DE102017220755A1

DE102017220755A1 - Data conversion device

Info

Publication number: DE102017220755A1
Application number: DE102017220755.8A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Söllner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2019-05-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Datenwandlervorrichtung (7,13,14,30). Die erfindungsgemäße Datenwandlervorrichtung zeichnet sich durch eine digitale Datenschnittstelle (X1-X4) zum Verbinden mit einem Datenverteilnetz, eine analoge Datenschnittstelle (X20) zum Verbinden mit einer analogen Datenempfangskomponente Datenempfangskomponente (5,22,23), wobei die Datenwandlervorrichtung dazu eingerichtet ist, als Datenempfänger an einer digitalen Multicast-Datenkommunikation teilzunehmen, sowie über das Datenverteilnetz übertragene digitale Daten in analoge Datensignale umzuwandeln und ausgangsseitig der Datenemfangskomponente zur Verfügung zu stellen.The invention relates to a data converter device (7,13,14,30). The data converter device according to the invention is characterized by a digital data interface (X1-X4) for connection to a data distribution network, an analogue data interface (X20) for connection to an analog data reception component data reception component (5, 22, 23), the data conversion apparatus being arranged as data receiver participate in a digital multicast data communication, as well as to convert over the data distribution network transmitted digital data into analog data signals and provide the output side of the data acquisition component available.

Description

Die Erfindung betrifft eine Datenwandlervorrichtung.The invention relates to a data converter device.

Derartige Datenwandlervorrichtungen sind im Allgemeinen dazu vorgesehen, eingangsseitig empfangene Daten einer bestimmten Datenart, beispielsweise Messdaten einer Messeinrichtung, als Daten einer anderen Datenart an ihrem Ausgang bereitzustellen.Such data converter devices are generally provided to provide data received at the input side of a specific type of data, for example measurement data from a measuring device, as data of another data type at its output.

Ein Beispiel einer bekannten Datenwandlervorrichtung ist die sogenannte Merging Unit. Diese bekannte Datenwandlervorrichtung dient dazu, analoge Messdaten von Messvorrichtungen, insbesondere Messwandlern, ausgangsseitig als digitale Messdaten in einem Datenverteilnetz bereitzustellen. Diese Merging Units, die zumeist als unabhängige Geräte („intelligent electronic device“, IED) konzipiert sind, sind üblicherweise möglichst nahe an einem Primärwandler angeordnet. Der Primärwandler kann dabei beispielsweise ein konventioneller Messwandler oder auch ein unkonventioneller Wandler (NCIT) sein. Die Merging Unit stellt zum Beispiel auf einem Prozessbus einen Multicast-Stream an gesampelten Wandlerdaten zur Verfügung, agiert also als „sampler“ und „publisher“. Eine Vielzahl an Empfängern kann aus dem Prozessbus Daten abonnieren, diese agieren dann entsprechend als „subscriber“.An example of a known data converter device is the so-called merging unit. This known data converter device serves to provide analog measurement data from measuring devices, in particular transducers, on the output side as digital measurement data in a data distribution network. These merging units, which are mostly designed as independent devices ("intelligent electronic device", IED), are usually arranged as close as possible to a primary converter. The primary converter can be, for example, a conventional transducer or an unconventional transducer (NCIT). For example, the merging unit provides a multicast stream of sampled transducer data on a process bus, acting as a "sampler" and "publisher". A large number of receivers can subscribe to data from the process bus, which then act accordingly as a "subscriber".

Künftige Konzepte der sogenannten Digital Grids sehen ein Zusammenwirken der Merging Units mit weiteren Komponenten, wie beispielsweise Schaltanlagen oder Automatisierungskomponenten vor. Nachteilig ist dabei, dass die digitalisierten Messdaten ausschließlich mittels entsprechend zum Verarbeiten digitaler Messdaten ausgestalteter Komponenten empfangen und verarbeitet werden können. Die Bereitstellung solcher geeigneter Komponenten ist jedoch vergleichsweise kostenintensiv. Zum Empfangen und Verarbeiten der digitalen Messdaten braucht die dazu vorgesehene Komponente zumeist eine hohe Rechenkapazität und braucht die notwendigen Schnittstellen, die unter Umständen erst aufwendig entwickelt werden müssen.Future concepts of the so-called digital grids provide for interaction of the merging units with other components, such as switchgear or automation components. The disadvantage here is that the digitized measurement data can be received and processed exclusively by means of components designed to process digital measurement data. However, the provision of such suitable components is relatively expensive. For receiving and processing the digital measurement data, the component provided for this usually needs a high computing capacity and needs the necessary interfaces, which may need to be elaborately developed.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Datenwandlervorrichtung vorzuschlagen, mittels der der beschriebene Nachteil überwunden werden kann.The object of the invention is to propose a data converter device by means of which the described disadvantage can be overcome.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Datenwandlervorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.The object is achieved by the data converter device according to claim 1.

Danach ist eine Datenwandlervorrichtung bereitgestellt mit einer digitalen Datenschnittstelle zum Verbinden mit einem Datenverteilnetz sowie mit einer analogen Datenschnittstelle zum Verbinden mit einer analogen Datenempfangskomponente, wobei die Datenwandlervorrichtung dazu eingerichtet ist, als Datenempfänger an einer digitalen Multicast-Datenkommunikation teilzunehmen sowie über das Datenverteilnetz übertragene digitale Daten in analoge Datensignale umzuwandeln und ausgangsseitig der Datenemfangskomponente zur Verfügung zu stellen.Thereafter, a data converter device is provided with a digital data interface for connection to a data distribution network and with an analog data interface for connection to an analog data receiving component, wherein the data converter device is configured to participate as a data receiver in a digital multicast data communication as well as via the data distribution network transmitted digital data in to convert analog data signals and provide the output side of the data acquisition component available.

Mittels der erfindungsgemäßen Datenwandlervorrichtung ist es vorteilhaft möglich, konventionelle, analoge Komponenten wie beispielsweise Schaltanlagen oder Automatisierungskomponenten in das Digital Grid einzubinden. Dabei kann die Datenwandlervorrichtung, die in diesem Zusammenhang auch als Un-Merging Unit bezeichnet werden kann, die Anpassung der digitalen Messdaten an die nur zur analogen Kommunikation vorgesehenen Komponenten übernehmen. Auf diese Weise können auch solche Komponenten an das Digital Grid angebunden werden.By means of the data converter device according to the invention, it is advantageously possible to integrate conventional analog components such as switchgear or automation components in the digital grid. In this case, the data converter device, which in this context may also be referred to as an un-merging unit, can adapt the digital measurement data to the components provided for analog communication only. In this way, such components can also be connected to the digital grid.

Mit anderen Worten wird hiermit insbesondere auch der Einsatz einer dedizierten zusätzlichen Un-Merging Unit (D/A-Wandler) vorgeschlagen als direktes Gegenstück zu bereits existierenden Merging Units (A/D-Wandler). Die Un-Merging Unit erlaubt es beispielsweise, einen digitalisierten Stream von 61850 SMV/R-SV-Meßdaten („Sammpled measured values“/„routable sampled values“) wieder in zeitkontinuierliche analoge Ausgangsgrößen zurückzuwandeln, so dass konventionelle Empfänger diese Daten wie gewohnt als verdrahtete Strom und/oder Spannungsgrößen einlesen könnnen.In other words, in particular, the use of a dedicated additional un-merging unit (D / A converter) is proposed here as a direct counterpart to already existing merging units (A / D converters). The Un-Merging Unit, for example, allows a digitized stream of 61850 SMV / R-SV (Sammpled measured values) data to be converted back to continuous-time analog outputs, so that conventional receivers use this data as usual can read in wired current and / or voltage quantities.

Die Einbindung konventioneller Komponenten in das digitale Datenveteilnetz hat viele Vorteile. Ein Vorteil ist die Kosteneinsparung, die sich bei der Planung neuer Anlagen daraus ergibt, dass anstelle von Kupferverkabelung Lichtwellenleiter verwendet werden können. Zudem können anstelle von 1-1-Verbindungen 1-n-Verbindungen eingesetzt werden. Des Weiteren ist der Platzbedarf aufgrund kleinerer Kabelkanäle vorteilhaft geringer. Zudem kann eine höhere Ausfallsicherheit der Messstrecke erreicht werden, da generelle, kontinuierliche Verbindungsüberwachung anstatt aufwendiger fallbezogener Leiterüberwachung möglich wird. Darüber hinaus können die Gefahren eines Brandes und von Personenschäden reduziert werden, weil auf stromtragende und mit Spannung beaufschlagte Signalleitungen, Klemmen und Schaltschränke verzichtet werden kann. Nicht zuletzt können vorteilhaft Zeit- und Kosteneinsparungen bei der Inbetriebnahme und elektrischen Signalchecks erreicht werden.The integration of conventional components in the digital data sharing network has many advantages. One advantage is the cost savings that can be made when designing new systems because fiber optic cables can be used instead of copper cabling. In addition, 1-n compounds can be used instead of 1-1 compounds. Furthermore, the space requirement is advantageously lower due to smaller cable channels. In addition, a higher reliability of the measuring path can be achieved, since general, continuous connection monitoring is possible instead of expensive case-related conductor monitoring. In addition, the dangers of fire and personal injury can be reduced, as can be dispensed with current-carrying and energized signal lines, terminals and control cabinets. Last but not least, advantageous time and cost savings can be achieved during commissioning and electrical signal checks.

Ein weiterer Vorteil wird durch die Möglichkeit gegeben, ein Refurbishment z.B. von Schaltanlagen im laufenden Betrieb durchzuführen, weil durch den geringen Platzbedarf der neuen Verkabelung konventionelle und digitale Übertragung temporär parallel in bestehenden Räumen betrieben werden können.Another advantage is given by the possibility to perform refurbishment eg of switchgears during operation, because due to the small footprint of the new wiring conventional and digital transmission temporarily can be operated in parallel in existing rooms.

Vorzugsweise findet die Datenwandlervorrichtung Anwendung im Zusammenhang mit einem Datenverteilnetz, das einen Punkt-zu-Multipunkt-Prozessbus umfasst, wobei die digitale Datenschnittstelle zu einer Anbindung der Datenwandlervorrichtung an den Punkt-zu-Multipunkt-Prozessbus eingerichtet ist.Preferably, the data converter device finds application in the context of a data distribution network comprising a point-to-multipoint process bus, wherein the digital data interface is adapted for interfacing the data conversion device to the point-to-multipoint process bus.

Die Datenkommunikation umfasst bevorzugt Übertragung digitaler Meßwandlerdaten. Dabei ist die Datenwandlervorrichtung zum Empfangen und Verarbeiten der digitalen Meßwandlerdaten eingerichtet.The data communication preferably comprises transmission of digital transducer data. In this case, the data converter device is set up to receive and process the digital transducer data.

Vorzugsweise ist die Datenwandlervorrichtung zum Dekodieren und Verarbeiten von Daten eingerichtet, die gemäß dem Übertragungsprotokoll nach der IEC-Norm 61850 übertragen sind. Insbesondere ist die Datenwandlervorrichtung bevorzugt ein eigenständiges IED mit einer LAN/IEC61850-Schnittstelle. Die Datenwandlervorrichtung abonniert geeigneterweise eine beliebige, vorbestimmte Anzahl von SMV/R-SV-Streams vom Prozessbus. Die empfangenen digitalen Daten bzw. eine Untermenge daraus werden in analoge Datensignale umgewandelt. Gegebenfalls kann die Datenwandlervorrichtung die Datensignale verstärken und/oder anpassen und/oder als zeitkontinuierliche Strom- und/oder Spannungsgrößen an geeigneten Ausgangsklemmen bereitstellen. Ein geeignetes (Übersetzungs-)Verhältnis von einem digitalen Datenwert zu Ausgangsspannung bzw. -strom kann bevorzugt anwenderseitig parametriert werden. Die Verstärkung und/oder Signalanpassung kann mittels interner Verstärker bzw. Übertrager realisiert werden. In der oben erwähnten IEC-Norm sind insbesondere die Profile IEC 61850-9-2, 61850-9-2LE und 61850-90-5 anwendbar.Preferably, the data converter device is arranged to decode and process data according to the IEC standard transmission protocol 61850 are transferred. In particular, the data converter device is preferably a standalone IED with a LAN / IEC61850 interface. The data converter device suitably subscribes to any predetermined number of SMV / R SV streams from the process bus. The received digital data or a subset thereof are converted into analog data signals. Optionally, the data converter device may amplify and / or adjust the data signals and / or provide as time-continuous current and / or voltage quantities at suitable output terminals. A suitable (translation) ratio of a digital data value to output voltage or current can preferably be parameterized by the user. The gain and / or signal adaptation can be realized by means of internal amplifiers or transformers. In the IEC standard mentioned above, the profiles are in particular IEC 61850 - 9 - 2 . 61850 - 9 -2LE and 61850-90-5 applicable.

Die Datenempfangskomponente kann geeigneterweise eine Schaltanlage, eine Automatisierungskomponente oder eine Leittechnik-Komponente sein.The data receiving component may suitably be a switchgear, an automation component or a control technology component.

Zweckmäßigerweise ist die digitale Schnittstelle eine optische Schnittstelle zur Anbindung an eine Glasfaserleitung, kann je nach Anwendungsfall jedoch auch als elektrische oder funkbasierte Schnittstelle ausgeführt sein.Conveniently, the digital interface is an optical interface for connection to a fiber optic cable, but can also be designed as an electrical or radio-based interface depending on the application.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 und 2 weiter erläutert.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Datenwandlervorrichtung in einem Datenverteilnetz in einer schematischen Darstellung;
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Datenwandlervorrichtung in einer schematischen Darstellung.

The invention will be described below with reference to the 1 and 2 further explained.

1 shows an embodiment of a data converter device according to the invention in a data distribution network in a schematic representation;
2 shows a further embodiment of the data converter device according to the invention in a schematic representation.

In 1 ist die Struktur eines digitalen Datenverteilnetzes 1 dargestellt („digital grid“/digital substation“). Das Datenverteilnetz 1 umfasst üblicherweise eine Vielzahl von Datenleitungen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 1 lediglich eine erste Datenleitung 2 und eine zweite Datenleitung 3 dargestellt.In 1 is the structure of a digital data distribution network 1 represented ("digital grid" / digital substation "). The data distribution network 1 usually includes a plurality of data lines. For clarity, in 1 only a first data line 2 and a second data line 3 shown.

Die erste Datenleitung 2 ist eine Punkt-zu-Punkt-Datenleitung. Sie dient dazu, die Messdaten von einem ersten konventionellen Messwandler 4 an einen ersten konventionellen Schutzschalter 5 zu übertragen. Dazu werden die analogen Messdaten vom ersten Messwandler 4 mittels einer Merging Unit 6 digitalisiert und über die erste Datenleitung 2, die durch eine LAN-Datenleitung in Form einer optischen Datenleitung gegeben ist, an die Datenwandlervorrichtung 7 übermittelt. Die Übermittlung erfolgt dabei gemäß dem Standard IEC 61850-9-2, 61850-9-2LE bzw. 61850-9-5. Die Datenwandlervorrichtung 7 empfängt die digitalisierten Datensignale und wandelt diese in zeitkontinuierliche, dreiphasige Analogsignale um. Die Analogsignale werden dann zur weiteren Verarbeitung an den ersten Schutzschalter 5 übermittelt.The first data line 2 is a point-to-point data line. It serves to transfer the measurement data from a first conventional transducer 4 to a first conventional circuit breaker 5 transferred to. For this, the analog measurement data from the first transducer 4 by means of a merging unit 6 digitized and via the first data line 2 , which is given by a LAN data line in the form of an optical data line, to the data converter device 7 transmitted. The transmission takes place in accordance with the IEC standard 61850 -9-2, 61850-9-2LE or 61850-9-5. The data converter device 7 receives the digitized data signals and converts them into continuous-time, three-phase analog signals. The analog signals are then sent to the first circuit breaker for further processing 5 transmitted.

Die zweite Datenleitung 3 ist ein optisches (gegebenenfalls elektriches) LAN-Netzwerk. Es verbindet eine Mehrzahl von Merging Units 8 bis 12 mit mehreren Datenwandlervorrichtungen 13 und 14 sowie direkt mit einer digitalen Schaltanlage 15 und einer digitalen Automatisierungskomponente 16. Die zweite Merging Unit 8 ist eingangsseitig über eine dreiphasige Zuleitung mit einem zweiten konventionellen Messwandler 17 verbunden. Die dritte Merging Unit 9 ist über eine einphasige Zuleitung mit einem weiteren konventionellen Messwandler 18 verbunden. Die vierte Merging Unit 10 empfängt analoge Messsignale über eine n-phasige Wechselspannungsleitung von einem ersten nicht-konventionellen Messwandler 20. Die fünfte Merging Unit 11 ist eingangseitig über eine Gleichspannungsleitung mit einem zweiten nicht-konventionellen Messwandler 20 verbunden. Die sechste Merging Unit 12 ist eingangsseitig über eine Gleichspannungsleitung mit einem weiteren nicht-konventionellen Messwandler 21 verbunden, wobei die Messwandler 19, 20, 21 jeweils einen unterschiedlichen Aufbau aufweisen.The second data line 3 is an optical (possibly electrical) LAN network. It connects a plurality of merging units 8th to 12 with several data converter devices 13 and 14 as well as directly with a digital switchgear 15 and a digital automation component 16 , The second Merging Unit 8th is on the input side via a three-phase supply line with a second conventional transducer 17 connected. The third merging unit 9 is via a single-phase supply line with another conventional transducer 18 connected. The fourth merging unit 10 receives analog measurement signals via an n-phase AC line from a first non-conventional transducer 20 , The fifth Merging Unit 11 is input side via a DC voltage line with a second non-conventional transducer 20 connected. The sixth merging unit 12 is input side via a DC voltage line with another non-conventional transducer 21 connected, the transducers 19 . 20 . 21 each have a different structure.

Beide Datenwandlervorrichtungen 13, 14 sind im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gleichartig ausgebildet und verfügen jeweils über einen einphasigen und einen dreiphasigen analogen Ausgang. Die erste Datenwandlervorrichtung 13 ist ausgangsseitig über eine dreiphasige analoge Leitung mit einer konventionellen Schaltanlage 22. Die zweite Datenwandlervorrichtung 14 ist über eine einphasige analoge Leitung mit einer konventionellen Automatisierungskomponente 23 verbunden. Entsprechend wandelt die erste Datenwandlervorrichtung 13 die empfangenen Digitalsignale („sampled value data stream“) in zeitkontinuierliche Strom- bzw. Spannungswerte, die von der Schaltanlage 22 verarbeitet werden können. Die zweite Datenwandlervorrichtung 14 wandelt die empfangenen Digitalsignale in zeitkontinuierliche Strom- bzw. Spannungswerte, die von der Automatisierungskomponente 23 verarbeitet werden können.Both data converter devices 13 . 14 are in the 1 illustrated embodiment similar and each have a single-phase and a three-phase analog output. The first data converter device 13 On the output side, it has a three-phase analogue cable with a conventional switchgear 22 , The second data converter device 14 is via a single-phase analog line with a conventional automation component 23 connected. Accordingly, the first data converter device converts 13 the received digital signals ("sampled value data stream") in time-continuous current or voltage values from the switchgear 22 can be processed. The second data converter device 14 converts the received digital signals into continuous time current or voltage values from the automation component 23 can be processed.

In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Datenwandlervorrichtung 30 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Datenwandlervorrichtung 30 eine eigenständige Komponente mit einem separaten, eigenen Gehäuse 31 ist. Die Datenwandlervorrichtung 30 umfasst eine Vielzahl von Schnittstellen, insbesondere: eine erste und eine zweite elektrische RJ45-LAN-Schnittstelle X1 bzw. X2, eine erste und eine zweite optische LAN-Schnittstelle X3 bzw. X4, eine Schnittstelle zur Energieversorgung X10, eine analoge Datenschnittstelle X20 zur Bereitstellung eines analogen Ausgangssignals, eine Fehlererkennungs-, Service bzw. Parametrierungsschnittstelle X15, die als serielle, USB, Ethernet-Schnittstelle oder dergleichen ausgeführt sein kann. Des Weiteren weist die Datenwandlervorrichtung 30 eine Hilfs-Schnittstelle X30 auf, die beispielsweise auch zu einer Statusüberwachung dienen kann.In 2 is a second embodiment of a data converter device 30 shown. It can be seen that the data converter device 30 an independent component with a separate, separate housing 31 is. The data converter device 30 includes a plurality of interfaces, in particular: a first and a second electrical RJ45 LAN interface X1 or. X2 , a first and a second optical LAN interface X3 or. X4 , an interface to the power supply X10 , an analog data interface X20 for providing an analog output signal, an error detection, service or parameterization interface X15 , which may be implemented as a serial, USB, Ethernet interface or the like. Furthermore, the data converter device 30 an auxiliary interface X30 which, for example, can also be used to monitor status.

Im Allgemeinen kann jedes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Datenwandlervorrichtung eine oder mehrere der oben genannten Schnittstellen in beliebiger Kombination umfassen.In general, each embodiment of the data converter device according to the invention may comprise one or more of the above-mentioned interfaces in any combination.

Außer den Schnittstellen umfasst die Datenwandlervorrichtung 30 Schalter S1 bis Sn, mittels deren die Datenwandlervorrichtung 30 konfiguriert werden kann, sowie LED-Anzeigen L1 bis Lm zur Statusanzeige und/oder Fehlerüberwachung der Datenwandlervorrichtung 30.Besides the interfaces, the data converter device comprises 30 counter S1 to Sn, by means of which the data converter device 30 can be configured, as well as LED displays L1 to Lm for status display and / or error monitoring of the data converter device 30 ,

Einige oder alle der LAN-fähigen Schnittstellen weisen PRP- und/oder HSR-Redundanzen auf.Some or all of the LAN-capable interfaces have PRP and / or HSR redundancies.

Claims

Data converter device (7,13,14,30) with a digital data interface (X1-X4) for connection to a data distribution network (2, 3), an analogue data interface (X20) for connection to an analogue data receiving component (5, 22, 23), wherein the data converting device (7, 13, 14, 30) is arranged to participate as a data receiver in a digital multicast data communication and via the Data distribution network (2,3) to transfer converted digital data into analog data signals and provide the output side of the data acquisition component (5,22,23) available.

Data converter device (7,13,14,30) after Claim 1 in which the data distribution network (2, 3) comprises a point-to-multipoint process bus, the digital data interface (X1-X4) being connected to the data converter device (7, 13, 14, 30) at the point-to-multipoint interface. Process bus is set up.

Data converter device (7,13,14,30) after Claim 2 wherein the data communication comprises transmitting digital transducer data, wherein the data transducer means (7, 13, 14, 30) is arranged to receive and process the digital transducer data.

Data converter device (7,13,14,30) after Claim 3 wherein the data converter device (7, 13, 14, 30) is arranged to decode and process data transmitted in accordance with the IEC 61850 transmission protocol.

Data converter device (7, 13, 14, 30) according to one of the preceding claims, wherein the data receiving component (5, 22, 23) is a switchgear, an automation component or a control technology component.

Data converter device (7, 13, 14, 30) according to one of the preceding claims, wherein the digital data interface (X1-X4) is an optical interface for connection to a glass fiber line, or the digital data interface (X1-X4) an electrical interface for connection to is a network line, or the digital data interface (X1-X4) is a radio interface for connection to a wireless network.