DE102004007151B4

DE102004007151B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und Beeinflussung von Versorgungsmodulen für Verbraucher

Info

Publication number: DE102004007151B4
Application number: DE200410007151
Authority: DE
Inventors: Steffen Göbel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2024-02-13
Also published as: DE102004007151A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung von Versorgungsprozessen bei Verbrauchern mit mindestens einem ersten und einem zweiten Versorgungsmodul, bei dem
– die von Verbrauchern abgeforderte Leistung und die von dem ersten und dem mindestens zweiten Versorgungsmodul jeweils bereitgestellte Leistung erfasst werden,
– eine Erhöhung oder eine Absenkung der jeweils bereitgestellten Leistung erfolgt, wenn die Differenz zwischen der abgeforderten und der jeweils bereitgestellten Leistung Schwellenwerte überschreitet,
– wobei eine Datenverarbeitungsvorrichtung aufgrund eines Zuordnungsprozesses die Funktion der Master-Datenverarbeitungsvorrichtung erhält,
– wobei die Master-Datenverarbeitungsvorrichtung die abgeforderten Leistungen erfasst und Daten dieser Master-Datenverarbeitungsvorrichtung dem ersten und dem zweiten Versorgungsmodul über eine Datenleitung zur Verfügung gestellt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
– bei der Durchführung des Zuordnungsprozesses ein Zuordnungsprogramm abgearbeitet wird, welches der ersten Datenverarbeitungsvorrichtung des ersten Versorgungsmodules oder der zweiten Datenverarbeitungsvorrichtung des zweiten Versorgungsmodules die Funktion der Master-Datenverarbeitungsvorrichtung insbesondere aufgrund der MAC Adresse zuweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung und Beeinflussung von Versorgungsmodulen für Verbraucher und insbesondere die Steuerung von Stromversorgungsmodulen von Telekommunikationsanlagen sowie entsprechende Module.
Aus der Praxis sind vielfältige Prozesse bekannt, bei denen Verbraucher zeitlich wechselnde Leistungen abfragen. So ist es beispielsweise bekannt, dass die Wasserversorgung von Städten und Kommunen unterschiedliche Pumpenleistungen erfordert. Aber auch die Prozesssteuerung in verschiedensten Industriezweigen erfordert es häufig, unterschiedlichste Verbrauchsmaterialien diskontinuierlich zur Verfügung zu stellen. Für die jeweils in einer Zeiteinheit zur Verfügung zu stellenden Verbrauchsmaterialien oder aber auch die in einer Zeiteinheit zur Verfügung zu stellende elektrische Energie wird im Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung der Begriff Leistung verwendet. Um die Überwachung und Beeinflussung der die Leistung zur Verfügung stellenden Versorgungsmodule durchzuführen, seien es elektrische Gleichrichter, Pumpen oder Fördermodule, sind Steuer- und Regelsysteme erforderlich, die über einen Datenaustausch die Versorgungsmodule beeinflussen können.
In der DE 101 16 804 A1 ist im Rahmen der Beschreibung eines Stromversorgungssystems beschrieben, wie die Leistungsabgabe von Gleichrichtern einer Telekommunikationseinrichtung, die auch als Stromversorgungsmodule bezeichnet werden, beeinflusst werden kann. In der genannten Anlage speisen 2 bis n Gleichrichter, die in eine oder mehrere Gruppen aufgeteilt sein können, auf eine oder mehrere Stromschienen. Zur Beeinflussung der Gleichrichter ist vorgesehen, dass jedes Strom versorgungsmodul mit einer IT-Plattform ausgestattet ist, die einen Datenaustausch zwischen den einzelnen Stromversorgungsmodulen ermöglichen. Durch eine zentrale Steuereinheit, die als Master bezeichnet wird und in ein Stromversorgungsmodul integriert sein kann, wird den einzelnen Stromversorgungsmodulen aufgegeben, welche Leistung bereitzustellen ist. Um bei einem Ausfall der Steuereinheit die Stromversorgungsmodule weiter betreiben zu können, ist darüber hinaus vorgesehen, ein weiteres Stromversorgungsmodul so auszustatten und einzustellen, dass es ggf. die Funktion der zentralen Steuereinheit übernimmt.
Aus der DE 197 04 662 A1 ist ein Verfahren zur Lastsymmetrierung mehrerer autark und unabhängig arbeitender Stromversorgungsmodule einer modularen Stromversorgungsanlage bekannt. Bei diesem Verfahren wird durch einen Zuordnungsprozess, der als Arbitrierungsverfahren ausgebildet ist, versucht, einer Datenverarbeitungsvorrichtung eines Stromversorgungsmoduls die Funktion einer Master-Datenverarbeitungsvorrichtung zuzuweisen. Bei dem Arbitrierungsverfahren, welches periodisch wiederholt wird, konkurrieren mindestens zwei Datenverarbeitungsvorrichtungen durch einen Last-Datenaustausch hinsichtlich der Funktion der Master-Datenverarbeitungsvorrichtung, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung des Stromversorgungsmoduls mit dem höchsten Last-Ist-Wert die Funktion der Master-Datenverarbeitungsvorrichtung erhalten soll. Das Arbitrierungsverfahren führt jedoch nicht immer zu eindeutigen Ergebnissen, so dass auch zwei Datenverarbeitungsvorrichtungen unbemerkt gleichzeitig die Funktion der Master-Datenverarbeitungsvorrichtung innehaben können.
Es hat sich gezeigt, dass die Errichtung und Wartung von solchen Versorgungssystemen mit zwei oder mehr Versorgungsmodulen aufwendig ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Errichtung und Wartung von Anlagen mit zwei oder mehr Versorgungs modulen zu erleichtern sowie entsprechend ausgebildete Stromversorgungseinrichtungen zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 11, 20, 21, 22 bzw. 23.
Gemäß der Erfindung ist bei einem Verfahren zur Überwachung von Versorgungsprozessen bei Verbrauchern mit mindestens einem ersten und einem zweiten Versorgungsmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgesehen, dass bei der Durchführung des Zuordnungsprozesses ein Zuordnungsprogramm abgearbeitet wird, welches einer ersten Datenverarbeitungsvorrichtung des ersten Versorgungsmodules oder einer zweiten Datenverarbeitungsvorrichtung des zweiten Versorgungsmodules die Funktion einer Master-Datenverarbeitungsvorrichtung zuweist. Durch die Abarbeitung des Zuordnungsprogrammes wird ein wartungsarmes Plug & Play ermöglicht, wobei insbesondere bei der Inbetriebnahme eine selbständige Masterzuordnung erfolgt.
Während also im Stand der Technik eine Vergabe der Adressen über eine manuelle Konfiguration der entsprechenden Server erfolgt und nur Systeme mit übergeordnetem Controller als Master verwendet werden, arbeiten das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen vollautomatisch mit eindeutigem Ergebnis, insbesondere wenn die Zuordnung aufgrund der MAC Adresse erfolgt.
Wenn das Verfahren ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die von der Master-Datenverarbeitungsvorrichtung zur Verfügung gestellten Daten in Datensätzen gemäß einem Ethernet-Standard versendet werden, ist es möglich Standard-Komponenten zu verwenden und das Verfahren auch unter Verwendung bestehender Datentransportnetze, z. B. dem Internet, durchzuführen.
Vorzugsweise werden bei der Erstellung der Datensätze von der Master-Datenverarbeitungsvorrichtung Hardwareadressen des ersten und/oder des mindestens zweiten Versorgungsmodules verwendet werden, um IP-Adressen zu generieren. Dies hat den Vorteil, dass sich das Verfahren besonders sicher durchführen lässt, da durch weltweit nur einmalig vergebene Hardwareadressen eine irrtümliche Doppelvergabe einer IP-Adresse und damit zusammenhängende Fehlfunktionen sicher vermieden werden können.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens versendet, speichert und verarbeitet jedes der Versorgungsmodule Daten zur Verwendung bei der Überwachung und Steuerung im Broadcast-Verfahren. Dadurch stehen während des gesamten Betriebes und nicht nur bei der Inbetriebnahme allen Versorgungsmodulen alle relevanten Daten zur Verfügung. Dadurch können alle Module zeitnah die Masterfunktion übernehmen, was zu einer stabilen Versorgungssituation beiträgt (Redundanz). Durch das Versenden von Daten im Broadcast-Verfahren oder Multicast-Verfahren ist insbesondere eine automatische Masterumschaltung möglich.
Vorzugsweise überprüft jedes der Versorgungsmodule aufgrund der vorgenannten ausgewerteten Daten dynamisch, ob es als Master zu operieren hat, so dass wiederum zeitnah jedes Versorgungsmodul problemlos die Funktion des Master übernehmen kann.
Eine jederzeit leicht nachprüfbare Zuordnung ergibt sich, wenn das Versorgungsmodul mit der höchsten oder der niedrigsten Hardwareadresse (MAC-Adresse) als Master operiert.
Da in der Praxis Weiterentwicklungen hinsichtlich der Hard- und Software praktisch kontinuierlich erfolgen, ist es vorteilhaft, wenn die Verwendung von in diesem Zusammenhang entstandenen neuen Modulen und Verfahrensvarianten nicht jeweils eine individuelle, von Hand durchzuführende neue Konfiguration erfordert. Daher ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein selbständiger Abgleich von Konfigurationsdaten und/oder Firmwareversionen erfolgt.
Um das erfindungsgemäße Verfahren in seinen Ausführungsformen leicht in bestehende Systeme einbinden zu können, ist es vorteilhaft, wenn auch der hinsichtlich der Software zu betreibende Aufwand möglichst gering ist. Daher ist vorzugsweise vorgesehen, anstelle neu einzuführender Befehle und Protokolle Daten in Feldern des BOOTP-Signales nach Ethernet-Standard Daten zu versenden. Solche Daten umfassen vorzugsweise Adressdaten und/oder Informationen zur Leistungsabgabe. Besonders relevante Daten und Informationen sind im Zusammenhang mit einem Betriebsdatentelegramm, einem Mastersteuertelegramm sowie einem Wartungssteuerungstelegramm im Rahmen der Figurenbeschreibung erörtert.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren sind insbesondere zum Betrieb von Stromversorgungsmodulen, insbesondere von Gleichrichtern verwendbar, bei denen es die Erfindung ermöglicht, schnell und mit geringem Aufwand vor Ort zuverlässige Stromversorgungen aufzubauen.
Die vorgenannten Vorteile der Erfindung zeigen sich auch bei einer erfindungsgemäßen Datenschnittstelle für Versorgungsmodule, mit einer Netzwerkanbindung, wenn diese dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein Speicher vorgesehen ist, mittels welchem eine Master-Zuordnung zwischen verschiedenen Versorgungsmodulen durchführbar ist. Daher wird für eine erfindungsgemäße Datenschnittstelle auch selbständig Schutz beansprucht.
Hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsformen der Datenschnittstelle, für die Schutz beansprucht wird, und den jeweiligen Vorteilen wird auf die Ausführungen zu dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren und seinen Ausführungsformen bezug genommen.
Ferner wird für eine Steuerungseinrichtung für Versorgungsmodule, die durch eine Datenschnittstelle gemäß einem der Ansprüche 11 bis 19 gekennzeichnet ist. Schutz beansprucht. Eine solche Steuereinrichtung kann beispielsweise ein Regler eines Gleichrichters, eine Motorsteuerung eines Notstromaggregates oder einer Pumpe oder ein Steuer- und Regelelement eines Fördermittels sein.
Wenn es darum geht, ein Stromversorgungsnetz aufzubauen, zeigen sich die Vorteile der Erfindung auch bei den einzelnen Stromversorgungsmodulen, wenn diese eine Steuerungseinrichtung gemäß Anspruch 20 aufweisen. Daher wird sowohl für Stromversorgungsmodule als auch für Stromversorgungsstation und Stromversorgungsnetze Schutz beansprucht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Hardware einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromversorgungsmodules,
2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsstation beim Systemanlauf mit automatischer Adressvergabe,
3 eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsstation bei der Neuvergabe der Masterrolle und der Master IP, und
4 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Datenschnittstelle.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitet folgende Verfahrensschritte ab, wobei die Reihenfolge der Abarbeitung der der Ziffern entspricht, die der jeweiligen Zeile vorangestellt sind, sofern der vorherige Verfahrensschritt nicht für einzelne Versorgungsmodule ein Abweichen vorsieht.

1. Versorgungsmodul 1 wird eingeschaltet
2. Versorgungsmodul 1 empfängt etwaige Statusberichte
3. Versorgungsmodul 1 arbeitet Zuordnungsprogramm ab
4. Versorgungsmodul 1 erfasst abgeforderte Leistung
5. Versorgungsmodul 1 stellt Modulleistung 1 gemäß Masterauftrag zur Verfügung
6. Versorgungsmodul 1 sendet Statusbericht als Broadcast
7. Versorgungsmodul 1 kehrt zu Verfahrensschritt 1 zurück
8. Versorgungsmodul 2 wird eingeschaltet
9. Versorgungsmodul 2 empfängt etwaige Statusberichte
10. Versorgungsmodul 2 arbeitet Zuordnungsprogramm ab
11. Versorgungsmodul 2 erfasst abgeforderte Leistung
12. Versorgungsmodul 2 stellt Modulleistung 2 gemäß Masterauftrag zur Verfügung
13. Versorgungsmodul 2 sendet Statusbericht als Broadcast
14. Versorgungsmodul 2 kehrt zu Verfahrensschritt 9 zurück
15. Das als Master ermittelte Versorgungsmodul sendet Masteraufträge an die eingeschalteten Versorgungsmodule

In dem von jedem Versorgungsmodul zyklisch wiederholten Zuordnungsprogramm werden folgende Verfahrensschritte abgearbeitet, wobei die Reihenfolge der Abarbeitung der der Ziffern entspricht, die der jeweiligen Zeile vorangestellt sind, sofern der vorherige Verfahrensschritt nicht ein Abweichen vorsieht.

1. Ermitteln der eigenen MAC Adresse
2. Ermitteln der MAC Adresse etwaig eingeschalteter anderer Versorgungsmodule aus etwaig empfangenen Statusberichten
3. Vergleich der MAC Adressen und Bestimmung oder ggf. Neubestimmung des Masterversorgungsmodules

Ein als Master bestimmtes Versorgungsmodul führt zusätzlich folgende Verfahrensschritte durch:

1. Vergabe von IP Adressen
2. Ermittlung der insgesamt abgeforderten Leistung aus den Statusberichten und der eigenen Erfassung
3. Ermittlung des Leistungsvermögens der eingeschalteten Versorgungsmodule aus den Statusberichten und dem eigenen Leistungsvermögen
4. Erteilung von Leistungsaufträgen an die eingeschalteten Versorgungsmodule
5. Senden von Fehlersignalen, z. B. wenn
a) die abgeforderte Leistung das Leistungsvermögen übersteigen sollte,
b) Statusberichte eines zuvor festgestellten Versorgungsmodules ausbleiben sollten

Das zuvor geschriebene Verfahren eignet sich besonders zum Einsatz mit den in den 1 bis 3 Vorrichtungen.
1 zeigt eine schematische Darstellung der Hardware einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromversorgungsmodules 10, welches eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Versorgungsmodules im Sinne der Erfindung ist. Dieses weist eine Leistungshardware 12 sowie eine Datenschnittstelle 14 auf, welche auch als Kommunikationsmodul bezeichnet werden kann.
Die Leistungshardware 12 weist einen Leistungseingang 16 sowie einen Leistungsausgang 18 auf, wobei der Leistungsausgang mit Stromschienen 20 einer Telekommunikationseinrichtung verbunden ist. Ferner weist die Leistungshardware 12 einen Dateneingang 22 sowie einen Datenausgang 24 auf.
Die Datenschnittstelle 14 umfasst als Komponenten eine CPU 26, vorzugsweise einen Prozessor Net+50 der Fa. Netsilicon, einen Programmspeicher 28, einen Datenspeicher 30 sowie eine Netzwerkkomponente 32 PHY, vorzugsweise einen integrierten Schaltkreis LXT971A der Fa. Intel, mit welcher Daten über ein Ethernet 34 versendet und empfangen werden können. Die CPU 26 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer Datenverarbeitungsvorrichtung und die Netzwerkkomponente 32 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer Netzwerkanbindung. Ferner weist die Datenschnittstelle einen Schnittstellenausgang 36, welcher mit dem Dateneingang 22 der Leistungshardware 12 verbunden ist, sowie einen Schnittstelleneingang 38 auf, welcher mit dem Datenausgang 24 der Leistungshardware 12 verbunden ist. Über den Schnittstellenausgang 36 werden der Leistungshardware 12 Soll-Werte für die Leistungsabgabe zur Verfügung gestellt. Über den Schnittstelleneingang 38 erhält die Schnittstelle Ist-Werte der Leistungsabgabe der Leistungshardware 12, etwaige Fehlermeldungen sowie Ist-Werte der Leistungsanforderung.
Mit mehreren Stromversorgungsmodulen, die wie das zuvor beschriebene Stromversorgungsmodul 10 aufgebaut sind, lässt sich die anhand von 2 und 3 nachfolgend beschriebene Stromversorgungsstation 50 aufbauen, in welcher die einzelnen Stromversorgungsmodule mit den Bezugszeichen 10-1, 10-2 und 10-3 bezeichnet sind. Die Indizierung "–1", "–2" und "–3" steht für die jeweilige Hardwareadresse der Schnittstelle des jeweiligen Stromversorgungsmodules 10-1, 10-2 und 10-3.
In 2 ist gezeigt, dass die drei Stromversorgungsmodule 10-1, 10-2 und 10-3 eingeschaltet werden und damit über Ethernet kommunizieren können. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Zuordnungsprogramm, welches in dem Programmspeicher 28 jedes Stromversorgungsmodules 10-1, 10-2, 10-3 gespeichert ist, abgearbeitet, wodurch das Stromversorgungsmodul 10-3 als Master bestimmt wird und sich selbst sowie den Stromversorgungsmodulen 10-1 und 10-2 IP-Adressen, nämlich die IP-Adressen I21 bzw. IP3 und IP2 zuweist. Diese Adressen werden über Ethernet versendet und stehen so auch für eine externe Überwachung, die zwar nicht erforderlich, jedoch wünschenswert ist, zur Verfügung.
Sollte es zu einem Ausfall des Stromversorgungsmodules 10-3 kommen (3), stellen die Stromversorgungsmodule 10-1 und 10-2 dies beide selbständig fest. Aufgrund des zyklisch wiederholten Abarbeitens des Zuordnungsprogrammes wird dann das Stromversorgungsmodule 10-2 Master und vergibt neue IP Adressen. Die Master-IP ist immer im System vorhanden, um immer eine feste IP-Adresse für Zugriffe von außen auf das System zu gewährleisten. Es ist ersichtlich, dass die Erfindung sich ohne einen eigenen Schrank- bzw. Systemcontroller verwirklichen lässt, wobei ohne weiteres beispielsweise eine Steuerung von 240 Versorgungsmodulen bzw. Gleichrichtern möglich ist.
4 verdeutlicht die Funktion einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Datenschnittstelle 14.
Die Datenschnittstelle 14 umfasst die Funktionsbereiche Betriebssystem 14-10, Treiber 14-12 zur Kommunikation mit der Leistungshardware 12, BOOTP Client 14-14, BOOTP Server 14-16, NTP Client 14-18, FTP Client 14-20, FTP Server 14-22, HTTP Webserver 14-24 sowie SMTP Email Client 14-26. Ferner umfasst die Datenschnittstelle 14 die Funktionsbereiche Prozesslogik 14-28 und Flash Filesystem 14-30. Zum Funktionsbereich Prozesslogik 14-28 gehört die Mastererkennung, das Arbeiten im Master Mode, das Arbeiten im Slave Mode sowie die Prozessüberwachung. Zum Funktionsbereich Flash Filesystem 14-30 gehört z. B. das Speichern von WEB-Seiten und zugehörigen Komponenten wie beispielsweise JAVA Applets, Bitmaps, das Speichern der Konfiguration und das Speichern von History Logs.
Die vorgenannten Funktionsbereiche ermöglichen einen Firmwaredownload für das Versorgungsmodul bzw. den Gleichrichter per FTP. Dies ermöglicht eine Konfiguration eines Versorgungsmodules bzw. Gleichrichters bzw. des Gesamtsystems per FTP, insbesondere einen automatischen Konfigurationsabgleich zwischen Versorgungsmodulen bzw. Gleichrichtern.
Ferner ermöglichen die Funktionsbereiche einen Zugriff auf Versorgungsmodul-, Gleichrichter- bzw. Systemdaten über IP Mechanismen. Dazu sind beispielsweise ein proprietäres TCP/IP Protokoll, ein HTTP- oder ein SNMP- Protokoll von Vorteil.
Die Erfindung ermöglicht auch den Einsatz von Messmodulen als Ethernetgeräte. Als Option kann die Erfindung mit einem absetzbaren Überwachungscontroller mit Display verwendet werden. Ein solcher Überwachungscontroller erlaubt es, nach Art eines Plug & Play in kurzer Zeit sich ein vollständiges Bild über die Anlage zu verschaffen.
Die Erfindung lässt sich vorzugsweise bei Stromversorgungen für Telekommunikationsanlagen anwenden. Prinzipiell lassen sich die Erfindung und deren Mechanismen aber auf alle Anwendungen abbilden, bei denen eine Anzahl gleichartiger Geräte in einem Subnetz eine gemeinsame Aufgabe erfüllen soll, wobei sich die Vorteile insbesondere bei Anlagen mit hoher Verfügbarkeit zeigen, in denen redundante Geräte eine Funktion erfüllen müssen und diese gemäß der Erfindung selbst organisieren. Die Erfindung erlaubt so die Steuerung gleichartiger Maschinen ohne zentrale Steuerungsstruktur.
Das Versorgungsmodul/Gleichrichter Datenprotokoll ist gemäß 3 UDP Broadcast basiert. Ein Betriebsdatentelegramm (BOOTP Erweiterung) wird dabei zyklisch jede Sekunde mit folgenden Inhalt gesendet:

– IP
– MAC
– Kommunikationstyp (Versorgungsmodul/GR-Master, Versorgungsmodul/GR-MasterRequest, Versorgungsmodul/GR-Slave, Module)
– Status (Fehler, Init, Naming, Working, Mastermode, ...)
– Konfigurationskennung (Am Anfang O. Wenn irgendein Gerät eine neue Konfiguration bekommen hat, wird dieser Wert inkrementiert. Alle anderen Geräte versuchen darauf hin von diesem oder einem bereits upgedaten Gerät die neue Konfiguration über FTP zu bekommen und inkrementieren die Kennung ihrerseits.)
– Fehlercode
– Gruppenkennung (Es ist möglich, die Versorgungsmodule/Gleichrichter in Gruppen aufzuteilen, z. B. wenn auf unterschiedliche Stromschienen gespeist wird)(optional, Einstellung über DIP-Schalter)
– Betriebsdaten (Leistungsdaten, insbesondere Ströme, Spannungen, Temperatur)

Dieses Telegramm beinhaltet auch die Funktion der Lebenszeichenüberwachung und ist die Basis für die automatische und dynamische Masterzuordnung.
Das als Master ermittelte Versorgungsmodul sendet ferner bei Bedarf Mastersteuertelegramme, welche z. B. folgende Informationen umfassen:

– Einstellung von Versorgungsmodul/Gleichrichter-Parametern
– Steuerungsanweisungen für digitale Ausgänge an I/O Modulen (SV1/2, ...)
– Start Batterieüberwachung

Zur Wartung können aufgrund der Funktionsbereiche Wartungssteuertelegramme versendet und empfangen werden. Diese können zum Beispiel folgende Informationen umfassen:

– Reset Master Rolle
– Reset Versorgungsmodul/Gleichrichter (Einzeln, Gruppe, Al le)
– Stop Versorgungsmodul/Gleichrichter (Einzeln, Gruppe, Alle)
– Who is master?

(Dynamische Adressvergabe) Hinsichtlich der dynamischen Adressvergabe sei noch auf folgendes hingewiesen.
Alle Versorgungsmodule/Gleichrichter beinhalten einen BOOTP Server. Diese sind allerdings um die Behandlung der Betriebsdatentelegrame erweitert. Eine Definition zusätzlicher Telegramme zum BOOTP Standard durch Erweiterung der BOOTP-Kennung Byte1 (1 BOOTPREQUEST, 2 BOOTPREPLAY, 3-255 zur freien Verwendung) ist dazu vorgesehen.
Dazu wurde einem Versorgungsmodul/Gleichrichter wurde per normalem BOOTP über Laptop einmalig eine temporäre IP vergeben. Anschließend werden auf diesen Gleichrichter per FTP die fixen Netzparameter wie IP Adress Parameter (z. B. 192.168.42.*), Netzmaske und die Adresse von im Subnetz zusätzlich vorhandenen Geräten, wie z. B. eines Routers übergeben. Außerdem werden falls nicht bereits ab Werk, die Para metrierungswerte (Grundeinstellung, Sollwerte, Schwellwerte) übergeben.
Dann werden die Anlagen Komponenten eingeschaltet. Alle Versorgungsmodule/Gleichrichter senden dann ein Betriebsdatentelegramm Broadcast mit folgenden Informationen:

– IP = 0 (Außer der konfigurierte Gleichrichter, der sendet 192.168.42.0)
– MAC des jeweiligen Gerätes
– Kommunikationstyp: Gleichrichter-MasterRequest

Da jedes Gerät mithört, speichert jedes Gerät in seine Versorgungsmodul/Gleichrichter-Tabelle die vom jeweiligen Versorgungsmodul/Gleichrichter gesendeten Daten. Erkennt ein Versorgungsmodul/Gleichrichter ein Telegramm von einem Versorgungsmodul/Gleichrichter mit einer höheren MAC, wird dieser Gleichrichter ab sofort zum Kommunikationstyp Slave. Im nächsten Sendezyklus oder bei Telegrammverlust in einem der nächsten Zyklen, bleibt nur ein Gleichrichter mit Kommunikationstyp Versorgungsmodul/Gleichrichter-MasterRequest übrig (der mit der höchsten MAC) Dieser wird zum Master (Nun Kommunikationstyp Master) und sendet nun per BOOT? Response an jeden erfassten Gleichrichter eine selbst berechnete Adresse (1-240) 192.168.42.2, 192.168.42.3. Die Adresse 192.168.42.1 nimmt der Master zum Zeitpunkt des Systemanlaufs für sich selbst.
Der Master sendet außerdem in der BOOT? Response die Versorgungsmodul/Gleichrichter Parametrierungswerte zum Versorgungsmodul/Gleichrichter. Und dieses/dieser kann nun in Betrieb gehen.
Zyklisch senden nun alle Versorgungsmodule/Gleichrichter weiterhin das Betriebsdatentelegramm, wobei jedes Versorgungsmodul/jeder Gleichrichter die Daten aller Versorgungsmodule/Gleichrichter mithört und damit seine eigene Versorgungs modul/Gleichrichter-Tabelle aktualisiert. Nur der Master wertet allerdings diese Werte aus und komprimiert die Daten zu Anlagendaten.
Der Current Share wird durch die Versorgungsmodule/Gleichrichter durch Kenntnis der Werte der anderen Versorgungsmodule/Gleichrichter selbst durchgeführt.
Wird in ein laufendes System ein neues Versorgungsmodul/ein neuer Gleichrichter eingebaut (Ersatz oder Erweiterung), so sendet dieser erstmalig

– IP = 0
– MAC des jeweiligen Gerätes
– Kommunikationstyp: Versorgungsmodul/Gleichrichter-Master-Request

Da aber ein Master bereits vorhanden ist, bekommt er vom Master sofort seine neue Adresse und wird zu Slave.
(Flying Master) Der Ausfall des Masters wird durch Ausbleiben des Mastertelegramms von allen Versorgungsmodulen/Gleichrichtern erkannt. Das Versorgungsmodul/der Gleichrichter mit der höchsten MAC übernimmt die Masterrolle.
Es wird sichergestellt, dass die Adresse x.x.x.1 immer vergeben ist. Ferner kann je nach Protokoll folgendes durchgeführt werden:

HTTP: Einloggen auf einem WebServer eines beliebigen Gleichrichters (z. B. x.x.x.1), dieser weiß die Masteradresse und lenkt den Link automatisch auf diesen um. So wird die Anlage für den Anwender völlig transparent.
FTP: literal GETM (Get master liefert die Master-Adresse) SNMP: GET Master (Konfigurationsabgleich) Damit jedes Versorgungsmodul/jeder Gleichrichter die Masterrolle übernehmen kann, bzw. die gleichen Einstellungen bei allen Versorgungsmodule/Gleichrichtern konfiguriert werden, wird ein automatischer Konfigurationsausgleich implementiert. Dabei kann von außen auf einem beliebigen Versorgungsmodul/Gleichrichter eine neue Konfiguration per FTP gespielt werden. Sobald diese Versorgungsmodule/dieser Gleichrichter die neue Konfiguration gespeichert hat, signalisiert nun das Versorgungsmodul/der Gleichrichter den anderen durch Inkrementieren des Konfigurationsstatus im Betriebsdatentelegramm den Besitz einer neuen Konfiguration. Die anderen Versorgungsmodule/Gleichrichter werden darauf hin konkurrierend versuchen, mit dem FTP Server des meldenden Versorgungsmodules/Gleichrichters Verbindung aufzubauen. Da dieser nur einen Client zulässt, kommt immer nur ein Versorgungsmodul/Gleichrichter zum Zuge und kann die Daten laden. Hat diese Versorgungsmodul/dieser Gleichrichter die neue Konfiguration, beendet er die FTP Verbindung und signalisiert nun ebenfalls den anderen Versorgungsmodulen/Gleichrichtern durch einen inkrementierten Konfigurationssatutus, dass er für die Weitergabe der neuen Konfiguration bereitsteht. Somit gibt es nun zwei Gleichrichter, die die neue Konfiguration bereitstellen können usw.

Wann die neuen Daten aktiviert werden können, online oder durch Reset, sofort oder erst wenn alle Versorgungsmodule/Gleichrichter einer Gruppe die Daten haben, muss im Einzelfall näher analysiert werden.
Es wird verriegelt, so dass von außen nur dann eine neue Konfiguration eingespielt werden kann, wenn alle Gleichrichter den gleichen Konfigurationsstatus besitzen.
Neue Konfigurationen können sein:

– Statische Netzparameter
– SMTP Parameter (Adressen, Email-Texte)
– Web-Seiten
– Neue Firmware (erst nach Reset wirksam)
– Verknüpfungslogik von Einzeldaten der Gleichrichter zur Generierung des Anlagenbildes für Master

Natürlich kann auch jeder einzelne Gleichrichter direkt per Laptop umkonfiguriert werden.
Im Zusammenhang mit 3 sei darauf hingewiesen, dass alle Schnittstellen, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen eingesetzt werden, einen grundsätzlich gleichen Aufbau aufweisen sollten und insbesondere identisch ausgebildet sind. Dies bedeutet, dass alle Versorgungsmodule, insbesondere Stromversorgungsmodule, die insbesondere als Gleichrichter ausgebildet sind und als solche bezeichnet werden, hinsichtlich ihrer Kommunikationsfähigkeit vorzugsweise gleich ausgebildet sind. Die zentrale Forderung bei dieser Ausgestaltung ist die des Vorhandenseins eines BOOTP Servers und eines BOOTP Clients in jeder Vorrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der BOOTP Protokoll-Standard dahingehend verändert, dass in die Datensätze des BOOTP Daten eingebracht sind, die es ermöglichen den Status des Systems zu erfassen. Insbesondere sind dies Daten, die es beim System- oder Geräteanlauf den Geräten ermöglichen, auszuhandeln, wer der Master sein soll und wer den anderen Geräten eine selbst generierte IP Adresse vergeben soll.
Eine bevorzugte Veränderung des BOOTP Protokollstandards ergibt sich aus der nachfolgenden Gegenüberstellungen:
Original BOOTP message structure according RFC 951 (over all 300 bytes)
Modified BOOTP message structure (over all 300 bytes)
Zu der Gegenüberstellung sei folgendes angemerkt:
Der Opcode spezifiziert normalerweise den Typ der BOOTP message: Request oder Response. In der vorliegenden Ausführungsform werden die zyklischen Telegramme eines Gleichrichters mit den aktuellen Prozessdaten als Request (1) geschickt. Zur Vergabe einer IP adress schickt der BOOTP server (Master Gleichrichter) eine Response (2). Zusätzlich zu diesen Telegrammtypen werden weitere Opcodes zugelassen, um es einem Gleichrichter zu ermöglichen, spezielle Ereignisse zu melden. Das können spezielle Fehlermeldungen sein, aber auch neue Vorgaben von Systemparametern.
Beispiel:
Gleichrichter bieten ein Web-Interface (Web-Seite) an, mit dessen Hilfe ein Bediener z. B. eine maximale Stromgrenze vorgeben kann. Um einen neuen Sollwert im System wirksam werden zu lassen, muss dieser vorher im Gesamtkontext des Systems evaluiert werden. Diese systemübergreifenden Aufgaben übernimmt der Master. Da jeder Gleichrichter das Web-Interface anbietet, muss der neue Sollwert erst einmal zum Master übertragen werden. Das geschieht z. B. mit einem modifizierten BOOTP Telegramm Opcode 3, wobei im Prozessdatenfeld keine Prozessdaten, sondern der neue Sollwert übertragen wird. Nur der Master wertet nun BOOTP Messages mit Opcode 3 aus, evaluiert die neue Vorgabe und gibt die neue Vorgabe für alle im System befindlichen Geräte über sein normales zyklisches Prozessdatenabbild bekannt.
Weiterhin können neue Opcodes verwendet werden, um mehr als die zur Verfügung stehenden 64 + 128 bytes zu übertragen (Mehrfachbelegung des Prozessdatenfeldes in Abhängigkeit vom Opcode).
Prozessdaten werden bei einer bevorzugten Ausführungsform als UDP Broadcast-Messages im gesamten Subnetz verteilt, von jedem Gerät mitgelesen und Daten lokal zur Weiterverarbeitung gespeichert. Diese Broadcast-Messages dienen gleichzeitig als Lebenszeichen eines Versorgungsmodule, insbesondere eines Gleichrichters und ermöglichen den verbleibenden Gleichrichtern bei Ausfall eines Gleichrichters ggf. auch die Übernahme Masterfunktion.
Ein Vorteil der bevorzugten Ausführungsform ist es, dass ein automatischer Abgleich von Konfigurationsdaten zwischen den Geräten erfolgt.
Insgesamt ermöglicht die Erfindung ein einfacheres Handling beim Tausch bzw. Erweiterung von Anlagenkomponenten, insbe sondere dadurch, dass die im Stand der Technik erforderliche manuelle Einstellung der IP-Adresse am Gerät entfällt und dass eine feste Vergabe der Master-Funktion nicht erfolgt. Dies führt auch zu einer hohen Redundanz der Masterfunktionalität.
Das Versenden von Daten im Broadcast führt zu einer effizienten Verteilung der Prozessdaten, ohne dass jedes Versorgungsmodul mit jedem anderen Versorgungsmodul eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung unterhalten müsste. So ist eine indirekte Lebenszeichenüberwachung möglich.
Mit der Erfindung wird – wie vorstehend beschrieben – ein Ethernet-basiertes Steuerungskonzept für Versorgungsnetze, insbesondere Stromversorgungsnetze mit dynamischer Master-Zuordnung zur Verfügung gestellt, dass den Betrieb solcher Netze erheblich erleichtert.

Claims

Verfahren zur Überwachung von Versorgungsprozessen bei Verbrauchern mit mindestens einem ersten und einem zweiten Versorgungsmodul, bei dem – die von Verbrauchern abgeforderte Leistung und die von dem ersten und dem mindestens zweiten Versorgungsmodul jeweils bereitgestellte Leistung erfasst werden, – eine Erhöhung oder eine Absenkung der jeweils bereitgestellten Leistung erfolgt, wenn die Differenz zwischen der abgeforderten und der jeweils bereitgestellten Leistung Schwellenwerte überschreitet, – wobei eine Datenverarbeitungsvorrichtung aufgrund eines Zuordnungsprozesses die Funktion der Master-Datenverarbeitungsvorrichtung erhält, – wobei die Master-Datenverarbeitungsvorrichtung die abgeforderten Leistungen erfasst und Daten dieser Master-Datenverarbeitungsvorrichtung dem ersten und dem zweiten Versorgungsmodul über eine Datenleitung zur Verfügung gestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass – bei der Durchführung des Zuordnungsprozesses ein Zuordnungsprogramm abgearbeitet wird, welches der ersten Datenverarbeitungsvorrichtung des ersten Versorgungsmodules oder der zweiten Datenverarbeitungsvorrichtung des zweiten Versorgungsmodules die Funktion der Master-Datenverarbeitungsvorrichtung insbesondere aufgrund der MAC Adresse zuweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Master-Datenverarbeitungsvorrichtung zur Verfügung gestellten Daten in Datensätzen gemäß einem Ethernet-Standard versendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erstellung der Datensätze von der Master-Datenverarbeitungsvorrichtung Hardwareadressen des ersten und/oder des mindestens zweiten Versorgungsmodules verwendet werden, um IP-Adressen zu generieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Versorgungsmodule Daten zur Verwendung bei der Überwachung und Steuerung im Broadcast-Verfahren oder Multicast-Verfahren versendet und solche von anderen Versorgungsmodulen gesendete Daten empfängt, speichert und auswertet.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Versorgungsmodule aufgrund der ausgewerteten Daten dynamisch überprüft, ob es als Master zu operieren hat.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Versorgungsmodul mit der höchsten oder der niedrigsten Hardwareadresse (MAC-Adresse) als Master operiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein selbständiger Abgleich von Konfigurationsdaten und/oder Firmwareversionen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Daten in Feldern des BOOTP-Signales nach Ethernet-Standard versendet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in das BOOTP-Signal eingebrachten Daten Adressdaten und/oder Informationen zur Leistungsabgabe umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsmodule Stromversorgungsmodule, insbesondere Gleichrichter sind.
Datenschnittstelle für Versorgungsmodule (10-1, 10-2, 10-3), mit einer Netzwerkanbindung (32), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Speicher (28, 30) vorgesehen ist, mittels welchem eine Master-Zuordnung zwischen verschiedenen Versorgungsmodulen (10-1, 10-2, 10-3) durchführbar ist.
Datenschnittstelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerkanbindung (32) zur Verarbeitung von Daten in Datensätzen gemäß einem Ethernet-Standard ausgebildet sind.
Datenschnittstelle nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerkanbindung (32) zur Versendung einer Hardwareadresse der Datenschnittstelle ausgebildet ist.
Datenschnittstelle nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Versorgungsmodule (10-1, 10-2, 10-3) derart programmiert ist, dass es Daten zur Verwendung bei der Überwachung und Steuerung im Broadcast-Verfahren oder Multicast-Verfahren versendet und solche von anderen Versorgungsmodulen (10-1, 10-2, 10-3) gesendete Daten empfängt, speichert und auswertet.
Datenschnittstelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Versorgungsmodule (10-1, 10-2, 10-3) derart programmiert ist, dass es aufgrund der ausgewerteten Daten dynamisch überprüft, ob es als Master zu operieren hat.
Datenschnittstelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Versorgungsmodule (10-1, 10-2, 10-3) derart programmiert ist, dass das Versorgungsmodul (10-1, 10-2, 10-3) mit der höchsten Hardwareadresse (MAC-Adresse) als Master operiert.
Datenschnittstelle nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Versorgungsmodule (10-1, 10-2, 10-3) derart programmiert ist, dass ein selbständiger Abgleich von Konfigurationsdaten und/oder Firmwareversionen erfolgt.
Datenschnittstelle nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Versorgungsmodule (10-1, 10-2, 10-3) derart programmiert ist, dass Daten in Feldern des BOOTP-Signales nach Ethernet-Standard versendet werden.
Datenschnittstelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Versorgungsmodule (10-1, 10-2, 10-3) derart programmiert ist, dass die in das BOOTP-Signal eingebrachten Daten Adressdaten und/oder Informationen zur Leistungsabgabe umfassen.
Steuerungseinrichtung für Versorgungsmodule, gekennzeichnet durch eine Datenschnittstelle (14) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 19.
Stromversorgungsmodul, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung gemäß Anspruch 20.
Stromversorgungsstation, gekennzeichnet durch mindestens ein Stromversorgungsmodul (10-1, 10-2, 10-3) gemäß Anspruch 21.
Stromversorgungsnetz, gekennzeichnet durch eine erste und mindestens eine zweite Stromversorgungsstation gemäß Anspruch 22.