本發(fā)明涉及用于確定或監(jiān)測物理或化學(xué)過程變量的現(xiàn)場裝置。優(yōu)選地，該現(xiàn)場裝置應(yīng)用在自動化技術(shù)中，特別是應(yīng)用在過程和制造自動化中。與此相關(guān)，參考WO?2004/013585A1，從其已知一種解決方案，該解決方案特別關(guān)注能夠在過程自動化中的安全關(guān)鍵應(yīng)用中應(yīng)用的現(xiàn)場裝置的實施例。然而，本發(fā)明原則上不限于過程和制造自動化，而是也能夠應(yīng)用在汽車行業(yè)中的安全關(guān)鍵應(yīng)用等等中。

在下文中，稍微更詳細地描述自動化技術(shù)：用于確定和監(jiān)測過程變量的現(xiàn)場裝置應(yīng)用在自動化技術(shù)中，特別是應(yīng)用在過程自動化技術(shù)中。這種現(xiàn)場裝置的示例是填充水平測量裝置、流量測量裝置、分析測量裝置、壓力和溫度測量裝置、濕度和電導(dǎo)率測量裝置、密度和粘度測量裝置。這些現(xiàn)場裝置的傳感器記錄相應(yīng)的過程變量，例如填充水平、流量、pH值、物質(zhì)濃度、壓力、溫度、濕度、電導(dǎo)率、密度和粘度。

然而，術(shù)語“現(xiàn)場裝置”也包括致動器，例如閥門或泵，例如經(jīng)由其能夠改變管線中的液體流量或者容器中的填充水平。從恩德萊斯和豪瑟爾（Endress+Hauser）公司可獲得大量這種現(xiàn)場裝置。

通常，在現(xiàn)代自動化技術(shù)工廠和汽車行業(yè)中的現(xiàn)場裝置經(jīng)由諸如HART多分支、點對點連接、Profibus、基金會現(xiàn)場總線、CAN總線的通信網(wǎng)絡(luò)連接至上級單元；上級單元涉及控制系統(tǒng)或上級控制單元。該上級單元用于控制、診斷、可視化、監(jiān)測現(xiàn)場裝置，以及用于現(xiàn)場裝置的起動和維修。也同樣將現(xiàn)場總線系統(tǒng)操作必需的、被直接連接至現(xiàn)場總線并且特別用于和上級單元通信的補充組件稱為現(xiàn)場裝置。這些補充組件例如包括遠程I/O、網(wǎng)關(guān)、鏈路裝置、控制器、無線適配器等等。這些也屬于術(shù)語“現(xiàn)場裝置”。

現(xiàn)場裝置的軟件部分穩(wěn)定增加。使用由微控制器控制的智能現(xiàn)場裝置（智能型現(xiàn)場裝置）的優(yōu)點在于，能夠在使用應(yīng)用專用軟件程序的現(xiàn)場裝置中實施大量不同的功能性；也能夠相對簡單地做出程序改變。另一方面，由于通過程序的順序推進而具有相對低的處理速度，并且由此具有相應(yīng)的低測量速度，抵消了受程序控制的現(xiàn)場裝置的高度靈活性。

為了提高處理速度，當經(jīng)濟上有理由時，在現(xiàn)場裝置中使用ASIC——專用集成電路。通過應(yīng)用專用配置，這些芯片能夠比軟件程序明顯更快地處理數(shù)據(jù)和信號。因此，ASIC特別優(yōu)異地適合用于計算密集型應(yīng)用。

在ASIC的情況下的缺點在于，它們的功能性在產(chǎn)生后被固定。不太可能隨后改變這些芯片的功能性。此外，ASIC的使用僅在相對大件數(shù)時取得收益，因為研發(fā)努力及與其相關(guān)的成本高。

從WO?03/098154?A1已知一種可配置現(xiàn)場裝置，其中提供了以FPGA形式的可再配置邏輯芯片，以便避免固定功能性的缺點。在該已知的解決方案中，在系統(tǒng)啟動時通過至少一個微控制器配置邏輯芯片，也將該微控制器稱為嵌入控制器。在完成配置后，將所需軟件載入微控制器中。在此所需的可再配置邏輯芯片必須使用足夠的資源，也就是說邏輯、配線和存儲資源，以便實現(xiàn)期望的功能性。具有大量資源的邏輯芯片需要大量能量，這從功能觀點看使得僅有限可能地在自動化中使用該邏輯芯片。使用具有少量資源并且因而具有較低能耗的邏輯芯片的缺點在于相應(yīng)現(xiàn)場裝置功能性的偶爾相當大的限制性。

取決于應(yīng)用，現(xiàn)場裝置必須滿足各種安全要求。為了滿足相關(guān)的安全要求，例如在過程自動化中扮演重要角色的SIL-標準“安全完整性等級”，還必須經(jīng)冗余地和/或相異地設(shè)計現(xiàn)場裝置的功能性。

冗余意思是，通過所有安全相關(guān)的硬件和軟件組件的雙重或多重設(shè)計提高安全性。相異意思是，位于不同測量路徑中的硬件組件，諸如微處理器或A/D轉(zhuǎn)換器來自不同的制造商和/或它們屬于不同類型。在軟件組件的情況下，相異要求存儲在微處理器中的軟件源自不同來源，例如不同制造商或程序員。通過所有這些措施，應(yīng)當確保，以高概率排除現(xiàn)場裝置的安全關(guān)鍵故障以及在測量值中同時出現(xiàn)系統(tǒng)誤差的發(fā)生。補充地，也已知冗余地和/或相異地設(shè)計評估電路的單獨必要硬件和軟件組件。單獨硬件和軟件組件的冗余和多樣化設(shè)計能夠進一步提高安全程度。

安全相關(guān)應(yīng)用的示例是監(jiān)測罐內(nèi)的填充水平，在該罐中儲存有可燃、爆炸性液體或者危及環(huán)境的非易燃液體。在此，必須確保一旦達到了最高可靠填充水平，就立即中斷到該罐的液體供應(yīng)。這繼而要求測量裝置以高可靠性檢測填充水平，并且無故障地工作。