CN102197559A - 带有集成的通信服务器的自动化设备 - Google Patents

Abstract

带有集成的通信设备的保护继电器可以包括用于执行与可操作地连接到所述保护继电器的负载相关联的保护性继电器操作的保护性继电器部分，以及用于作为独立操作的通信服务器执行通信操作的通信服务器部分(302)。

Description

带有集成的通信服务器的自动化设备

技术领域

本发明的实施例通常涉及通信服务器，更具体地涉及通信服务器在自动化设备上的集成。

背景技术

自动化设备可以在工业、商业以及住宅应用中被用来保护电气装置以及提供控制自动化。对于这些设备，有许多应用，例如保护继电器，包括但不限于电动机保护和起动继电器、辅助继电器、母线保护、控制和转换开关、差动和定时继电器、定向继电器、馈线保护、发电机保护、网络通信保护、控制和距离继电器、同步器继电器(synchronizer relays)、变压器保护以及其他适合的应用。此外，在任何可应用的实例中，在整个自动化系统上，可以使用数个保护继电器。而且，对于自动化系统，到达和来自每个保护继电器的通信可能是必需的。

转到图1，例示了描述传统通信装置的示范性自动化系统100。如图所示，系统100包含与网络102有效通信的自动化应用101。自动化应用101可以是用于过程控制的应用，诸如工厂自动化过程、运输系统过程、供暖通风与空调(HVAC)过程或者任何适合的过程。自动化应用101可以存在于计算机设备或者计算机设备的处理器上，并且可以指导计算机设备的处理器为了控制该过程而执行功能或者动作。例如，自动化过程101可以通过网络102与通信服务器103通信。通信服务器103可以指导继电器106和/或PLC(可编程逻辑控制器)105的操作以便控制该过程。通信服务器103可以通过信道104与继电器106和/或PLC 105通信。信道104可以是适合于装置级通信的信道。这种信道的典型例子包括4线通信协议、差分串行总线、远程输入/输出总线或者其他适合的装置级通信信道。此外，由于通信服务器103直接与继电器106和/或PLC 105通信，所以它可以指导继电器106和/或PLC 105执行控制操作，诸如电动机107的激活/去活、负载108的控制和/或其他类似的操作。

然而，应当理解通信服务器103提供自动化应用101和用于控制自动化的装置之间的通信。因此，任何关于通信服务器103的系统操作的难题或者问题可以导致被控制过程的大量停机时间和/或自动化系统100的故障(举例来说，每个装置都通过通信服务器103来控制)。应当进一步理解自动化系统100的故障或者停机时间会导致对工厂雇员的伤害或者工厂产量的巨大损失。

发明内容

本发明的一种实施方式包含带有集成的通信设备(communications)的保护继电器。所述保护继电器可以包含保护性继电器部分和通信服务器部分，所述保护性继电器部分用于执行与可操作地连接到所述保护继电器的负载相关联的保护性继电器操作，所述通信服务器部分用于作为独立操作的通信服务器执行通信操作。

本发明另外的实施方式包含自动化系统，该自动化系统包括至少一个带有集成的通信设备的保护继电器和至少一个自动化应用。所述至少一个保护继电器可以包含用于执行与可操作地连接到所述保护继电器的负载相关联的保护性继电器操作的保护性继电器部分，还包含用于作为独立操作的通信服务器执行通信操作的通信服务器部分。所述至少一个保护继电器和所述至少一个自动化应用可以与网络进行可操作的通信。

附图简述

参考附图(在所有附图中相似的参考标号表示相似的要素)阅读下列详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面以及优势，其中：

图1是示例自动化系统的示图；

图2是根据本发明示例实施例的示范性自动化设备的框图；

图3是根据本发明示例实施例的示范性自动化设备的详细示图；以及

图4是根据本发明示例实施例的示范性自动化系统的示图。

具体实施方式

本文公开了详细的说明性的实施例。然而，本文公开的具体的功能性的细节仅是有代表性的，其目的是描述示例实施例。然而，示例实施例也可以以许多备选形式来实施，并且不应该被认为只限于在本文中提出的实施例。

因此，虽然示例实施例允许不同的修改和备选形式，但其实施例以示例的形式在附图中示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，无意将示例实施例限制在公开的特定形式中，而相反的，示例实施例是要覆盖示例实施例范围内所有的修改、等效物以及备选。

应该理解，尽管本文中可能使用措词第一、第二等来描述不同的步骤或者计算，这些步骤或者计算不应受这些措词的限制。这些措词只是用来把一个步骤或者计算与另一个区分开。例如，第一计算可以被称作第二计算，并且同样地，第二步骤可以被称为第一步骤，而不会脱离本公开的范围。如本文所用，措词“和/或”以及符号”/”包含一个或多个被列出的关联项的任一组合以及所有组合。

如本文所用的，单数形式“一个”(”a”，”an”)以及“该”(“the”)也包含复数形式，除非上下文清楚的指出另外的情况。应该进一步理解，当在本文中使用措词“包括”、“包含”时，指明所提及特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的出现，但是不排除其一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或群组的存在或者添加。因此，本文的用词仅是为了描述特定的实施例的目的，而无意限制示例实施例。

还应当注意到，在一些备选实现中，所指出的功能/动作可以不按照图中所指出的顺序出现。例如，两个连续显示的图事实上可以基本上同时执行或者有时可以以相反的顺序这些，这些取决于所涉及的功能/动作。

在下文中将会详细描述本发明的示例实施例。根据示例实施例，公开了带有集成通信服务器的自动化设备。这种设备可以容易地用在自动化系统以及其他有用的应用中，这些应用包含但不限于电动机保护、母线保护、控制和转换应用、差动和定时应用、定向应用、馈线保护、发电机保护、网络通信保护、变压器保护、负载测量以及其他适合的应用。转到图2，例示了根据本发明示例实施例的自动化设备。

图2是根据本发明示例实施例的示范性自动化设备的框图。如图2所示，保护继电器200包含保护和/或继电器部分201以及通信服务器部分202。

保护继电器部分201可以包含任何对于保护操作、继电器操作和或测量操作必要的部件。例如，部分201可以包含用于控制交变电流的一条或多条相线的接触开关。类似地，部分201可以包含用于控制直流电的一条或多条线路的接触开关。部分201还可以包含用于控制接触开关的继电器线圈。继电器线圈可以是使接触开关闭合和打开得以发生的感应线圈。此外，接触开关可以包含诸如过载接触部(overload contact)等保护性部件来保护跨接触开关的任何负载。因此，根据示例实施例，自动化设备可以提供电动机械式的保护性继电器操作。

备选地，部分201可以包含保护和继电器操作所必需的固态继电器部件。例如，部分201可以包含光耦合的负载开关运载工具(load switching vehicle)。负载开关运载工具可以包含各种半导体部件，其包括用于光耦合的光电二极管和光伏源，以及用于负载开关的半导体开关、整流器、半导体闸流管、晶体管和/或场效应晶体管(FET)。此外，负载开关运载工具可以包括基于半导体的过载保护部件系统或者其他适当的保护装置，来保护负载开关运载工具上的负载。因此，根据示例实施例，保护继电器可以提供固态的保护性继电器操作。

备选地，部分201可以包含被配置成用于监视与自动化设备200进行可操作的通信的负载的测量部件。例如，部分201可以包含被配置成用于采样、计算均方根(RMS)、执行测量算法等的部件。而且，保护性的继电器部件和/或测量部件的任何组合还可以包含在部分201中。

关于通信服务器部分202，部分202可以包含作为通信服务器操作所必需的部件。例如，部分202可以包括用于连接到网络或者其他通信信道的物理层接口。该物理层接口可以包括任何可用的标准组网部件，以允许通过标准媒介的通信。标准媒介可包括以太网、无线链路或者其他适合的媒介。部分202可以进一步包含端口控制接口来控制通信接口的端口通信。部分202可以进一步包含用于控制通信的微处理器和存储器。备选地，部分202可以包含用于与外部(即对于部分202而不是对于保护继电器200是外部的)处理器通信从而控制通信的处理器/存储器接口。这样，通信服务器部分202可以起通信服务器的作用。因此，根据示范性实施例，自动化设备可以包含嵌入的通信服务器。应当理解，嵌入的通信服务器可以充当独立的通信服务器，并且可以与网络和/或自动化应用直接通信。

根据至少一个示例实施例，通信服务器部分202起到OPC服务器(用于过程控制的OLE服务器，或者用于过程控制的对象链接和嵌入服务器)的作用。OPC规范基于OLE技术并且为了在过程控制和生产自动化应用中使用以促进部件和应用之间的互操作性，定义了一组标准的对象、接口和方法。OPC服务器技术被设计用来桥接(bridge)基于计算机的应用、过程控制硬件和软件应用(例如，自动化应用)。

OPC服务器为许多不同的软件包提供从诸如PLC或其他物理装置的过程控制装置存取数据的方式。OPC服务器应用可以基于软件并且被存入处理装置(举例来说，包含存储器的通信服务器部分202)的存储器。这样，如果OPC服务器应用是为了特定的装置而写入，它可以被任何能够充当OPC客户端的应用再使用。更进一步地，基本的计算机部件可以被用来实现OPC服务器。同样地，根据示例实施例，处理器、存储器和通信接口可以用来实现OPC服务器。在下文中将详细描述根据示例实施例的自动化设备的示范性通信部分。

图3是根据本发明示例实施例的示范性自动化设备的详细示图。设备300包含保护部分301(例如，有断开接触部(disconnect contacts)以及可操作地连接的断开机制，或者电测量系统)、通信部分302、存储器303以及微处理器304。如图所示，微处理器304可操作地连接到存储器303。这样，微处理器304可以从存储器303取回指令和方法论(methodology)以及在存储器303上存储指令和方法论。微处理器304可以是通用计算机处理器或者可以是专门设计的处理器。通用计算机处理器可允许对通用的软件应用进行处理，而专门设计的处理器可允许处理诸如在一些控制应用中有用的梯形逻辑(ladder-logic)或者并行逻辑等特定的软件方法论。因此，示例实施例不应限于任何特定类型的处理器。

如图3进一步所示，微处理器304可操作地连接到保护部分301。这样，微处理器304可以监视保护部分301，并且提供对保护部分301的操作状态的反馈。此外，微处理器304可以控制保护部分301，从而允许对设备300的继电器和/或测量操作的完全控制。此外，微处理器304可操作地连接到通信部分302。因此，微处理器304可以为设备300提供通信的软件控制。例如，软件应用可以写成OPC服务器算法。该OPC服务器算法可以存储在存储器303中，并且可以指导微处理器304执行与OPC服务器操作一致的操作。因此，微处理器304可以控制通信部分302并且指导通信部分302在物理层通信接口或者其他接口上起通信服务器的作用。这样，如上所述，示范实施例为自动化设备提供集成的通信服务器。

图4是根据本发明示例实施例的示例自动化系统的示图。要注意到，图4仅描述根据示例实施例的设备的一种示例实现，不应被认为是限制性的。例如，较多或者较少的继电器/测量计可以包含在内，并且可以根据所需要的特定应用进一步包含不同的部件。由于本公开的目的不是穷尽描述示范性实施方式的应用的每个可能的重复(iteration)，应该理解图4只提供一个可能的实现的深入理解。

现在转到图4，自动化系统400包含与网络402进行可操作的通信的自动化应用401。此外，自动化设备406与网络402进行可操作的通信。设备406可以与图2-3中描述的任何自动化设备基本上相似，因此可以有集成的通信服务器。同样地，自动化设备406可以通过集成的通信服务器、例如使用物理层通信接口直接与自动化应用401通信。因此，如果存在于任何自动化设备406上的任何通信服务器呈现操作问题，只有由特定设备控制的部件易出故障，从而有利于与传统技术相比更简单的故障检修。此外，任何故障设备可以容易地被替换，从而有利于与传统技术相比更少的停机时间。同样地，通过研究图4，优于传统技术的地方显而易见。

如上所述，本发明的示例实施方式为保护继电器提供集成的通信服务器。通过仅仅这样描述的、本发明的一些实施例，很明显这些实施例可以许多方式变化。这样的变化不该被认为脱离本发明的实质和范围，所有这样的修改都要包含在如下面的权利要求所述的本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种带有集成的通信设备的保护继电器，包括

存储器；

处理器，可操作地连接到所述存储器；

保护性继电器部分，与所述处理器进行可操作的通信并且配置成用于执行与可操作地连接到所述保护性继电器部分的负载接触部相关联的保护性继电器操作；以及

通信服务器部分，与所述处理器进行可操作的通信并且被配置成用于作为独立操作的通信服务器执行通信操作，其中，

所述通信服务器部分包含可操作地连接到物理层通信接口的组网部件，

所述通信服务器部分包含可操作地连接到所述处理器的处理器接口，以及

所述处理器接口与所述物理层通信接口进行可操作的通信。

2.如权利要求1所述的保护继电器，其中：

所述独立操作的通信服务器是用于过程控制的对象链接和嵌入服务器(OPC服务器)。

3.如权利要求1所述的保护继电器，进一步包括：

存在于所述处理器上的通信服务器应用，其中所述通信服务器应用指导所述处理器控制作为所述独立操作的通信服务器的所述通信服务器部分。

4.如权利要求3所述的保护继电器，其中：

所述通信服务器应用是用于过程控制的对象链接和嵌入应用。

5.如权利要求1所述的保护继电器，其中所述处理器接口被配置成用于允许所述通信服务器部分与所述处理器之间的指令传递。

6.如权利要求1所述的保护继电器，其中所述通信服务器部分包含：

被配置成用于存储通信特定的指令和信息的专用通信存储器。

7.如权利要求1所述的保护继电器，其中所述通信服务器部分包含：

被配置用于控制通过所述物理层通信接口的端口通信的端口控制部分。

8.如权利要求1所述的保护继电器，其中所述保护性继电器部分包含：

可操作地连接到所述负载接触部的固态继电器部件系统。

9.如权利要求1所述的保护继电器，其中所述保护性继电器部分包含：

可操作地连接到所述负载接触部的电动机械式的继电器部件系统。

10.一种自动化系统，包括：

如权利要求1所述的、与网络进行可操作的通信的至少一个保护继电器；以及

与所述网络进行可操作的通信的计算机设备的处理器上存在的至少一个自动化应用。

11.如权利要求10所述的自动化系统，其中所述至少一个自动化应用指导所述至少一个保护继电器通过直接与所述通信服务器部分的直接通信执行与保护继电器相关联的任务。

12.如权利要求10所述的自动化系统，其中所述至少一个自动化应用是用于过程控制的对象链接和嵌入应用(OPC应用)，其与所述至少一个保护继电器的所述处理器上存在的第二OPC应用进行通信。

13.如权利要求10所述的自动化系统，其中所述至少一个保护继电器的所述通信服务器部分包括配置成用于存储通信特定指令和信息的专用通信存储器。

14.如权利要求13所述的自动化系统，其中所述至少一个保护继电器的所述通信服务器部分包括配置成用于控制通过所述物理层通信接口的端口通信的端口控制部分。

15.如权利要求10所述的自动化系统，其中所述至少一个保护继电器的所述保护性继电器部分包括：

可操作地连接到所述至少一个保护继电器的所述负载接触部的固态继电器部件系统。

16.如权利要求10所述的自动化系统，其中所述至少一个保护继电器的所述保护性继电器部分包括：

可操作地连接到所述至少一个保护继电器的所述负载接触部的电动机械式的继电器部件系统。

17.如权利要求10所述的自动化系统，其中所述网络是以太网。

18.如权利要求10所述的自动化系统，其中所述网络是无线网络。

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