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Die Erfindung bezieht sich auf ein Mess- oder Schutzgerät mit einem Anschluss zum Herstellen einer Verbindung mit einem Datenbus und mit einer Steuereinrichtung, die die mess- oder schutztechnische Arbeitsweise des Mess- oder Schutzgerätes festlegt, wobei die Arbeitsweise von außen über den Anschluss veränderbar ist.
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Ein derartiges Schutzgerät wird beispielsweise von der Siemens AG unter dem Produktnamen SIPROTEC vertrieben. Bei diesem Schutzgerät lässt sich die Arbeitsweise des Schutzgerätes von außen über einen Datenbus-Anschluss verändern, indem eine Neu-Parametrierung des Gerätes vorgenommen wird. Dies bedeutet, dass ein neuer Satz an Parametern in das Gerät übertragen wird, der die Eigenschaften des Gerätes neu bestimmt.
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Außerdem geht aus der
WO 2003/088011 A2 eine Recheneinheit, beispielsweise in Form eines PDA, hervor, die an an eine industrielle Maschinensteuerung angeschlossen werden kann. Von der Maschinensteuerung können Daten zu Anzeigezwecken an die Recheneinheit übertragen werden, ebenso ist es möglich, Dateneingaben oder Schaltbefehle von der Recheneinheit an die Maschinensteuerung zu übermitteln.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mess- oder Schutzgerät der beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, dass es Auswertevorgänge, insbesondere Prüfvorgänge, von außen noch einfacher als bisher ermöglicht. Insbesondere sollen Auswerte- oder Prüfvorgänge möglich sein, ohne dass eine Neuparametrierung des gesamten Mess- oder Schutzgerätes – also eine Veränderung der die Arbeitsweise des Gerätes festlegenden Parameter – notwendig ist.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Mess- oder Schutzgerät der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie zumindest zwei Softwaremodule parallel und vollständig separat voneinander betreiben kann. Eines der Softwaremodule ist ein Betriebsmodul, das die mess- oder schutztechnische Arbeitsweise des Mess- oder Schutzgerätes festlegt. Zumindest ein zusätzliches Softwaremodul ist ein Prüfmodul zur Ausführung von Auswerte- und Prüfzwecken. Erfindungsgemäß weist die Steuereinrichtung mindestens eine softwareseitige Schnittstelle auf, an die das Prüfmodul von außen über den Anschluss softwaremäßig angekoppelt werden kann.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, innerhalb des Mess- oder Schutzgerätes eine softwareseitige Schnittstelle bereitzustellen, die ein externes Ankoppeln zumindest eines zusätzlichen Softwaremoduls in Form eines Prüfmoduls erlaubt. Über eine solche softwareseitige Schnittstelle kann über einen externen Datenbus – beispielsweise über einen Stationsbus oder einen Prozessbus – z. B. im Rahmen von Service-, Wartungs- oder Prüfarbeiten (oder dergleichen) von außen im Schutzgerät ein zusätzliches Softwaremodul installiert werden, ohne dass die Konfiguration oder Parametrierung des Betriebsmoduls, das die mess- oder schutztechnische Arbeitsweise des Mess- oder Schutzgerätes festlegt, verändert werden muss. Das Betriebsmodul bleibt also unverändert, obwohl die Funktionsweise des Mess- oder Schutzgerätes insgesamt erweitert wird. Abgesehen davon, dass eine Neu-Parametrierung des Betriebsmoduls aufwendig ist, besteht bei einer Neu-Parametrierung des Betriebsmoduls stets die Gefahr, dass Fehler auftreten, und die ursprünglich korrekte Funktionalität des Schutzgerätes irrtümlich verändert oder vollständig außer Kraft gesetzt wird; derartige Fehler werden erfindungsgemäß durch die softwareseitige Schnittstelle und die Möglichkeit der Implementierung eines zusätzlichen Softwaremoduls vermieden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Ausgestaltung des zusätzlichen Softwaremoduls sehr individuell erfolgen kann; etwaige Einschränkungen aufgrund einer nur unzureichenden Funktionalität des Betriebsmoduls bestehen nicht, da das Betriebsmodul von anderen Softwaremodulen getrennt bleibt.
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Mit zusätzlichen „Prüf-Softwaremodulen” lässt sich beispielsweise erreichen, dass ein Prüfingenieur unmittelbar auf die zeitbezogenen Abtastwerte eines an das Mess- oder Schutzgerät eingangsseitig angeschlossenen Messwandlers zurückgreifen kann, obwohl diese Daten aufgrund der Ausgestaltung des Betriebsmoduls und damit der mess- oder schutztechnischen Arbeitsweise des Mess- oder Schutzgerätes üblicherweise ausgangsseitig nicht zur Verfügung gestellt bzw. ausgegeben werden: Wird beispielsweise im Schutzgerät eine Umwandlung zeitbezogener Abtastwerte des Messwandlers in Zeigerwerte durchgeführt, so sind die zeitbezogenen Abtastwerte ausgangsseitig nicht mehr verfügbar. Durch ein Nachladen zusätzlicher Softwaremodule lässt sich dieses Problem lösen.
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Die einzelnen Software-Schnittstellen sind vorzugsweise derart voneinander getrennt, dass ein nachgeladenes über den Datenbus neu installiertes Softwaremodul das fest installierte Betriebsmodul nicht nachträglich beeinflussen oder beeinträchtigen kann. So wird sichergestellt, dass das fest installierte Betriebsmodul unabhängig davon weiterläuft, wenn zusätzliche Softwaremodule „angekoppelt” und betrieben werden.
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Vorzugsweise ist jedes Softwaremodul der Steuereinrichtung über eine softwareseitige Schnittstelle angekoppelt, wobei jede softwareseitige Schnittstelle von außen über den Anschluss ansprechbar ist.
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Bevorzugt weist die Steuereinrichtung eine Softwareplattform mit einer Mehrzahl an softwareseitigen Schnittstellen auf. Alle Softwaremodule werden in diesem Falle über die softwareseitigen Schnittstellen der Softwareplattform angekoppelt. Im Hinblick auf eine Kompatibilität untereinander wird es als vorteilhaft angesehen, wenn mehrere, beispielsweise alle, softwareseitigen Schnittstellen der Softwareplattform derart identisch ausgeführt sind, dass jedes Softwaremodul an mehrere bzw. jede beliebige softwareseitige Schnittstelle ankoppelbar ist.
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Die Softwareplattform ist beispielsweise an ein Betriebssystem angekoppelt, das nach dem IEC 61850-Standard arbeitet.
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Zum Anschluss des Mess- oder Schutzgeräts an Messwandler weist dieses vorzugsweise einen Prozessbus-Anschluss auf.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Schutzsystem mit einem Mess- oder Schutzgerät und einem Datenbus, der mit dem Mess- oder Schutzgerät verbunden ist.
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Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Schutzsystem dieser Art dahingehend zu verbessern, dass es Auswertevorgänge, insbesondere Prüfvorgänge, von außen sehr einfach ermöglicht, ohne eine Neuparametrierung des Mess- oder Schutzgerätes erforderlich zu machen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an den Datenbus eine Auswerteeinheit, insbesondere ein Prüfgerät, angeschlossen ist und das Mess- oder Schutzgerät derart ausgestaltet ist, dass es zu Auswerte- oder Prüfzwecken ein von der Auswerteeinheit in den Datenbus eingespeistes Auswert- oder Prüf-Softwaremodul empfängt und an eine softwareseitige Schnittstelle ankoppelt und das Auswert- oder Prüf-Softwaremodul startet.
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Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Schutzsystems wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Mess- oder Schutzgerät verwiesen.
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Als Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Betreiben des beschriebenen Mess- oder Schutzgeräts angesehen; das Verfahren ist in den Patentansprüchen definiert. Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Mess- oder Schutzgerät verwiesen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert; dabei zeigen
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schutzsystems mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mess- und/oder Schutzgerätes und
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2 ein Ausführungsbeispiel einer Softwareplattform zum Ankoppeln von Softwaremodulen für das Mess- und/oder Schutzgerät gemäß 1.
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schutzsystems 5 dargestellt. Das Schutzsystem 5 weist ein übergeordnetes Leitsystem 10 auf, das über einen übergeordneten Datenbus 20 – nachfolgend Stationsbus genannt – mit einem Mess- und/oder Schutzgerät 30 verbunden ist. Bei der Darstellung gemäß der 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich ein einziges solches Mess- und/oder Schutzgerät 30 dargestellt; selbstverständlich können an den Stationsbus 20 auch mehrere Mess- und/oder Schutzgeräte 30 angeschlossen sein, die die auf dem Stationsbus 20 vorhandenen Telegramme empfangen und auswerten.
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Das Mess- und/oder Schutzgerät 30 ist darüber hinaus mit einem weiteren Datenbus 40 – nachfolgend Prozessbus genannt – verbunden, der eine Verbindung des Mess- und/oder Schutzgerätes 30 mit einem oder mehreren Messwandlern 50 ermöglicht. Die Messwandler 50 sind an in der 1 nicht gezeigte Phasenleiter eines elektrischen Netzes mit einer Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz angeschlossen.
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Die
1 zeigt darüber hinaus den inneren Aufbau des Mess- und/oder Schutzgerätes
30. Man erkennt eine Steuereinrichtung
100, die mit zwei vollduplex-fähigen, im Mess- und/oder Schutzgerät baulich enthaltenen 3-Port-Netzwerkanschaltungen
110 und
120 in Verbindung steht. Bei den 3-Port-Netzwerkanschaltungen
110 und
120 kann es sich beispielsweise um solche handeln, die in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102 60 806 A1 beschrieben sind.
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Die eine der beiden 3-Port-Netzwerkanschaltungen 110 weist zwei externe Ports 130 und 140 auf, die eine Schnittstelle 150 zum Anschluss des Mess- und/oder Schutzgerätes 30 an den Prozessbus 40 erlauben. Unter dem Begriff „Port” ist also ein elektrischer Bus-Anschluss bzw. eine Bus-Schnittstelle zu verstehen. Ein innerer Port 160 der einen 3-Port-Netzwerkanschaltung 110 steht mit einem prozessbusseitigen Anschluss A100a der Steuereinrichtung 100 in Verbindung.
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Die weitere 3-Port-Netzwerkanschaltung 120 weist ebenfalls zwei externe Ports 200 und 210 auf; diese externen Ports 200 und 210 bilden eine Schnittstelle bzw. einen Anschluss 220 zur Verbindung des Mess- und/oder Schutzgerätes 30 mit dem durch den Stationsbus 20 gebildeten übergeordneten Datenbus. Ein innerer Port 230 der weiteren 3-Port-Netzwerkanschaltung 120 steht mit einem stationsbusseitigen Anschluss A100b der Steuereinrichtung 100 in Verbindung.
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Die beiden 3-Port-Netzwerkanschaltungen 110 und 120 sowie die Steuereinrichtung 100 sind in der 1 als getrennte Elemente gezeigt, die in dem Mess- und/oder Schutzgerät 30 enthalten sind. Vorzugsweise sind die beiden 3-Port-Netzwerkanschaltungen 110 und 120 und die Steuereinrichtung 100 durch eine einzige bauliche Einheit, vorzugsweise durch ein frei programmierbares Gatearray, beispielsweise ein monolithisch integriertes Array, gebildet.
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In der 1 erkennt man außerdem ein Prüfgerät 350, das an den Stationsbus 20 angeschlossen ist und zum Prüfen des Mess- und/oder Schutzgeräts 30 eingesetzt werden soll.
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Das Schutzsystem 5 gemäß 1 arbeitet wie folgt:
Die Messwandler 50 erzeugen phasenleiterbezogene Abtastwerte U und I, die über den Prozessbus 40 zum Mess- und/oder Schutzgerät 30 in Form von Telegrammen Tp übertragen werden.
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Bei der Bearbeitung der phasenleiterbezogenen Abtastwerte U und I der Messwandler 50 führt das Mess- und/oder Schutzgerät 30 beispielsweise ein „downsampling” durch. Dies bedeutet, dass die Anzahl der Abtastwerte, die von den Messwandlern 50 geliefert werden, vor der Weiterleitung an den Stationsbus 20 reduziert werden, indem beispielsweise neun von zehn Abtastwerte der Messwandler 50 weggeworfen und nur jeweils ein einziger Abtastwert aufgehoben wird. Beträgt die Abtastrate bei den Messwandlern 50 beispielsweise 10 kHz oder 20 kHz, so wird auf dem Stationsbus in Form der Telegramme Ts lediglich eine Abtastrate von 1 bzw. 2 kHz weitergeleitet. Trotz der Reduktion der Abtastrate bleibt dennoch eine „Transparenz” der Messwerte – vom übergeordneten Stationsbus 20 aus gesehen – erhalten, weil trotz des Übertragens nur jedes zehnten Abtastwertes noch ausreichend Messwerte zum Stationsbus 20 gelangen, die die jeweilige Messwertsituation bei jedem der Messwandler 50 hinreichend charakterisieren. Die resultierende Transparenz ist in der 1 schematisch durch das Bezugszeichen V gekennzeichnet.
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Anstelle der beschriebenen Abtastwertreduktion, bei der nur jeder n-te (z. B. n = 10) Abtastwert weiter verwendet wird, kann eine Datenreduktion auch durch eine Umwandlung der Abtastwerte in komplexe Messwertzeiger erfolgen. Bei dieser Variante ermittelt das Mess- und/oder Schutzgerät 30 aus den empfangenen phasenleiterbezogenen Abtastwerten U und I der Messwandler 50 komplexe Messwertzeiger, die den Betrag und die Phase des Stromes bzw. der Spannung auf den zugeordneten Phasenleitern angeben. Bei einer solchen Datenreduktion durch „Zeigerumwandlung” lässt sich die Datenrate sehr deutlich reduzieren, so dass beispielsweise eine Übertragungsrate von 50 Hz ausreicht, um die Messwerte der Stromwandler 50 zu charakterisieren.
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Das beschriebene „downsampling” und/oder die Zeigerumwandlung kann in der Steuereinrichtung 100 beispielsweise durch digitale Signalprozessoren durchgeführt werden, von denen beispielhaft einer in der 1 mit dem Bezugszeichen 300 gekennzeichnet ist.
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Ergebnis der beschriebenen Datenreduktion ist somit, dass auf dem Stationsbus 20 nicht mehr alle Abtastwerte übertragen werden, die prozessbusseitig zum Mess- und/oder Schutzgerät 30 gelangt sind. Will man nun mithilfe des Prüfgerätes 350 feststellen, ob das Mess- und/oder Schutzgerät 30 oder die Messwandler 50 richtig arbeiten, so ist dies nicht unmittelbar vom Stationsbus 20 aus möglich, da nicht alle erforderlichen Informationen vorliegen. Eine Möglichkeit, an alle vom Mess- und/oder Schutzgerät 30 empfangenen Abtastwerte zu gelangen, bestünde nun beispielsweise darin, die Arbeitsweise des Mess- oder Schutzgerätes 30 zu verändern, indem das Mess- oder Schutzgerät neu parametriert wird. Eine solche Neuparametrierung ist jedoch – wie eingangs beschrieben – aufwändig und riskant, weil Fehler auftreten können und die Funktionsweise des Mess- oder Schutzgerätes 30 ganz oder vollständig beeinträchtigt werden könnte.
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Um dies zu vermeiden, weist die Steuereinrichtung 100 die Möglichkeit auf, zusätzliche Softwaremodule parallel und unabhängig voneinander zu betreiben. Dies zeigt die 2 schematisch.
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Das die mess- und/oder schutztechnische Arbeitsweise des Mess- oder Schutzgerätes 30 festlegende Softwaremodul wird nachfolgend als Betriebsmodul bezeichnet und ist in der 2 mit dem Bezugszeichen 400 gekennzeichnet. Das Betriebsmodul 400 ist über den Anschluss 220 über den Stationsbus 20 von außen parametrierbar; dies bedeutet, dass durch Eingabe von Betriebsparametern die Arbeitsweise des Betriebsmoduls 400 von außen modifiziert werden kann; alternativ kann das Betriebsmodul auch „unparametrierbar” also unveränderlich sein.
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Man erkennt in der 2, dass das Betriebsmodul 400 an eine Softwareplattform 410 angekoppelt ist, die hierzu eine softwareseitige Schnittstelle 420 aufweist. Außerdem ist die Softwareplattform 410 mit weiteren softwareseitigen Schnittstellen 430, 440 und 450 ausgestattet, die ein Ankoppeln zusätzlicher Softwaremodule ermöglichen.
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In der 2 ist ein solches zusätzliches Softwaremodul mit dem Bezugszeichen 460 gekennzeichnet. Bei diesem zusätzlichen Softwaremodul handelt es sich um ein Prüfmodul, das von dem Prüfgerät 350 über den Stationsbus 220 in dem Mess- und/oder Schutzgerät 30 zu Prüfzwecken installiert wurde (vgl. 1), indem es an die weitere softwareseitige Schnittstelle 430 angekoppelt und anschließend gestartet wurde.
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Die Softwareplattform 410 ist derart ausgestaltet, dass sie das Betriebsmodul 400 und das Prüfmodul 460 parallel und vollständig separat voneinander betreiben kann; eine gegenseitige Beeinflussung des Betriebsmoduls 400 und des Prüfmoduls 460 ist somit ausgeschlossen. Betriebssysteme, die einen Ablauf unterschiedlicher Softwaremodule – auch Applikationen genannt – gleichzeitig erlauben, sind heutzutage allgemein bekannt (z. B. Unix, Windows, etc.).
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Das Prüfmodul 460 ist nun beispielsweise derart programmiert, dass es die empfangenen phasenleiterbezogenen Abtastwerten U und I der Messwandler 50 unmittelbar auswertet; es greift also nicht auf die abtastratenreduzierten Telegramme Tp des Betriebsmoduls 400 zurück. Ein am Prüfgerät 350 arbeitender Prüfingenieur hat somit einen unmittelbaren Zugriff auf alle eingangsseitig am Mess- und/oder Schutzgerät 30 anliegenden Daten, so dass er alle gewünschten Prüf- und Testverfahren durchführen kann. Mit anderen Worten ermöglicht das Prüfmodul 460 eine 100%-tige Datentransparenz bis einschließlich auf die Messwandlerebene.
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Wie sich in der 2 erkennen lässt, kann die Softwareplattform 410 beispielsweise auf einem Betriebssystem 500 basieren, das ein „object directory” gemäß IEC 61850-Standard verwalten kann. Das Betriebssystem 500 kann beispielsweise auf einem IEC 61850-kompatiblen Kommunikationstack 510 laufen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 wurde die Funktionsweise des Prüfgerätes 350 und die Ankoppelbarkeit von Softwaremodulen für den Fall erläutert, dass das Prüfgerät 350 an den Stationsbus 20 angeschlossen wird. In entsprechender Weise kann das Prüfgerät 350 auch an den Prozessbus 40 angekoppelt werden, um von dort aus zusätzliche Softwaremodule im Mess- und/oder Schutzgerät 30 zu installieren. In diesem Falle übt der Prozessbus 20 die Funktion eines „übergeordneten” Datenbusses aus und der Anschluss zum Einspeisen der Softwaremodule wird durch die Schnittstelle 150 gebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 5
- Schutzsystem
- 10
- übergeordnetes Leitsystem
- 20
- Stationsbus
- 30
- Mess- und/oder Schutzgerät
- 40
- Prozessbus
- 50
- Messwandler
- 100
- Steuereinrichtung
- 110
- 3-Port-Netzwerkanschaltung
- 120
- weitere 3-Port-Netzwerkanschaltung
- 130, 140
- externe Ports der einen 3-Port-Netzwerkanschaltung
- 150
- eine Schnittstelle
- 160
- interner Port der einen 3-Port-Netzwerkanschaltung
- 200, 210
- externe Ports der weiteren 3-Port-Netzwerkanschaltung
- 220
- weitere Schnittstelle
- 230
- interner Port der weiteren 3-Port-Netzwerkanschaltung
- 300
- Signalprozessor
- 350
- Prüfgerät
- 400
- Betriebsmodul
- 410
- Softwareplattform
- 420
- softwareseitige Schnittstelle
- 430
- weitere softwareseitige Schnittstelle
- 440
- weitere softwareseitige Schnittstelle
- 450
- weitere softwareseitige Schnittstelle
- 460
- zusätzliches Softwaremodul
- 500
- Betriebssystem
- 510
- Kommunikationstack
- U, I
- Strom- und Spannungsabtastwerte
- Ts, Tp
- Telegramme
