基本卡2的连接，这个用于泵控制的附加的功能性能够被集成到现场设备的基本功能性中。因此，基本程序能够识别第二程序存储器9b中的附加扩展程序，可以将该第二程序存储器9b如图4中所示的那样在预先规定的存储区域上通过地址译码器10嵌入计算单元4的地址范围中。附加地可以使用明确的标记11，例如存储器地址，该标记11位于各存储区域的起始处并且能够实现明确地对扩展程序进行标识。但是当然也可以使用其他任意的方法用于扩展卡3的连接识别。因为基本程序和扩展程序的单个功能分布在不同的存储单元6和7中，所以必须设立所谓的全局程序流程表，该程序流程表控制逻辑的程序流程。另外的注意力必须放在另外的信息上，例如参数地址、菜单结构和外围显示器的文本，这是因为它们现在同样分布式地存在于扩展卡3的第二存储单元7和基本卡2的第一存储单元6中。这些分布式的信6息的处理例如按照下面的方法和方式来进行，即，在初始化由基本卡2和至少一个扩展卡3组成的现场设备1时，借助初始化程序在由至少一个第一数据存储器8a和/或至少一个第二数据存储器8b组成的工作存储器内设立整块的全局列表，并且就这样将分布式存在的信息整合在一起。因为设备的软件不再完全存在于一个地方，所以也可能实现在设备的持续运行中更换扩展卡为此有必要识别更改要求。现场设备1必须识别出要对程序和/或现场设备电子装置实施更改，由此现场设备1转变到基本程序的基本功能性中，在该功能性中，不访问外部第二数据存储器8b或者第二程序存储器％。由此避免在安装或者拆除扩展卡时由于错误的、不一致的或者不齐全的数据记录导致数据错误和程序错误。如果程序和/或现场设备电子装置的更改或者扩展已完成，那么能够在扩展卡3上运行附加地存在的功能性。为了识别更改要求，除了针对参数的输入外，还特别提供扩展卡3的自动的机械-电子的联锁机构。单个印刷电路板14构造用于将信号线路与连接件16(例如弹簧板条)连接起来。在最后的印刷电路板14的端部上安装闭合件15，该闭合件15使两条线路短路，并且这样显示正确的组装。如果例如为了安装另一扩展卡3而将扩展卡3或者闭合件16移去，那么将短路连接中断，并且现场设备1通过该更改要求转变到其基本功能性中。在基本功能性中，现场设备1仅还在基本卡2上执行第一程序存储器8a的基本程序。用于显示更改要求的另一种可行方案例如会是扩展卡3，该扩展卡3被推入到托架系统中。该托架系统一般具有单个的插入件，借助联锁机构将每个扩展卡3和/或基本卡2联锁在该插入件中。该联锁机构能够同时用作电气开关，该电气开关用信号表示更改要求。附图标记列表表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>权利要求过程自动化技术的模块化构成的现场设备(1)，所述现场设备(1)具有带有可执行的基本程序的基本卡(2)，其中，所述基本卡(2)能够通过至少一个带有至少一个可执行的扩展程序的扩展卡(3)而得到扩展，其中，为了执行所述基本程序，所述基本卡(2)包括至少一个计算单元(4)和与所述可执行的基本程序的存储空间相匹配的第一存储单元(6)，其特征在于，所述扩展卡(3)包括至少一个为所述扩展程序的所述存储空间设计的第二存储单元(7)，通过所述基本卡(2)自动识别所连接的扩展卡(3)，以及为了通过相应的扩展程序扩展所述基本程序，所述计算单元(4)部分地和/或间歇地访问所述第二存储单元(7)。2.根据权利要求1所述的现场设备，其特征在于，在所述扩展卡(3)上设置有扩展电子装置(5)。3.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，所述第一存储单元(6)由第一数据存储器(8a)和第一程序存储器(9a)构成。4.根据权利要求1、2或3所述的现场设备，其特征在于，所述第二存储单元(7)由第二数据存储器(8b)和/或第二程序存储器(9b)构成。5.根据前述权利要求中至少一项所述的现场设备，其特征在于，设置有地址译码器(10)，所述地址译码器(10)用于响应所述数据存储器(8a、8b)和所述程序存储器(9a、9b)的单个可寻址的存储区域。6.根据权利要求5所述的现场设备，其特征在于，所述数据存储器(8a、8b)和所述程序存储器(9a、9b)位于所述计算单元(4)的固定不变地预先规定的存储区域中。7.根据权利要求5或6所述的现场设备，其特征在于，在所述第一存储单元(6)的所述程序存储器(9a)和/或所述第二存储单元(7)的所述程序存储器(9b)的规定的位置上设置标记(11)。8.根据权利要求1所述的现场设备，其特征在于，为了自动识别扩展卡(3)连接到所述基本卡(2)，提供对单个扩展卡(3)的反复的电子查询。9.根据权利要求1所述的现场设备，其特征在于，为了自动识别扩展卡(3)连接到所述基本卡(2)，提供机械-电气联锁机构。全文摘要本发明涉及过程自动化技术的一种模块化构成的现场设备(1)，该现场设备(1)具有带有可执行的基本程序的基本卡(2)，其中，该基本卡(2)可以通过至少一个带有至少一个可执行的扩展程序的扩展卡(3)来扩展，其中，为了执行基本程序，基本卡(2)包括至少一个计算单元(4)和与可执行的基本程序的存储空间相匹配的第一存储单元(6)，其特征在于，扩展卡(3)包括至少一个为扩展程序的存储空间设计的第二存储单元(7)；通过基本卡(2)自动识别所连接的扩展卡(3)；以及为了通过相应的扩展程序来扩展基本程序，计算单元(4)部分地和/或间歇地访问第二存储单元(7)。文档编号G05B19/042GK101809517SQ200880102969公开日2010年8月18日申请日期2008年7月10日优先权日2007年8月10日发明者马库斯·基利安申请人:恩德莱斯和豪瑟尔两合公司