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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen der Erfindung betreffen allgemein Kommunikationsserver und insbesondere die Integration von Kommunikationsservern bei Automatisierungsvorrichtungen.
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Automatisierungsvorrichtungen können in industriellen, kommerziellen und wohnungsbezogenen Anwendungen zum Schutz elektrischer Vorrichtungen und zur Schaffung einer Steuerungsautomatisierung verwendet werden. Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen für diese Vorrichtungen, z. B. Schutzrelais, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Motorschutz- und -Starterrelais, Hilfsrelais, Bus-Schutz-, -Steuerungs- und Übertragungsschalter, Differential- und Zeitrelais, gerichtete Relais, Stromzuleitungsschutz, Generatorschutz, Netzwerkkommunikationsschutz, Pilot- und Distanzrelais, Relais für Synchronisiereinrichtungen, Transformatorschutz und weitere geeignete Anwendungen. Außerdem können in jedem anwendbaren Fall in einem gesamten Automatisierungssystem mehrere Schutzrelais verwendet werden. Darüber hinaus kann eine Übertragung zu und von jedem Schutzrelais für das Automatisierungssystem erforderlich sein.
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Bezugnehmend auf 1 ist ein beispielhaftes Automatisierungssystem 100 veranschaulicht, wie es eine herkömmliche Kommunikationseinrichtung zeigt. Wie veranschaulicht, enthält das System 100 eine Automatisierungsanwendung 101 in aktiver Kommunikationsverbindung mit einem Netzwerk 102. Die Automatisierungsanwendung 101 kann eine Anwendung zur Steuerung eines Prozesses, wie beispielsweise eines Fertigungsautomatisierungsprozesses, Fördersystemprozesses, Heizungs-Lüftungs-Klimatisierungs(HVAC, Heating-Ventilation-Air-Conditioning)-Prozesses oder eines beliebigen geeigneten Prozesses sein. Die Automatisierungsanwendung 101 kann auf einer Rechnervorrichtung oder einem Prozessor der Rechnervorrichtung vorliegen und kann den Prozessor der Rechnervorrichtung anweisen, Funktionen auszuführen oder Handlungen vorzunehmen, um den Prozess zu steuern. Zum Beispiel kann der Automatisierungsprozess 101 über das Netzwerk 102 mit einem Kommunikationsserver 103 kommunizieren. Der Kommunikationsserver 103 kann Operationen von Relais 106 und/oder einer PLC (Programmable Logic Controller, Speicherprogrammierbare Steuerung) 105 befehlen, um den Prozess zu steuern. Der Kommunikationsserver 103 kann mit den Relais 106 und/oder der PLC 105 über einen Kanal 104 kommunizieren. Der Kanal 104 kann ein Kanal sein, der sich für Kommunikationen auf Geräteebene eignet. Typische Beispiele für derartige Kanäle umfassen 4-Draht-Kommunikationsprotokolle, differentielle serielle Busse, Ferneingabe-/-ausgabebusse oder sonstige geeignete Kommunikationskanäle auf Geräteebene. Außerdem kann der Kommunikationsserver 103, da er unmittelbar mit den Relais 106 und/oder der PLC 105 kommuniziert, die Relais 106 und/oder PLC 105 anweisen, Steuerungsoperationen, wie beispielsweise Aktivierung/Deaktivierung von Motoren 107, Steuerung der Last 108 und/oder andere ähnliche Operationen, durchzuführen.
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Jedoch sollte verstanden werden, dass der Kommunikationsserver 103 Kommunikationen zwischen der Automatisierungsanwendung 101 und Vorrichtungen zur Steuerungsautomatisierung ermöglicht. Folglich können jegliche Belange oder Probleme im Zusammenhang mit dem systemrelevanten Betrieb des Kommunikationsservers 103 zu wesentlicher Stillstandszeit des Prozesses, der gesteuert wird, und/oder einem Ausfall des Automatisierungssystems 100 führen (z. B. wird jede Vorrichtung über den Kommunikationsserver 103 gesteuert). Es sollte ferner erkannt werden, dass ein Stillstand oder Ausfall des Automatisierungssystems 100 eine Verletzung von Fabrikbeschäftigten oder einen deutlichen Verlust an Betriebsleistung zur Folge haben könnte.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine Ausführungsform der Erfindung enthält ein Schutzrelais mit integrierter Kommunikationseinrichtung. Das Schutzrelais kann einen Schutzrelaisabschnitt zur Durchführung von Schutzrelaisoperationen im Zusammenhang mit einer Last, die mit dem Schutzrelais betriebsmäßig verbunden ist, und einen Kommunikationsserverabschnitt zur Durchführung von Kommunikationsoperationen als ein unabhängig arbeitender Kommunikationsserver aufweisen.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung umfassen Automatisierungssysteme, die wenigstens ein Schutzrelais mit integrierten Kommunikationseinrichtungen und wenigstens eine Automatisierungsanwendung enthalten. Das wenigstens eine Schutzrelais kann einen Schutzrelaisabschnitt, um Schutzrelaisoperationen durchzuführen, die mit einer Last verbunden sind, die mit dem Schutzrelais betriebsmäßig zugeordnet ist, und einen Kommunikationsserverabschnitt enthalten, um Kommunikationsoperationen als ein unabhängig arbeitender Kommunikationsserver durchzuführen. Das wenigstens eine Schutzrelais und die wenigstens eine Automatisierungsanwendung können mit einem Netzwerk in betriebsmäßiger Kommunikationsverbindung stehen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den Zeichnungen gleiche Elemente bezeichnen, worin zeigen:
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1 eine schematisierte Darstellung eines beispielhaften Automatisierungssystems;
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2 ein Blockschaltbild einer beispielhaften Automatisierungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 ein detailliertes Schaltbild einer beispielhaften Automatisierungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
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4 eine schematisierte Darstellung eines beispielhaften Automatisierungssystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Detaillierte anschauliche Ausführungsformen sind hierin offenbart. Jedoch sind spezielle funktionelle Details, wie sie hierin offenbart sind, lediglich für die Zwecke der Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen repräsentativ. Beispielhafte Ausführungsformen können jedoch in vielen modifizieren Formen verwirklicht werden und sollten nicht als lediglich auf die hierin angegebenen Ausführungsformen beschränkt aufgefasst werden.
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Während beispielhafte Ausführungsformen verschiedene Modifikationen und alternative Formen aufnehmen können, sind folglich Ausführungsformen von diesen in den Zeichnungen als ein Beispiel dargestellt und im Einzelnen hierin beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass keine Absicht besteht, beispielhafte Ausführungsformen auf die speziellen offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass im Gegenteil beispielhafte Ausführungsformen alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen umfassen sollen, die in den Umfang der beispielhaften Ausführungsformen fallen.
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Es wird verstanden, dass, obwohl die Ausdrücke erste (r, s), zweite (r, s), etc., hierin verwendet werden können, um verschiedene Schritte oder Berechnungen zu beschreiben, diese Schritte oder Berechnungen durch diese Ausdrücke nicht beschränkt sein sollten. Diese Ausdrücke werden lediglich dazu verwendet, einen Schritt oder eine Berechnung von einem bzw. einer anderen zu unterscheiden. Zum Beispiel könnte eine erste Berechnung als eine zweite Berechnung bezeichnet werden, und ähnlich könnte ein zweiter Schritt als ein erster Schritt bezeichnet werden, ohne dass von dem Umfang dieser Offenbarung abgewichen wird. In dem hierin verwendeten Sinne umfassen der Ausdruck „und/oder” und das „/”-Symbol eine beliebige Kombination und alle Kombination von einem oder mehreren der zugehörigen auf geführten Elemente.
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In dem hierin verwendeten Sinne sollen die Singularformen „ein”, „eine” und „der”, „die”, „das” auch die Pluralformen umfassen, sofern der Kontext nicht deutlich was anderes anzeigt. Es ist ferner zu verstehen, dass die Ausdrücke „aufweist”, „aufweisend”, „enthält” und/oder „enthaltend”, wie sie hierin verwendet werden, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch das Vorhandensein oder die Aufnahme eines oder mehrerer sonstiger Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Gruppen von diesen nicht ausschließen. Folglich dient die hierin verwendete Terminologie lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen, und sie soll für die beispielhaften Ausführungsformen nicht beschränkend sein.
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Es sollte ferner beachtet werden, dass in einigen alternativen Realisierungen die erwähnten Funktionen/Handlungen nicht in der in den Figuren erwähnten Reihenfolge auftreten können. Zum Beispiel können zwei als aufeinanderfolgend dargestellte Figuren in der Tat im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder sie können manchmal in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden, abhängig von der/den involvierten Funktionalität/Handlungen.
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Hier nachstehend sind beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen sind Automatisierungsvorrichtungen mit integrierten Kommunikationsservern offenbart. Derartige Vorrichtungen können ohne weiteres in Automatisierungssystemen und anderen nützlichen Anwendungen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, für Motorschutz, Bus-Schutz, Steuerungs- und Übertragungsanwendungen, Differential- und Zeitsteuerungsanwendungen, gerichtete Anwendungen, Stromzuleitungsschutz, Generatorschutz, Netzwerkkommunikationsschutz, Transformatorschutz, Lastdosierung und weitere geeignete Anwendungen, eingesetzt werden. Bezugnehmend auf 2 ist eine Automatisierungsvorrichtung gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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2 zeigt ein Blockschaltbild einer beispielhaften Automatisierungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 2 veranschaulicht, enthält ein Schutzrelais 200 einen Schutz- und/oder Relaisabschnitt 201 und einen Kommunikationsserverabschnitt 202.
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Der Schutzrelaisabschnitt 201 kann beliebige für Schutzoperationen, Relaisoperationen und/oder Dosieroperationen erforderliche Komponenten enthalten. Zum Beispiel kann der Abschnitt 201 Kontaktschalter zur Steuerung einer oder mehrerer Wechselstrom-Phasenleitungen enthalten. In ähnlicher Weise kann der Abschnitt 201 Kontaktschalter zur Steuerung einer oder mehrerer Gleichstromleitungen enthalten. Der Abschnitt 201 kann ferner Relaisspulen zur Steuerung der Kontaktschalter enthalten. Die Relaisspulen können induktive Spulen sein, die ein Schließen und Öffnen der Kontaktschalter ermöglichen. Ferner können die Kontaktschalter eine Schutzkomponente oder Schutzkomponenten, wie beispielsweise einen Überlastkontakt, enthalten, um jede Last an den Kontaktschaltern zu schützen. Demgemäß können Automatisierungsvorrichtungen gemäß beispielhaften Ausführungsformen eine elektromechanische Schutzrelaisfunktion erzielen.
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Alternativ kann der Abschnitt 201 Halbleiterrelaiskomponenten enthalten, die für Schutz- und Relaisoperationen erforderlich sind. Zum Beispiel kann der Abschnitt 201 ein optisch gekoppeltes Lastumschaltmittel enthalten. Das Lastumschaltmittel kann vielfältige Halbleiterkomponenten, einschließlich Fotodioden und Fotovoltaikquellen zur optischen Ankopplung sowie Halbleiterschalter, Gleichrichter, Thyristoren, Transistoren und/oder Feldeffekttransistoren (FETs) zur Lastumschaltung enthalten. Ferner kann das Lastumschaltmittel ein halbleiterbasiertes Überlastschutz-Komponentensystem oder eine sonstige geeignete Schutzeinrichtung enthalten, um eine Last an dem Lastumschaltmittel zu schützen. Folglich können Schutzrelais gemäß beispielhaften Ausführungsformen eine Halbleiter-Schutzrelaisfunktion bereitstellen.
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Alternativ kann der Abschnitt 201 Dosierkomponenten enthalten, die konfiguriert sind, um eine Last in betriebsmäßiger Kommunikationsverbindung mit der Automatisierungsvorrichtung 200 zu überwachen. Zum Beispiel kann der Abschnitt 201 Komponenten enthalten, die zur Abtastung, Berechnung des RMS (quadratischen Mittelwerts), Ausführung von Dosieralgorithmen, etc. konfiguriert sind. Außerdem kann eine beliebige Kombination von Schutzrelaiskomponenten und/oder Dosierkomponenten ferner in dem Abschnitt 201 enthalten sein.
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In Bezug auf den Kommunikationsserverabschnitt 202 kann der Abschnitt 202 die für einen Betrieb als ein Kommunikationsserver erforderlichen Komponenten enthalten. Zum Beispiel kann der Abschnitt 202 eine Schnittstelle der physikalischen Schicht zur Verbindung mit einem Netzwerk oder einem sonstigen Kommunikationskanal enthalten. Die Schnittstelle der physikalischen Schicht kann beliebige anwendbare standardgemäße Netzwerkkomponenten enthalten, um eine Kommunikation über ein Standardmedium zu ermöglichen. Standardmedien können Ethernet, drahtlose Verbindungen oder sonstige geeignete Medien enthalten. Der Abschnitt 202 kann ferner eine Anschlusssteuerschnittstelle enthalten, um Anschlusskommunikationen der Kommunikationsschnittstelle zu steuern. Der Abschnitt 202 kann ferner einen Mikroprozessor und einen Speicher enthalten, um Kommunikationen zu steuern. Alternativ kann der Abschnitt 202 eine Prozessor/Speicher-Schnittstelle enthalten, um mit einem externen Prozessor (d. h. extern in Bezug auf den Abschnitt 202, nicht das Schutzrelais 200) zu kommunizieren, um Kommunikationsübertragungen zu steuern. Somit kann der Kommunikationsserverabschnitt 202 als ein Kommunikationsserver funktionieren. Folglich können Automatisierungsvorrichtungen gemäß beispielhaften Ausführungsformen eingebettete Kommunikationsserver enthalten. Es wird erkannt, dass die eingebetteten Kommunikationsserver als unabhängige Kommunikationsserver dienen können und unmittelbar mit einem Netzwerk oder einer Automatisierungsanwendung kommunizieren können.
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Gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform funktioniert der Kommunikationsserverabschnitt 202 als ein OPC-Server (OLE for Process Control Server (OLE für Prozesssteuerungsserver) oder Object-Linking and Embedding for Process Control Server (Objekt-Verknüpfung und -Einbettung für Prozesssteuerungsserver)). OPC-Spezifikationen basieren auf den OLE-Technologien und definieren einen Standardsatz von Objekten, Schnittstellen und Verfahren zur Verwendung in Prozesssteuerungs- und Fertigungsautomatisierungsanwendungen, um eine Zusammenarbeitsfähigkeit von Komponenten und Anwendungen zu ermöglichen. Die OPC-Server-Technologie ist dazu bestimmt, eine Brücke zwischen computerbasierten Anwendungen, Prozesssteuerungshardware und Softwareanwendungen (z. B. Automatisierungsapplikationen) zu errichten.
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OPC-Server stellen ein Mittel für viele unterschiedliche Softwarepakete bereit, um auf Daten von einer Prozesssteuerungsvorrichtung, wie beispielsweise einer PLC oder sonstigen physikalischen Vorrichtungen, zuzugreifen. OPC-Server-Anwendungen können auf Software basieren und in einen Speicher einer Verarbeitungsvorrichtung (z. B. den Kommunikationsserverabschnitt 202, der einen Speicher enthält) gespeichert werden. Somit kann, falls eine OPC-Server-Anwendung für eine spezielle Vorrichtung geschrieben ist, diese von einer beliebigen Anwendung wieder verwendet werden, die in der Lage ist, als ein OPC-Client zu dienen. Ferner können Basiscomputerkomponenten verwendet werden, um einen OPC-Server zu implementieren. An sich können ein Prozessor, ein Speicher und eine Kommunikationsschnittstelle verwendet werden, um einen OPC-Server gemäß beispielhaften Ausführungsformen zu implementieren. Hier nachstehend sind beispielhafte Kommunikationsabschnitte von Automatisierungsvorrichtungen gemäß beispielhaften Ausführungsformen im Einzelnen beschrieben.
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3 zeigt ein detailliertes Schaltbild einer beispielhaften Automatisierungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 300 enthält einen Schutzabschnitt 301 (z. B. mit Trennkontakten und einem betriebsmäßig verbundenen Öffnungsmechanismus oder einem elektrischen Dosiersystem), einen Kommunikationsabschnitt 302, einen Speicher 303 und einen Mikroprozessor 304. Wie veranschaulicht, ist der Mikroprozessor 304 mit dem Speicher 303 betriebsmäßig verbunden. Somit kann der Mikroprozessor 304 Instruktionen und eine Methodik von/auf dem Speicher 303 abrufen. Der Mikroprozessor 304 kann ein Universalzweckcomputerprozessor sein, oder er kann ein speziell entwickelter Prozessor sein. Ein Universalzweckcomputerprozessor kann eine Verarbeitung universeller Softwareanwendungen ermöglichen, während ein speziell entwickelter Prozessor die Verarbeitung spezieller Softwaremethodiken, wie beispielsweise einer Ladder-Logik oder parallelen Logik, die in einigen Steuerungsanwendungen nützlich sind, ermöglichen kann. Folglich sollten beispielhafte Ausführungsformen nicht auf irgendeine spezielle Prozessorbauart beschränkt werden.
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Wie ferner in 3 veranschaulicht, ist der Mikroprozessor 304 mit dem Schutzabschnitt 301 betriebsmäßig verbunden. Auf diese Weise kann der Mikroprozessor 304 den Schutzabschnitt 301 überwachen und eine Rückmeldung über den Betriebszustand des Schutzabschnitts 301 liefern. Ferner kann der Mikroprozessor 304 den Schutzabschnitt 301 steuern, wodurch eine vollständige Steuerung der Relais- und/oder Dosieroperationen der Vorrichtung 300 ermöglicht wird. Außerdem ist der Mikroprozessor 304 mit dem Kommunikationsabschnitt 302 betriebsmäßig verbunden. Folglich kann der Mikroprozessor 304 eine Programmsteuerung der Kommunikation für die Vorrichtung 300 erzielen. Zum Beispiel kann eine Softwareanwendung als ein OPC-Server-Algorithmus geschrieben sein. Der OPC-Server-Algorithmus kann in dem Speicher 303 gespeichert sein und kann den Mikroprozessor 304 anweisen, Operationen im Einklang mit einem OPC-Server-Betrieb auszuführen. Folglich kann der Mikroprozessor 304 den Kommunikationsabschnitt 302 steuern und den Kommunikationsabschnitt 303 führen, damit er als ein Kommunikationsserver über eine Kommunikationsschnittstelle der physikalen Schicht oder eine sonstige Schnittstelle wirkt. Auf diese Weise ergeben beispielhafte Ausführungsformen, wie vorstehend beschrieben, Automatisierungsvorrichtungen mit einem integrierten Kommunikationsserver.
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4 zeigt ein Schaltbild eines beispielhaften Automatisierungssystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist zu bemerken, dass 4 lediglich eine beispielhafte Implementierung von Vorrichtungen gemäß beispielhaften Ausführungsformen zeigt und nicht im beschränkenden Sinne aufgefasst werden sollte. Zum Beispiel können mehrere oder wenigere Relais/Dosiereinrichtungen enthalten sein, und es können andere Komponenten je nach der speziell benötigten Anwendung weiter aufgenommen werden. Da eine erschöpfende Beschreibung von allen möglichen Anwendungsiterationen beispielhafter Ausführungsformen nicht der Zweck dieser Beschreibung ist, sollte erkannt werden, dass 4 einen Einblick in nur eine einzelne mögliche Implementierung bietet.
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Indem nun auf 4 Bezug genommen wird, enthält das Automatisierungssystem 400 eine Automatisierungsanwendung 401 in betriebsmäßiger Kommunikationsverbindung mit einem Netzwerk 402. Außerdem stehen Automatisierungsvorrichtungen 406 in betriebsmäßiger Kommunikationsverbindung mit dem Netzwerk 402. Die Vorrichtungen 406 können beliebigen der in den 2–3 dargestellten Automatisierungsvorrichtungen im Wesentlichen ähnlich sein und können folglich integrierte Kommunikationsserver aufweisen. Als solche können die Automatisierungsvorrichtungen 406 über die integrierten Kommunikationsserver, z. B. unter Verwendung einer Kommunikationsschnittstelle der physikalischen Schicht, unmittelbar mit der Automatisierungsanwendung 40 kommunizieren. Falls irgendein Kommunikationsserver, der sich an irgendeiner der Automatisierungsvorrichtungen 406 befindet, Betriebsprobleme zeigt, werden nur die durch die spezielle Vorrichtung gesteuerten Komponenten gestört sein, wodurch im Vergleich zu einer herkömmlichen Technologie eine einfachere Störungsbehebung ermöglicht ist. Ferner kann jede fehlerhaft funktionierende Vorrichtung ohne weiteres ersetzt werden, wodurch im Vergleich zu einer herkömmlichen Technologie eine kürzere Stillstandszeit ermöglicht wird. An sich werden Vorteile gegenüber der herkömmlichen Technologie durch eine Betrachtung der 4 ohne weiteres offensichtlich.
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Wie vorstehend beschrieben, ergeben beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Schutzrelais mit integrierten Kommunikationsservern. Während somit nur einige beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist es offensichtlich, dass diese auf verschiedene Arten variiert werden können. Derartige Variationen werden nicht als von dem Rahmen und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abweichend betrachtet, so dass all derartige Modifikationen in dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen angegeben, enthalten sein sollen.
