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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Segment für ein zweidrahtiges, kombiniert verbundenes Energie- und Datennetzsystem, das eine Fehlerschutzeinrichtung mit einem verbesserten Nachweisalgorithmus für den Fehlerzustand aufweist, das im Besonderen insbesondere – aber nicht ausschließlich – als ein IEC 61158 Feldbusnetzwerk-Segment zum Einsatz kommt. Die vorliegende Erfindung umfasst zudem eine solche Fehlerschutzeinrichtung als Isolationsmittel sowie ein Verfahren, mit dem sie zur Anwendung kommt.
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Feldbus ist der Begriff für eine ganze Familie betriebsbedingter Computer-Netzwerk-Protokolle, die für eine verteilte Steuerregelung in Echtzeit verwendet werden und nun in der IEC 61158-Norm weltweit standardisiert sind. Ein komplex automatisiertes Betriebssystem, zum Beispiel für eine Kraftstoff-Raffinerie, benötigt zum Funktionieren in der Regel eine Organisationshierarchie in den Steuerungseinrichtungen. In dessen Hierarchie gibt es an oberster Stelle eine Anwenderschnittstelle (HMI = Human Machine Interface), über die ein Anwender das System überwachen oder betreiben kann. Diese Schnittstelle ist normalerweise über ein nicht-zeitkritisches Kommunikationssystem (beispielsweise Ethernet) mit einer mittleren Übertragungsschicht speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) verknüpft. Am unteren Ende der Steuerungskette befindet sich der Feldbus, der die speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) mit den Komponenten verbindet, die die eigentliche Arbeit tun, wie Sensoren, Stellglieder, Elektromotoren, Konsolenleuchten, Schalter, Ventile und Schaltschützen. Der Feldbus ist ein zweidrahtiges, kombiniert verbundenes Energie- und Datennetz mit einem oder mehreren Segmenten, wovon jedes eine Hauptleitung mit einer Reihe von Abzweigleitungen umfasst, die an dieser angeschlossen sind. Das Netzwerk stellt sowohl Energie als auch Übertragungskommunikation an die Feldkomponenten auf den Abzweigleitungen bereit.
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Die verschiedenen Komponenten des Systems kommunizieren untereinander, indem sie das IEC 61158-2 Feldbuskommunikationsprotokoll anwenden, das ein Manchester-Kodiersystem ist. Die Datentelegramme werden entweder auf dezidiert zugeordneten Kommunikationsschaltungen oder auf denselben elektrischen Schaltkreisen wie die Energieversorgung zur Aktivierung der Feldinstrumente übertragen. Die Datentelegramme dienen zur Steuerung und zur Überwachung sowie zum Diagnostizieren der sich im Einsatz befindlichen Feldinstrumente.
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Das IEC 61158-2 Feldbuskommunikationsprotokoll zusammen mit anderen, ähnlichen Datenübertragungssystemen, wie DSL, Ethernet, HART usw. und solche, die das IEC 61158-2 Feldbusprotokoll möglicherweise noch ersetzen werden, umfassen einen Satz diskreter, physikalischer Schichtgrenzwerte innerhalb denen die Kommunikationssignale, und die Hardware, die als Hostrechner für diese fungiert, operieren. Die diesbezüglichen physikalischen Schichtgrenzwerte weisen Signalanzeigenaspekte auf, welche die Datenform und die Zeitregeln beinhalten. Die Kommunikationsübertragungen über den IEC 61158-2 Feldbus ermöglichen Wiederholungsversuche, sollte ein bestimmtes Datentelegramm von einer Einrichtung als Resultat eines Fehlers fehlschlagen, der irgendwo auf dem Segment aufgetreten ist. Ein typisches Betriebssystem ist so konfiguriert, dass eine bestimmte Anzahl von Wiederholungsversuchen zugelassen wird, bis ein Fehlerstatus ermittelt worden ist, wonach die Übertragung einer Einrichtung aussetzt. Die von der Einrichtung unterstützte Abzweigleitung wird anschließend von der Stromquelle solange getrennt bzw. isoliert, bis sie inspiziert worden ist. Wenn die Einrichtung zum Senden eines Datentelegramms in jeder Sekunde während eines Routineübertragungszyklus für einen Abschnitt konfiguriert ist, der auf einem bestimmten Segment mit allen anderen Einrichtungen gemeinsam zur Anwendung kommt, und wenn das Betriebssystem installiert ist, fünf Wiederholungsversuche zu ermöglichen, dann hört, wenn ein Fehler die Datentelegramme länger als fünf Sekunden anhaltend unterbricht, die Kommunikationsübertragung auf, was für das System einen Einrichtungsverlust bewirkt. Abhängend von der Anzahl der Feldinstrumente in dem Segment und der Anzahl der Wiederholungsversuche kann die vorgenannte Zeitperiode auch länger oder viel kürzer sein. Falls ein Segment nur eine einzige Abzweigleitung besitzt, kann dessen Einrichtung ein Datentelegramm einmal pro Zehntelsekunde zur Eingabe auffordern, wobei in diesem Fall ein über eine halbe Sekunde anhaltender Fehler zu einem Kommunikationsübertragungsausfall führt.
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Ein Feldbus kommt häufig in eigensicheren Umgebungen zur Anwendung, wie beispielsweise in leicht entzündlichen Atmosphären, und insbesondere in der Gaseinstufungsklassifizierung IIC – Wasserstoff und Azetylen – und unter anderem beispielsweise für die Gasgruppen IIB und IIA im Hinblick auf Gas und/oder Staub. In einem typischen zweidrahtigen, kombiniert verbundenen Energie- und Kommunikationsschaltkreis gibt es eine Energieversorgung, eine Eigensicherheitsbarriere jedes beliebigen Typs, eine in die Feldeinrichtung führende Hauptleitung und eine Reihe von Gerätekopplern mit an diesen angeschlossenen Abzweigleitungen, in denen die Feldinstrumente angebracht sind. Die Hauptleitung und die Abzweigleitungen bilden zusammen ein Segment (eine Gruppe). Durch die Eigensicherheitsbarriere wird der Schaltkreis in einen eigensicheren und einen nichteigensicheren Bereich unterteilt. Die Energieversorgung, die SPS und andere Einrichtungen, wie beispielsweise physikalische Schicht-Diagnosemodule, welche die physikalischen Schichtattribute eines elektrischen Schaltkreises und der Netzwerk-Hardware messen, – und zum Teil die anzuwendenden, physikalischen Software-Programme bzw. Protokolle – befinden sich in dem nichteigensicheren Bereich des Schaltkreises, d. h. normalerweise in einem Kontrollraum. Die Hauptleitung, die Gerätekoppler, die Abzweigleitungen und die Feldinstrumente befinden sich in dem eigensicheren Abschnitt, d. h. gesondert zum Feldbereich.
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Eine Eigensicherheit kann auf vielerlei bekannte Art und Weisen erzielt werden, und zwar von der einfachen Begrenzung der Energie, so dass offene Stromkreise oder Kurzschlüsse keine entzündlichen Lichtbögen ausbilden, bis hin zur Anwendung aktiver Überwachungs- und Isolationssysteme, die höhere Strompegel erlauben und so funktionieren, dass die Energieversorgung bei offenen Stromkreisen oder Kurzschlüssen getrennt wird, um entzündliche Lichtbögen zu verhindern.
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Darüber hinaus ist es auch üblich, in den aktiven Gerätekopplern eine strombegrenzende Schutzelektronik einzusetzen, die so funktioniert, dass entweder der Strom in einer bestimmten Abzweigleitung isoliert oder begrenzt wird, falls in dieser ein Kurzschluss entstanden ist. Die derzeitigen Strombegrenzungseinrichtungen, wie die zuvor erwähnten, umfassen eine Halbleiter-Bauelementereihe und eine Stromfühler-/Treiberschaltung. Diese Schaltung überwacht den Strom in der Abzweigleitung und falls er einen Auslösepegel bzw. einen Unterbrechungs-/Abschaltpegel – als Ergebnis eines in einer Abzweigleitung auftretender Kurzschlusses – erreicht hat, wird ein Halbleiter zugeschaltet, um den Strom zu begrenzen und um zu verhindern, dass sich der Fehler auf das übrige Segment auswirken kann. Der Schaltkreis funktioniert entweder rechteckig und steigt auf eine hohe Impedanzkapazität an, um den Strom in dessen Auslösepegel zu begrenzen und hält ihn dort für eine bestimmte Zeitperiode an oder er funktioniert in einem Rücklaufmodus und begrenzt den Strom auf einer niederohmigen Stufe, wodurch die Abzweigleitung vom übrigen Segment effektiv getrennt wird. Derartige Betriebsaktionen verhindern selbstverständlich, dass von der Einrichtung in der Abzweigleitung irgendein Datentelegramm gesendet werden kann.
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Kurzschlüsse in Abzweigleitungen können beispielsweise auftreten, wenn es einen versehentlichen, ungewollten Leitungsaufbau gibt, oder wenn eine Einrichtung selbst in einen Kurzschlusszustand gerät, der aufgrund eines elektronischen Komponentenausfalls oder vielleicht sogar aufgrund einer Beflutung des Gerätegehäuses herbeigeführt wurde. Die Strombegrenzungselektronik verhindert jene Ausfälle, die von Kurzschlüssen in der Hauptleitung herstammen. Es können aber auch Kurzschlüsse beim Unterbrechen einer Einrichtung auftreten, oder wenn Fehler während einer planmäßigen Instandhaltung und Kalibrierung passieren, so dass die Strombegrenzungselektronik als Schutzvorrichtung funktioniert und dennoch erlaubt, auf einer aktivierten Abzweigleitung eine planmäßige Routinefunktion auszuführen, ohne dass andere Teile des Schaltkreises gefährdet sind. Die derzeitige Produktpalette für zweidrahtige IEC-61158 Feldbus-Abzweigleitungen mit einem elektronischen Strombegrenzungsschutz im Inneren der aktiven Gerätekoppler umfasst Instrumente für den Segmentschutz (RTM) und für die Abzweigleitungsüberwachung (RTM). Diese spezifischen Strombegrenzungseinrichtungen sind in deren Betriebsausführung etwas eingeschränkt, da sie nur einen Schutz bei niederohmigen Gleichstromfehlern vorsehen. Daher offenbart die gleichzeitig anhängige Patentanmeldung
WO 2011148127 des Patentanmelders eine weiter entwickelte, verbesserte Einrichtung, die eine viel größere Anzahl von Fehlern in den physikalischen Schichten überwachen kann, und sobald diese erfasst worden sind, wendet sie einen absichtlichen Nebenschlusskurzschluss [Freischaltung] für die betreffende Abzweigleitung an. Auf diese Weise wird der Strombegrenzer zu einer Aktion gezwungen, diesen konstruierten ”Fehler” zu beheben, so dass er sich nicht mehr passiv verhält.
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Die Datenübertragung in der Abzweigleitung wird natürlich aufgrund dieser Strombegrenzer mit dieser Art der Fehlerbehebung unterbrochen. Ein Kurzschluss in einer Abzweigleitung beispielsweise verhindert, dass ein Datentelegramm von einer Einrichtung erfolgreich weitergeleitet werden kann. Aber eigentlich kann eine derartige, kurz anhaltende Störungsdauer von einem Wiederholungsmechanismus für ein Datentelegramm eines Feldbusses bewerkstelligt werden, da, falls dieser vor dem Ende des Wiederholungszyklus alles bereinigt hat, ein Datentelegramm erfolgreich weitergeleitet werden kann. Der Wiederholungsmechanismus kann außerdem intermittierend auftretende Fehler bis zu einem gewissen Punkt unter der Voraussetzung versorgen, dass sie nicht in zu schneller Abfolge während der Dauer des Wiederholungsmechanismus auftreten, weil dann jeder Versuch zum Weiterleiten eines Datentelegramms unterbrochen würde. Falls jedoch eine Schutzelektronik in der Abzweigleitung zur Anwendung kommt, wird diese einfach abgetrennt, wenn ein Fehler ermittelt worden ist, wobei dies zweifellos verhindert, dass eine erfolgreiche Datenkommunikationsübertragung stattfindet. In der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung
WO 2011148127 des Patentanmelders ist eine solche Einrichtung ein spezielles Thema, weil sie auch einen absichtlichen Kurzschluss als Reaktion auf anderweitig mögliche, datenlose Unterbrechungsfehler erzeugt, was zweifellos viel häufiger zu einer vollständigen oder teilweisen Isolierung der Abzweigleitung führt und erfolgreiche Datenübertragungen verhindert.
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Anwendung eines verbesserten Mechanismus zum Erfassen und Behandlung von intermittierend oder anhaltend auftretenden Fehlern, die eine Datenübertragung eigentlich nicht unterbrechen würden, der im Besonderen mit einer Fehlerschutzschaltung zum Einsatz kommt, wie sie in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung
WO 2011148127 des Patentanmelders beschrieben ist, aber auch mit jedem beliebigen Typ einer Fehlerschutzeinrichtung zum Einsatz in einer Abzweigleitung eines zweidrahtigen, kombiniert verbundenen Energie- und Datennetzsystems für eine Automatisierung. Im Besonderen ist die vorliegende Erfindung auf das Verhindern bestimmter, intermittierend oder anhaltend auftretender Fehler auf einer solchen Abzweigleitung ausgerichtet, die nicht zwangsläufig zum Unterbrechen von Datenübertragungen und definitiven Isolieren führen.
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Daher umfasst gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Segment in einem zweidrahtigen, kombiniert verbundenen Energie- und Datennetzsystem für eine Automatisierung eine Hauptleitung, eine auf dieser angebrachte Abzweigleitung und eine Fehlerschutzeinrichtung, in dem die Fehlerschutzeinrichtung eine Steuereinheit aufweist, die zum Überwachen des Stroms in der Abzweigleitung ausgelegt ist, und Isolationseinrichtungen, die konzipiert sind, nach den Empfang eines Aktivierungssignals aus der Steuereinheit eine Abzweigleitung von der Hauptleitung vollständig oder teilweise zu trennen, in dem die Steuereinheit einen Nachweisalgorithmus für den Fehlerzustand umfasst, der einen periodischen Fehlerzähler während eines Zeitschritts und eines Störungsdauerschrittes aufweist, in dem der periodische Fehlerzähler während eines Zeitschritts, wenn eine vordefinierte Anzahl von separaten Fehlern über eine erste vordefinierte Zeitperiode erfasst wird, dementsprechend vorgeht, in dem das Kriterium des Fehlerstörungsdauerschrittes erfüllt wird, wenn ein Fehler erfasst wurde, der länger als eine zweite vordefinierte Zeitperiode anhält, und in der die Steuereinheit nach dem Ermitteln eines Fehlerzustands in der betreffenden Abzweigleitung ein Aktivierungssignal ausgibt, welches dem Kriterium des periodischen Fehlerzählers während eines Zeitschritts und/oder des Störungsdauerschritts für einen Algorithmus entspricht.
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Daher umfasst die Fehlerschutzeinrichtung des Segments gemäß der vorliegenden Erfindung zwei vorteilhafte Merkmale. Das erste Merkmal besteht darin, dass die Fehlerschutzeinrichtung nur einen Abhilfeisoliervorgang initiiert, wenn eine vordefinierte Anzahl intermittierender Fehler über einen vordefinierten Zeitrahmen auftritt, und zwar in Übereinstimmung mit dem Fehlerzähler während eines Zeitschritts des Nachweisalgorithmus für den Fehlerzustand, wohingegen sie konsequenterweise keinen Abhilfeisoliervorgang einleitet, wenn eine vordefinierte Anzahl intermittierender Fehlerereignisse, die während eines vordefinierten Zeitrahmens auftreten, kleiner ist. Das heißt, dass jene intermittierend auftretenden Fehler in der Abzweigleitung, welche sich eigentlich nicht störend auf die Datenübertragung auswirken, ignoriert werden, wobei als Konsequenz eine Isolierung der Abzweigleitung und eine Aufhebung der Datenübertragung in der Einrichtung vermieden werden. Solche Fehler werden aufgrund der Wiederholungskonfigurationen für ein Datentelegramm berücksichtigt, wie sie anhand von Protokollen, wie beispielsweise gemäß dem IEC61158-2 Feldbusprotokoll, zur Anwendung kommen. Wenn zum Beispiel ein Wiederholungszyklus aus fünf erneuten Wiederholungsversuchen 2,5 Sekunden lang besteht, dann kann innerhalb einer 1,5 Sekundenperiode eine Vielzahl intermittierender Kurzschlussereignisse ignoriert werden, wenn er in mindestens einer Sekundenperiodenhälfte erlaubt, innerhalb dieser Periode die Datentelegrammsignale erfolgreich zu senden. Die Fehler werden nicht dahingehend ignoriert, dass keine Aktion ausgeführt wird – da der Strom in der fehlerhaften Abzweigleitung bis zu einem oberen Pegel immer noch begrenzt wird –, sondern rein aufgrund der Tatsache, dass dieser den Grenzwert erreichende Strom keine Aktion zum Isolieren der Abzweigleitung einleitet.
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Demzufolge kann diese Steuereinheit durch das Anwenden eines Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus über die Beschaffenheit des erfassten Stroms innerhalb eines sehr kurzen Zeitrahmens eine Entscheidung treffen und – im Besonderen – innerhalb der Dauer des Wiederholungsmechanismus. Die Steuereinheit entscheidet dann, welche Aktion im Hinblick auf die Verbindung der Abzweigleitung vorzunehmen ist und insbesondere, ob sie von deren Hauptleitung isoliert werden soll oder nicht.
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Der zweite Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Fehlerschutzeinrichtung nur dann einen Abhilfeisoliervorgang einleitet, wenn die Störungsdauer eine vordefinierte Länge in Übereinstimmung mit dem Störungsdauerschritt des Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus aufweist, wohingegen die Einrichtung konsequenterweise keinen Abhilfeisoliervorgang initiiert, wenn die Störungsdauer unter der diesbezüglich vordefinierten Länge liegt. Das heißt, dass jene Fehler in der Abzweigleitung ignoriert werden, die zu kurz andauern, als dass sie sich auf die Datenübertragung störend auswirken, womit als Konsequenz ein Isolieren der Abzweigleitung und ein Aufheben der Datenübertragung in der Einrichtung vermieden werden. Wiederum können solche Fehler in den Wiederholungskonfigurationen eines Datentelegramms berücksichtigt werden, wie sie anhand von Protokollen, wie beispielsweise gemäß dem IEC 61158-2 Feldbusprotokoll, anwendbar sind. Wenn ein Wiederholungszyklus aus fünf erneuten Versuchen länger als eine 2,5 Sekundenperiode besteht, dann kann ein einzelnes Kurzschlussereignis mit einer Dauer von weniger als 1,5 Sekunden ignoriert werden, weil mindestens eine Sekundenperiodenhälfte am Beginn oder am Ende der 2,5 Sekundendauer des Wiederholungsmechanismus es erlaubt, dass innerhalb dieser die Datentelegrammsignale erfolgreich gesendet werden können.
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Daher stellt die vorliegende Erfindung eine Einrichtung bereit, die während eines spezifizierten, verbleibenden Strommessbereichs korrekt funktioniert, falls eine Abweichung entsteht, die von Dingen wie Kontaktklappern oder einer intermittierenden Verbindung herrührt (zum Beispiel Kontaktherstellen untereinander oder Kontaktabbrechen, oder kurzzeitig ungewollte Relaiskontakttrennungen bzw. Kontaktprellen usw.), was bei den bisher bekannten Konfigurationen zu einem auszuführenden Isoliervorgang in der Abzweigleitung führen würde. Eine einzige Kontaktunterbrechung kann sich auf viele Telegramme in einer Einrichtung auswirken, aber wenn diese Unterbrechung über einen Zeitrahmen geschieht, der weitaus länger als der Makrozyklus andauert, vielleicht eine Stunde, dann wird die Übertragung in der Einrichtung fortgesetzt, wodurch sie nicht abgeschaltet oder auf Standby gesetzt wird (was zu einem Verlust der automatischen Steuerung führen würde). Jedoch Ereignisse, die speziell außerhalb den Grenzwerten eines Feldbusbetriebs stattfinden, wie zum Beispiel anhaltende Kurzschlüsse oder Energieausfälle oder intermittierend auftretende Fehler, die länger anhalten, als der operierende Wiederholungsmechanismus beansprucht, bewirken, dass die Abzweigleitung isoliert wird und derartige Fehler auch andere Einrichtungen in dem Segment beeinflussen, anstatt gerade dies zu verhindern. Intermittierend verbindende, kurzschlussbehaftete Einrichtungen wirken sich auf die Telegramme aller anderen beteiligten Einrichtungen des gleichen Segments aus, so dass ein Isolieren von einer ineffektiven Einrichtung kritisch werden kann, einen automatischen Betrieb für das ganze Segment aufrechtzuerhalten.
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Auch wenn die Erfindung nur durch eine Hauptleitung und eine Abzweigleitung definierend beschrieben ist, versteht sich, dass in der Betriebspraxis eine beliebige Hauptleitung sehr wahrscheinlich eine Vielzahl von Abzweigleitungen aufweisen kann, wobei in diesem Fall jede einzelne Abzweigleitung mit einer Fehlerschutzeinrichtung, wie hierin beschrieben, bereitgestellt sein kann, welche untereinander eine konzertierte Funktion erlauben, um das Segment vor Fehlerausfällen zu schützen, die in einer der Abzweigleitungen auftreten. Selbstverständlich wäre es auch möglich, die Erfindung in Relation zu einer oder nur zu einigen der Abzweigleitungen in einem Segment einzurichten, aber dies wäre weniger optimal.
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Positiv zu bewerten ist die Tatsache, dass der Fehlerzähler während eines Zeitschritts und des Störungsdauerschritts des Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus entsprechend einer gewünschten Beschaffenheit ausgeführt werden kann, wie beispielsweise ein allgemein gültiger Zustand einer akzeptierbaren Fehlerhaftigkeit oder Eigensicherheitsgrenze. Jedoch wie vorstehend erläutert, werden diese Schritte vorzugsweise in Bezug auf einen Wiederholungsmechanismus für ein Datentelegramm definiert. Daher umfasst in einer bevorzugten, erfindungsgemäßen Ausführungsform das Segment ein oder mehrere Feldeinrichtungen zum Senden von Datentelegrammen, wobei das Netzwerkbetriebssystem mit einem Wiederholungsmechanismus für ein Datentelegramm konfiguriert ist, der zum wiederholten Senden eines fehlgeschlagenen Datentelegramms in einer vordefinierten Anzahl von Zeitperioden adaptiert wird, und wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass der periodische Fehlerzähler während eines Zeitschritts für den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus dem Kriterium entspricht, wenn eine vordefinierte Anzahl von intermittierenden Fehlern über eine erste Zeitperiode erfasst wurde, die einer bestimmten Zeitdauer entspricht oder darunter liegt, die für die Komplettierung des Wiederholungsmechanismus eines Datentelegramms beansprucht wird.
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Daher kann die Anzahl der erlaubten, intermittierenden Fehlerereignisse eine vordefinierte Anzahl innerhalb dieser Zeitperiode sein, die beansprucht wird, um den Datentelegramm-Wiederholungsmechanismus durchzuführen. Es versteht sich, dass die Zeitdauer segmentspezifisch ist, da sie von der Anzahl der Feldeinrichtungen abhängt, die an das Segment angeschlossen sind, aber sie hängt auch von der Anzahl der Wiederholungsversuche ab, wie sie im Netzwerk-Betriebssystem installiert sind. Dieses kann mit ein paar wenigen als einzelnem Wiederholungsversuch, oder mit fünf oder noch mehr Versuchen installiert werden. In der Betriebspraxis wurde festgestellt, dass ein Zähler mit vier intermittierenden Fehlerereignissen während der Dauer eines Wiederholungsmechanismus korrekte Datenübertragungen verhindern, aber ein Zähler mit bis zu drei Fehlerereignissen dies nicht verhindert.
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Um den Fehlerzähler in einer vordefinierten Zeitgrenze aufrechtzuerhalten und um einen Abhilfeisoliervorgang zu verhindern, der einfach nur aufgrund der Beschaffenheit des Fehlerzählers ausgeführt würde, der die Grenze während eines Zeitrahmens erreicht hat, ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass jeder intermittierende Fehler, der während des periodischen Fehlerzählers über einen Zeitschritt im Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus gezählt wurde, zu dem periodischen Fehlerzähler eine Zeitperiode lang hinzugezählt wird, die einer ersten Dauer entspricht. Mit anderen Worten, der Fehlerzähler ist ein roulierender Fehlerzähler über einen Zeitschritt lang, und eine erste Zeitperiodendauer (die der Dauer des Wiederholungsmechanismus entspricht oder darunter liegt) beginnt mit jedem erfassten, intermittierend auftretenden Fehler.
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Das heißt mit noch anderen Worten, der Fehlerzähler kann jedes Mal um einen Zähler inkrementierend verringert werden, wenn eine vorgegebene Zeitperiode verstrichen ist. Sollte insbesondere ein Zähler von drei Fehlern länger als die vorgegebene Zeitperiode unverändert bleiben bzw. statisch anhalten, verringert die Steuereinheit den Fehlerzähler um Eins und setzt diesen Vorgang solange fort, bis der Fehlerzähler auf Null reduziert worden ist.
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In Bezug auf den Störungsdauerschritt des Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus könnte dieser Schritt auch für weitere, gewünschte Beschaffenheiten definiert werden, wie beispielsweise für einen allgemein gültigen Zustand, eine nicht akzeptierbare Fehlerhaftigkeit oder einen Verstoß gegen einen protokollarisch bestimmten, physikalischen Schichtgrenzwert oder gegen einen Eigensicherheitsgrenzwert. Zum Beispiel wird ein Kurzschluss mit einer anhaltenden Dauer von zwei Sekunden nicht zugelassen, wobei in diesem Fall dem Kriterium für den Störungsdauerschritt entsprochen werden könnte, wenn ein Fehler mit einer solchen Dauer erfasst würde. Jedoch in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass der Störungsdauerschritt für den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus dem Kriterium entspricht, wenn der Fehler innerhalb einer zweiten Dauer erfasst wird, die mit einer Zeitlänge übereinstimmt oder darunter liegt, welche für die Komplettierung des Wiederholungsmechanismus eines Datentelegramms beansprucht wird. Das heißt, wenn ein Fehler über eine Zeitlänge kontinuierlich anhält, die mit der Länge des Wiederholungsmechanismus übereinstimmt, würde dies einen kompletten Datenübertragungsausfall von jeder Einrichtung in dem Segment bewirken, so dass deshalb ein Abhilfeisoliervorgang zum Trennen der problematischen Abzweigleitung durchgeführt würde, um zu erlauben, dass zumindest alle übrigen Einrichtungen ihre Funktion fortsetzen können. Wie vorstehend erwähnt, kann die zweite Zeitperiode kürzer als die Dauer des Wiederholungsmechanismus sein, und im Besonderen eine Länge aufweisen, die einfach ausreicht, Datenübertragungen in einer oder in mehreren Einrichtungen auf dem Segment zu unterbrechen. Falls zum Beispiel der Wiederholungsmechanismus 2,5 Sekunden beansprucht, kann ein Fehler von 2 Sekunden oder mehr immer noch ausreichend sein, alle fünf Wiederholungsversuche für ein oder mehrere Feldeinrichtungen in dem Segment zu unterbrechen. Demzufolge wird für ein solches Ausführungsbeispiel eine zweite Zeitperiode mit zwei Sekunden installiert.
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Ein weiterer Vorteil wird erzielt, wenn Fehler eine Zeitperiode lang – von einem vorgegebenen Punkt aus – ignoriert werden können, zum Beispiel von einem Kontaktpunkt aus, an dem eine Einrichtung an eine Abzweigleitung hinzugefügt oder von dieser getrennt wird. Dies geschieht in den ersten 20 Millisekunden – oder aber später – nachdem bei einem solchen Ereignis in einer Abzweigleitung der Strom einen Pegel erreicht hat, der deutlich auf Fehler hinweist. Daher umfasst bevorzugt der Nachweisalgorithmus für den Fehlerzustand des Weiteren einen nachgeordneten Einrichtungsanschluss bzw. einen Unterbrechungsschritt für eine Totzonendauer, während der die Steuereinheit konfiguriert wird, kein Aktivierungssignal nach dem Nachweis eines Fehlerzustands in der betreffenden Abzweigleitung auszugeben, welches dem Kriterium des periodischen Fehlerzählers während eines Zeitschritts und/oder des Störungsdauerschritts für den Algorithmus entspricht. Um diesen Zustand zu erreichen, muss die Steuereinheit in der Lage sein, ein Ereignis, wie eine Einrichtungsverbindung oder Einrichtungsunterbrechung, zu erkennen. Um dies wiederum zu erzielen, ist die Steuereinheit zum Identifizieren konfiguriert, ob eine Abzweigleitung inaktiv ist, wenn über einen verlängerten Zeitrahmen substantiell kein Strom zugeführt wurde, und um anschließend festzustellen, dass eine bestimmte Art des Übergangs auf einen normalen Betriebsstrom – oder darüber – eine Einrichtungsverbindung ausbildet, und daher das Anwenden eines Totzonendauerschritts erforderlich ist. Ebenso kann die Steuereinheit so konfiguriert sein, um festzustellen, dass eine bestimmte Übergangsart von einem normalen Betriebsstrom bis zu keiner wesentlichen Stromzufuhr eine Einrichtungsunterbrechung herbeigeführt hat und daher das Anwenden eines Totzonendauerschritts erforderlich ist. Der Energieanstieg oder Energieabfall in einer Abzweigleitung – wenn eine Einrichtung verbunden oder unterbrochen wird – kann in Bezug auf die vorstehende Beschreibung mit der spezifischen Art von Übergängen differenziert werden, da sie bestimmte, unterscheidbare Charakteristiken aufweisen, mit denen dann die Steuereinheit konfiguriert werden kann, um die allgemein bekannten Funktionswege zu realisieren.
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Im Hinblick auf die Fehler, die erfasst werden und die zu dem Fehlerzähler während eines Zeitschritts und zu den Fehlerstörungsschritten für den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus beitragen, können alle möglichen Arten von erfassbaren Fehlern beinhalten, die eine Auswirkung auf eine Abzweigleitung oder Einrichtung in einem zweidrahtigen, kombiniert verbundenen Energie- und Datennetzsystem für eine Automatisierung haben und sie beinhalten auch Veränderungen in den zu messenden, physikalischen Schichtattributen. Bevorzugt ist jedoch die Steuereinheit ausgerichtet, um den Strom in der Abzweigleitung zu überwachen und die Fehler in den Stromübergängen zu unterscheiden. Daher ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass ein intermittierender Fehler in dem periodischen Fehlerzähler während eines Zeitschritts für den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus gezählt wird, wann immer die Steuereinheit erfasst, dass der Strom in den betreffenden Abzweigleitungen von einem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich, einem normalen Betriebsstrombereich oder von einer oberen Stromgrenze zu einem anderen, einrichtungslos hinzugefügten Strombereich, normalen Betriebsstrombereich oder oberen Stromgrenze übergeht. Dieses Verfahren ist einfach und zweckmäßig, um zu erkennen, dass eine Abzweigleitung entweder einen Kurzschluss aufweist oder abgeschaltet wurde, oder im Besonderen einen intermittierend auftretenden Kurzschluss oder eine Unterbrechung umfasst. Die obere Stromgrenze kann ein Strompegel sein, über den die Abzweigleitung aufgrund eines allgemein bekannten Strombegrenzungssystems, das zum Einsatz kommt, nicht steigen kann, das den Strom begrenzt, wann immer ein bestimmter Pegel erreicht wird. Derartige Strombegrenzer sind allgemein bekannt, wobei sämtliche Abzweigleitungen in zweidrahtigen, kombiniert verbundenen Energie- und Datennetzsystemen für eine Automatisierung mit einem solchen ausgestattet sind.
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Diese drei vorgenannten Strombereiche definieren im Wesentlichen die Schwellenwerte für den normalen Betriebsstrompegel in der Abzweigleitung (der höhere ”Bereich” ist einfach einer, der höher als die obere Stromgrenze ist und daher den Strom in der Abzweigleitung bis zum oberen Stromgrenzwert ansteigen lässt). Sobald der Strompegel den normalen Betriebsstrombereich verlässt und entweder in den einrichtungslos hinzugefügten Strombereich eintritt oder die obere Stromgrenze erreicht, wird gegen diese definierten Schwellenwerte verstoßen. Es versteht sich, dass was einen normalen Betriebsstrompegel oder tatsächlich einen einrichtungslos hinzugefügten Strombereich oder die obere Stromgrenze ausbildet, eine Zeitlang aufgrund von verschieden möglichen, externen Einflüssen schwankend sein kann. Daher können in einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung die drei Strombereiche während eines Zeitschritts gemäß den bekannt gewordenen Beschaffenheiten adaptiert werden. (Hinzu kommt, dass die Steuereinheit so konfiguriert werden kann, dass intermittierende Fehler während eines Zeitschritts und/oder während des Störungsdauerschritts für den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus angepasst werden, so dass Schwankungen in den Datenübertragungen des Segments und insbesondere die Dauer des Wiederholungsmechanismus adaptiert werden, welches durch äußere Einflüsse verursacht wurde, die damit berücksichtigt werden).
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Mit dem Einrichten dieser drei Strombereiche wird offensichtlich, dass es zwischen diesen sechs mögliche Übergänge geben kann. Demzufolge ist die Steuereinheit zum Erkennen einer jeden Übergangsart zu konfigurieren, um unterschiedlich auf diese reagieren zu können, wie noch nachstehend näher beschrieben wird.
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Geeignete Strommessbereiche in Bezug auf zweidrahtige, kombiniert verbundene Energie- und Datennetzsysteme für eine Automatisierung sind beispielsweise: ein einrichtungslos hinzugefügter Strombereich: 0–5 mA, ein normaler Betriebsstrombereich: 6–40 mA, eine obere Stromgrenze: 41–50 mA. Selbstverständlich hängen diese Strombereiche von der zum Einsatz kommenden Hardware ab, von deren Messgenauigkeit und von der in der Abzweigleitung zur Verfügung stehenden Energieleistung. Mit einer leichten Abänderung in den Strombereichen entstehen zwischen diesen Abstände, was erlaubt, sie sauber auseinander zu halten und entsprechend leichter zu ermitteln. In einer solchen Konfigurationsanordnung können die Stromessbereiche folgende sein: ein einrichtungslos hinzugefügter Strombereich: 0–2 mA, ein normaler Betriebsstrombereich: 6–45 mA, eine obere Stromgrenze: > 50 mA.
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Bei Anwendung von diesen drei Strombereichen wird offensichtlich, wie die Totzonendauer ausgeführt werden kann. Im Besonderen ist die Steuereinheit konfiguriert, um den Zuweisungsanhang einer Einrichtung zu bestimmen, wenn sie erfasst, dass der Strom in den Abzweigleitungen von einem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich auf den normalen Betriebsstrombereich oder auf die obere Stromgrenze nach einer vordefinierten, einrichtungslos hinzugefügten Strombereichsdauer übergeht. Des Weiteren ist die Steuereinheit konfiguriert, um die Unterbrechung einer Einrichtung zu ermitteln, wenn sie erfasst, dass der Strom in den Abzweigleitungen von einem normalen Betriebsstrombereich auf einen einrichtungslos hinzugefügten Strombereich übergeht. Wie vorstehend beschrieben, kann auch hier die Übergangsfunktionsweise, die für den Energieanstieg oder -abfall in der Einrichtung indikativ ist, angewendet werden, um diese Ereignisse von den tatsächlichen Fehlern zu unterscheiden, wie zum Beispiel eine intermittierend auftretende Unterbrechung in der Abzweigleitung während einer Energiezufuhr.
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Positiv zu bewerten ist die Tatsache, dass bei der vorstehend beschriebenen Konfigurationsanordnung für das Ermitteln von Übergängen zwischen den drei Strombereichen, die Steuereinheit zum Erkennen des Unterschieds zwischen positiven und negativen Übergängen konfiguriert werden und demzufolge unterschiedlich auf diese reagieren kann. Ein intermittierender Kurzschluss beispielsweise beinhaltet einen positiv ansteigenden Übergang vom normalen Betriebsstrombereich bis zur oberen Stromgrenze, gefolgt von einem negativ abfallenden Übergangsrücklauf zum normalen Betriebsstrom. Die Steuereinheit wird so konfiguriert, um eine derartige Sequenz von Übergängen als einzeln zu zählenden Fehler zu erkennen, und nicht als zwei. Sollte jedoch der Stromübergang von dem normalen Betriebsstrombereich zu der oberen Stromgrenze positiv sein, dann erfolgt von dort aus ein negativer Übergang über den normalen Betriebsstrombereich hinunter zu dem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich, wobei diese Sequenz mit drei Übergängen als zwei Fehler gezählt wird, oder als Alternative könnte sie insgesamt eine andere Stufe des Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus durchbrechen, was zu einer sofortigen Isolierung der Abzweigleitung führen würde.
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Wenn man dies weiterverfolgt, kann die Steuereinheit zudem so konfiguriert werden, dass der Störungsdauerschritt für den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus in Bezug auf Fehler mit vorbestimmten Zeitlängen unterschiedlich angewendet wird, die anderen nachfolgen und die unter Einsatz der vorstehend beschriebenen Stromübergangskonfiguration erkannt werden. Ein Übergang von der oberen Stromgrenze beispielsweise nach einer vordefinierten Fehlerdauerperiode auf dieser Pegelstufe nach unten zu dem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich für eine weitere vordefinierte Fehlerdauerperiode kann in Bezug auf das Auftreten eines Übergangs vom normalen Betriebsstrompegel hinunter zu dem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich während einer vordefinierten Fehlerdauerperiode unterschiedlich gehandhabt werden. Das erste Ereignis kann zu einer Isolierung der Abzweigleitung auf unbestimmte Zeit führen, während das zweite Ereignis zur Isolierung der Abzweigleitung während einer spezifizierten, kürzeren Fehlerdauerperiode führt.
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Des Weiteren kann die Fehlerdauerperiode, welche die Kriterien des Störungsdauerschritts für den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus erfüllt, entsprechend der Beschaffenheit des erfassten Stromübergangs unterschiedlich sein oder aufgrund der Beschaffenheit der Stromübergangssequenzen, die vorausgingen. Mit anderen Worten kann der Störungsdauerschritt für den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus eine Reihe von untergeordneten Schritten beinhalten, welche die Zeitlänge für jede Fehlerart oder jede Fehlersequenz, die erfasst werden können, definieren. Das Entsprechen dieser Kriterien eines jeden unterschiedlichen, untergeordneten Schrittes kann anschließend zu verschieden durchzuführenden Aktionen führen, und zwar von keinem bis zu mehreren, verschiedenen Abhilfeisoliervorgängen, die komplett oder teilweise ausgeführt und verschiedene Installationszeiten aufweisen können.
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Es versteht sich daher, dass die Steuereinheit mit einer großen Anzahl von verschiedensten Ausführungswegen zu konfigurieren ist, um auf alle Arten von separat erfassbaren Stromübergängen oder Übergangssequenzen reagieren zu können. Es ist jedoch von größter Relevanz, dass die vorliegende Erfindung in der Lage ist, den Unterschied zwischen einerseits intermittierenden oder kurz andauernden Fehlern, welche keine Auswirkung auf die Datenübertragung in dem Segment haben (bzw. dies wird zumindest so angenommen) und andererseits jene Fehler zu erkennen, die schwerwiegender sind und ein Trennen der Abzweigleitung vom übrigen Segment entweder während einer unbestimmten oder einer vordefinierten Zeitperiode umfassen. Das heißt, dass der erfindungsgemäße Nachweisalgorithmus, wie sich von der Benennung her vermuten lässt, zum Einsatz kommt, um in der Abzweigleitung den Fehlerzustand für die eine oder andere Funktionsweise zu ermitteln. Es liegt an den Fachleuten, die Steuereinheit so zu konfigurieren, wie sie am besten für die einzeln anzuwendende Abzweigleitung geeignet ist.
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Daher werden in den nachfolgenden drei Abschnitten – und gemäß den nachstehend aufgeführten Ansprüchen – die verschiedenen, vorstehend erläuterten Merkmale im Einzelnen beschrieben.
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Die Steuereinheit kann so konfiguriert sein, um eine erste Art eines Aktivierungssignals an die Isolationseinrichtung auszugeben, wenn Übergänge einer ersten Art zwischen einem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich, einem normalen Betriebsstrombereich oder einer oberen Stromgrenze dem Kriterium des periodischen Fehlerzählers während eines Zeitschritts in dem Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus entsprechen, und um eine Anzahl einer anderen, zweiten Art von Aktivierungssignalen an die Isolationseinrichtung auszugeben, wenn Übergänge von einer Anzahl einer zweiten Art zwischen einem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich, einem normalen Betriebsstrombereich und einem oberen Stromgrenzbereich dem Kriterium des periodischen Fehlerzählers während eines Zeitschritts in dem Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus entsprechen. Die Isolationseinrichtung ist so adaptiert, um eine erste Art eines Isoliervorgangs durchzuführen, wenn sie ein erstes Aktivierungssignal erhalten hat, und um eine Anzahl einer anderen, zweiten Isoliervorgangsart auszuführen, sobald sie ein anderes, zweites Aktivierungssignal empfangen hat.
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Außerdem kann die Steuereinheit so konfiguriert sein, dass ein intermittierend auftretender Fehler während eines Zeitschritts in dem intermittierenden Fehlerzähler für den Störungsdauerschritt des Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus gezählt wird, wann immer die Steuereinheit erfasst, dass der Strom in den Abzweigleitungsübergängen von einem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich oder normalen Betriebsstrombereich positiv übergeht und/oder wann immer die Steuereinheit erfasst, dass der Strom in den Abzweigleitungen von einem normalen Betriebsstrombereich oder oberen Stromgrenzbereich negativ übergeht.
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Die Steuereinheit kann zudem konfiguriert sein, um eine dritte Art eines Aktivierungssignals an die Isolationseinrichtung auszugeben, wenn ein Übergang einer dritten Art zwischen einem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich, einem normalen Betriebsstrombereich oder einem oberen Stromgrenzbereich das Kriterium des Störungsdauerschritts für den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus erfüllt, und um eine Anzahl einer anderen, vierten Art von Aktivierungssignalen an die Isolationseinrichtung auszugeben, wenn Übergänge mit einer Anzahl einer vierten Art zwischen einem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich, einem normalen Betriebsstrombereich und einem oberen Stromgrenzbereich das Kriterium des Störungsdauerschrittes für den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus erfüllen. Die Isolationseinrichtung kann so adaptiert sein, um eine dritte Art eines Isoliervorgangs durchzuführen, wenn sie ein drittes Aktivierungssignal erhalten hat, und um eine Anzahl einer anderen, vierten Isoliervorgangsart auszuführen, sobald sie eines von den vierten Aktivierungssignalen empfängt.
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Diese Übergänge, Aktivierungssignale und Isoliervorgänge in Bezug auf die erste bis zur vierten Art können von den Fachleuten auf dem Gebiet konfiguriert werden, um der betreffenden Abzweigleitung und dem diesbezüglichen Segment in geeigneter Weise zu entsprechen, wie dies vorstehend näher erläutert wurde. Das Wesentliche hier ist, dass die Steuereinheit konfiguriert wird, um zwischen den verschiedenen Fehlerarten zu differenzieren, welche die Kriterien entweder beim intermittierenden Fehler während eines Zeitschritts oder während des Störungsdauerschritts für den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus erfüllen, und um dementsprechend die Isolationseinrichtungen für unterschiedliche Ausführungswege steuern zu können.
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In einer etwas abgeänderten Konfigurationsanordnung zu der vorstehend beschriebenen ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass ein intermittierender Fehler während eines Zeitschritts in dem intermittierenden Fehlerzähler für den Störungsdauerschritt des Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus gezählt wird, wann immer die Steuereinheit detektiert, dass der Strom in der Abzweigleitung einen unteren Stromgrenzpegel und/oder einen oberen Stromgrenzpegel übersteigt. Anstelle des Anwendens der drei vorstehend beschriebenen Strombereiche gibt es in dieser erfindungsgemäßen Variante ganz einfache, niederohmige und hochohmige Stromgrenzpegel.
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Mit Bezug auf die verschiedenen Arten von durchzuführenden Isoliervorgängen können diese auf irgendeine, allgemein bekannte Art und Weise erfolgen. Eine Isoliervorgangsart umfasst beispielsweise eine Serien- und/oder niederohmige Nebenschluss-Verbindungsschaltung oder aber eine hochohmige Isolierschaltung, was von den vorgegebenen Anforderungsprofilen abhängig ist. In einer erfindungsgemäßen Variante kann die Isolationseinrichtung eine solche sein, wie sie in der anhängigen Patentanmeldung
WO 2011148127 des Patentanmelders definiert und hierin beschrieben ist.
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Daher umfasst in einer erfindungsgemäßen Variante die Isolationseinrichtung eine Schaltung, die nach dem Empfang eines Aktivierungssignals die Abzweigleitung von der Steuereinheit vollständig isoliert, indem sie in einen offenen Stromkreis übergeht. Als Alternative weist die Isolationseinrichtung einen Strombegrenzer auf, der die Abzweigleitung nach dem Empfang eines Aktivierungssignals von der Steuereinheit teilweise isoliert, womit von einem normalen Stromgrenzwert auf einen niedrigeren Stromgrenzwert übergegangen wird.
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Selbstverständlich kann die vorstehend beschriebene Fehlerschutzeinrichtung während der Installation als Teil eines Segments vorgesehen werden, aber sie kann auch in einem bereits vorhandenen Segment eines zweidrahtigen, kombiniert verbundenen Energie- und Datennetzsystems für eine Automatisierung eingesetzt werden. Daher wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Fehlerschutzeinrichtung für eine Anwendung zum Bereitstellen eines Segments in einem zweidrahtigen, kombiniert verbundenen Energie- und Datennetzsystem für eine Automatisierung gemäß einem der nachstehend aufgeführten Patentansprüche vorgesehen, wobei die Fehlerschutzeinrichtung eine Steuereinheit aufweist, die zum Überwachen des Stroms in der Abzweigleitung des betreffenden, zum Einsatz kommenden Segments ausgelegt ist, und Isolationseinrichtungen umfasst, die konzipiert sind, nach dem Empfang eines Aktivierungssignals aus der Steuereinheit eine Hauptleitung des Segments vollständig oder teilweise zu trennen, wobei die Steuereinheit einen Nachweisalgorithmus für den Fehlerzustand aufweist, der einen periodischen Fehlerzähler während eines Zeitschritts und eines Störungsdauerschritts umfasst, wobei der periodische Fehlerzähler während eines Zeitschritts dem Kriterium entspricht, wenn eine vordefinierte Anzahl von separaten Fehlern über eine erste vordefinierte Zeitperiode erfasst wird, wobei das Kriterium eines Störungsdauerschritts erfüllt wird, wenn ein Fehler erfasst wird, der länger als eine zweite vordefinierte Zeitperiode anhält, und wobei die Steuereinheit nach dem Nachweis eines Fehlerzustands in der betreffenden Abzweigleitung ein Aktivierungssignal ausgibt, welches dem periodischen Fehlerzähler während eines Zeitschritts und/oder des Störungsdauerschritts für den Algorithmus entspricht.
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Des Weiteren umfasst die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, das in einer solchen Fehlerschutzeinrichtung angewendet wird. Daher weist gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Anwenden einer Fehlerschutzeinrichtung, wie nachstehend in Patentanspruch 14 definiert ist, die folgenden Schritte auf:
Anbringen der Fehlerschutzeinrichtung zwischen einer Hauptleitung und einer Abzweigleitung eines Segments, mit dem sie zur Anwendung kommt; und
Betreiben der Fehlerschutzeinrichtung, um den Strom in der Abzweigleitung zu überwachen und die Abzweigleitung von der Hauptleitung vollständig oder teilweise zu isolieren, wenn den Kriterien des periodischen Fehlerzählers während eines Zeitschritts und/oder dem Störungsdauerschritt für den Fehlerzustand snachweis-Algorithmus entsprochen wird.
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Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Art und Weise ausgeführt werden, aber eine Ausführungsform wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, welche zeigen:
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1 ist eine schematische Darstellung eines Segments in einem zweidrahtigen, kombiniert verbundenen Energie- und Datennetzsystem für eine Automatisierung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine grafische Darstellung, welche die verschiedenen Fehler veranschaulicht, die von der in 1 dargestellten Fehlerschutzeinrichtung aufgearbeitet werden.
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3 ist ein Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus, wie er von der in 1 dargestellten Fehlerschutzeinrichtung angewendet wird, und
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4 ist der Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus, wie in 3 dargestellt, aber in einer anderen Anordnung.
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Wie in den 1 und 3 dargestellt ist, umfasst ein Segment in einem zweidrahtigen, kombiniert verbundenen Energie- und Datennetzsystem für eine Automatisierung eine Hauptleitung 1, eine auf dieser angebrachte Abzweigleitung 5 und eine Fehlerschutzeinrichtung 3, 6, 7, 2. Die Fehlerschutzeinrichtung weist eine der Steuereinheiten 3, 6, 7 auf, die ausgelegt sind, den Strom in der Abzweigleitung 5 zu überwachen sowie Isolationseinrichtungen 2, die konzipiert sind, nach dem Empfang eines Aktivierungssignals aus der Steuereinheit 7 eine Hauptleitung 1 von der Abzweigleitung 5 vollständig oder teilweise zu trennen. Die Steuereinheit 7 weist einen Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10 auf, der einen periodischen Fehlerzähler während eines Zeitschritts 11 und eines Störungsdauerschritts 12 umfasst. Wie nachstehend beschrieben, werden die Kriterien des periodischen Fehlerzählers während eines Zeitschritts 11 erfüllt, wenn eine vordefinierte Anzahl von separaten Fehlern über eine erste vordefinierte Zeitperiode erfasst wird, wobei dem Kriterium für den Störungsdauerschritt entsprochen wird, wenn ein Fehler erfasst wird, der länger als eine zweite vordefinierte Zeitperiode anhält. Die Steuereinheit 7 gibt nach dem Nachweis eines Fehlerzustands in der betreffenden Abzweigleitung 5 ein Aktivierungssignal aus, welches dem Kriterium des periodischen Fehlerzählers während eines Zeitschritts 11 und/oder des Störungsdauerschritts 12 für den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10 entspricht.
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1 veranschaulicht eine überaus grundsätzliche Ausführung von einem Segment gemäß der Erfindung. Im Besonderen zeigt sie nur eine einzige Abzweigleitung 5, die an die Hauptleitung 1 angeschlossen ist, wobei aber in der Betriebspraxis eine Vielzahl von solchen Abzweigleitungen vorhanden sein können, die jeweils mit der gleichen Fehlerschutzkonfiguration bereitgestellt werden. 1 stellt aber zum Zwecke der besseren Veranschaulichung nur die wesentlichsten Merkmale der vorliegenden Erfindung dar. In diesem Ausführungsbeispiel gibt es auf der Hauptleitung 1 weitere Abzweigleitungen (die nicht dargestellt sind), welche nachstehend noch näher beschrieben werden. Der Strom in der Abzweigleitung 5 wird von der Fehlerschutzschaltung 3 überwacht, indem eine statische und/oder dynamisch analoge Strommesskomponente 6 zur Anwendung kommt. Der Ausgang dieser Komponente wird dann in einen Computerprozessor 7 eingespeist, in dem ein Computerprogramm vorgesehen ist, das den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10 umfasst, wie er in den 3 und 4 dargestellt ist. Der Ausgang wird dem Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10 unterzogen und falls die Kriterien erfüllt sind, sendet der Prozessor 7 ein Aktivierungssignal an die Schaltung 2, welche den Stromkreis öffnet bzw. in eine Leerlaufschaltung übergeht, um die Abzweigleitung 5 von der Hauptleitung 1 des Segments zu isolieren. Der Prozessor 7 beinhaltet einen Strombegrenzungsmechanismus in der allgemein bekannten Art, der den Strom in der Abzweigleitung 5 stets davon abhält, über 50 mA anzusteigen. Ein solcher Mechanismus ist weitaus bekannt und dient zum Verhindern, dass der Strom in den Abzweigleitungen kritisches Niveau erreicht.
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In diesem illustrativen Ausführungsbeispiel ist das Netzwerk ein IEC 61158 Feldbussegment, wobei die Feldeinrichtung 4 an der Abzweigleitung 5 angebracht ist. Außerdem sind an die Hauptleitung 1 vier andere, ähnliche Abzweigleitungen (die nicht dargestellt sind) angeschlossen, wovon jede einzelne ihre eigene Feldeinrichtung und eine identische Fehlerschutzkonfiguration besitzt. Der Netzwerk-Host (nicht dargestellt) führt einen Kommunikationsübertragungszyklus aus, in dem jede Feldeinrichtung 4 pro halbe Sekunde für ein Datentelegramm gepolt ist. Falls eines dieser Datentelegramme fehlschlägt, dann sind die Einrichtungen so installiert, dass sie fünf Wiederholungsversuche ausführen, die 2,5 Sekunden oder etwas weniger dauern. Es versteht sich, dass sich diese Zeitangaben speziell auf die hierin beschriebene Segmentkonfiguration beziehen, und in der Praxis mehrere oder weniger Einrichtungen in einem Segment vorhanden sein können und die Zeiten zwischen den Aufforderungen von dem Host länger dauern oder weitaus weniger lang sein können. Die Länge der betreffenden Datentelegramme hat auch einen Einfluss auf die Dauer des Übertragungszyklus. Hinzu kommt, dass die Anzahl der Wiederholungsversuche weniger betragen kann und sogar nur ein Wiederholungsversuch erforderlich ist. Daher kann die Zeitspanne, innerhalb der ein Fehler einen Übertragungsfehler verursachen kann, im Millisekundenbereich liegen. Der Techniker, der die Abzweigleitung 5 installiert, programmiert den Prozessor 7 so, dass die erste Dauer, welche gleich oder weniger lang sein muss als die Zeitspanne, die für die Komplettierung des Wiederholungsmechanismus eines Datentelegramms erforderlich ist, entsprechend all diesen anteiligen Einflussfaktoren ordnungsgemäß eingegeben wird.
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3 zeigt einen Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10, der von dem Prozessor 7 eingesetzt wird. Wie nachstehend näher beschrieben ist, umfasst dieser Algorithmus 10 einen periodischen Fehlerzähler während eines Zeitschritts 11 und einem Störungsdauerschritt 12. Außerdem weist er für die nachgeordnete Einrichtung einen Verbindungsschritt oder Unterbrechungsschritt mit einer Totzonendauer 13 auf.
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Demzufolge bewirkt der Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10, dass der Computerprozessor 7 wie folgt funktioniert: In einem ersten Schritt 14 wird der Strom in der Abzweigleitung 5, der in den Computerprozessor 7 von der Strommesskomponente 6 eingespeist worden ist, überwacht. In einem zweiten Schritt 15 erfasst der Prozessor 7 einen Stromübergang in der Abzweigleitung 5. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Prozessor 7 programmiert, Übergänge in dem Abzweigleitungsstrom zwischen einem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich von 0–2 mA, einem normalen Betriebsstrombereich von 6–45 mA und einer oberen Stromgrenze > 50 mA zu erfassen. Der erfasste Übergang kann von einem einzelnen zu jeweils einem der beiden anderen Strombereiche stammen. Die obere Stromgrenze wird durch den Strombegrenzungsmechanismus effektiv definiert, der in dem Prozessor 7 integriert ist und den Strom in der Abzweigleitung 5 bei 50 mA begrenzt. Demzufolge übersteigt der Strom in der Abzweigleitung 5 niemals 50 mA, jedoch wenn ein Fehler vorhanden ist, der den Strom bis zur Grenze ansteigen lässt, wird der Strom in der Abzweigleitung 5 als obere Stromgrenze behandelt.
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Als nächstes ermittelt der Computerprozessor 7, ob in Schritt 13 der erfasste Übergang aus einem Verbinden oder Unterbrechen der Einrichtung resultiert. Dies geschieht in den allgemein bekannten Funktionsweisen, indem Charakteristiken des erfassten Übergangs ermittelt werden, die auf einen Einrichtungsenergieanstieg oder -abfall hinweisen oder die nach einer verlängerten Zeitperiode durch eine niederohmige Stromversorgung entstehen. Falls der Computerprozessor 7 ermittelt, dass der erfasste Übergang in dem Abzweigleitungsstrom das Ergebnis von einer Einrichtungsverbindung oder – unterbrechung ist, dann wendet er in Schritt 16 eine Totzonendauer an, während dieser alle erfassten Übergänge in dem Abzweigleitungsstrom ignoriert werden. Die Totzonendauer beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 20 ms, da in dieser Zeitspanne beispielsweise ein Kurzschluss als Bestandteil einer normalen Inbetriebnahme einer Einrichtung zu erwarten ist.
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Falls der Computerprozessor 7 ermittelt, dass der erfasste Übergang in dem Abzweigleitungsstrom nicht das Ergebnis von einer Einrichtungsverbindung oder – unterbrechung ist, geht er zu Störungsdauerschritt 12 weiter. Hier wird die Dauer des Fehlers gemessen, wobei in diesem Ausführungsbeispiel das Kriterium für Schritt 12 erfüllt ist, wenn die Stördauer des Fehlers eine Länge von zwei Sekunden übersteigt. Dies geschieht deshalb, da ein Fehler mit einer solchen Dauer oder länger ausreicht, alle fünf Versuche von einer Einrichtung des Segments innerhalb eines fünfstufig wiederholenden Versuchskommunikationszyklus von 2,5 Sekunden zu unterbrechen. Falls dies eintritt, gibt der Computerprozessor 7 in Schritt 17 ein Aktivierungssignal an die Schaltung 2 aus, wobei die Abzweigleitung 5 von der Hauptleitung 1 getrennt und die darauf befindliche Feldeinrichtung 4 stromlos gemacht wird. Es versteht sich, dass in diesem Schritt 12 auch ermittelt wird, ob sich der erfasste Übergang in dem Abzweigleitungsstrom auf einen Fehler bezieht, und insbesondere umfasst er ein Stromübergang zu dem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich oder zu der oberen Stromgrenze. Ein Übergang von einem dieser Bereiche in den normalen Betriebsstrombereich wäre kein Fehler, sondern eine Rückkehr in den Normalbereich.
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Falls der erfasste Übergang in dem Abzweigleitungsstrom für das Kriterium in Schritt 12 von unzureichender Dauer ist, weil dem erfassten Übergang des Abzweigleitungsstroms zu dem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich oder zu der oberen Stromgrenze innerhalb von zwei Sekunden ein weiterer Übergang des Abzweigleitungsstromrücklaufs zum normalen Betriebsstrombereich nachfolgt, geht der Computerprozessor 7 zu Schritt 18 weiter. Hier fügt der Computerprozessor 7 einen Einzelzähler für einen Abzweigleitungsfehlerzähler hinzu und speichert ihn ab. Der Computerprozessor 7 geht dann zu dem periodischen Fehlerzähler während des Zeitschritts 11, wo er ermittelt, ob der Abzweigleitungsfehlerzähler, den er erhalten hat, eine Gesamtsumme von 4 aufweist. Falls dies so ist, gibt der Computerprozessor 7 in Schritt 17 ein Aktivierungssignal an die Schaltung 2 aus und die Abzweigleitung 5 wird von der Hauptleitung 1 getrennt. Falls jedoch der Abzweigleitungsfehlerzähler weniger als 4 beträgt, geht der Computerprozessor zurück zum Initialschritt 14, um erneut den Abzweigleitungsstrom zu überwachen. Es versteht sich, dass der Initialschritt 14 in der Betriebspraxis kontinuierlich anhält und dass der Prozessor 7 den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10 ständig bearbeitet und dieser nicht in einer Programmschleife operiert. Sobald ein Zähler dem Abzweigleitungsfehlerzähler hinzugefügt worden ist, wird in Schritt 19 ein Rückberechnungszähler hinzugefügt. Dieser beinhaltet den Zähler, der dem Abzweigleitungszähler hinzugefügt wurde und von dort nach 2,5 Sekunden entfernt wird. Das heißt, dass, um einen Abzweigleitungsfehlerzähler mit einer Gesamtsumme von 4 zu erhalten, müssen vier Fehler innerhalb einer Zeitspanne von 2,5 Sekunden – gerechnet von dem als ersten gezählten Fehler – erfasst werden. Um demzufolge dem Kriterium für den periodischen Fehlerzähler in dem Zeitschritt 11 zu entsprechen, muss ein intermittierender Fehler in einer so umfangreichen Frequenz vorhanden sein, dass die Datenübertragung in der Abzweigleitung 5 unterbrochen wird. Von entscheidender Bedeutung ist, dass, wenn der intermittierende Fehler diese Frequenz nicht erreicht, dann kommt es von Schritt 11 aus nicht zu Schritt 17. Das heißt, ein intermittierender Fehler, der keine Auswirkung auf die Datenübertragung in der Abzweigleitung 5 und auch nicht auf das übrige Segment hat – aufgrund von fünf Wiederholungsversuchen einer jeden Einrichtung in dem Segment und der diesbezüglichen Installationseinstellung – führt nicht zu einer Trennung der Abzweigleitung.
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2 ist eine grafische Darstellung 20, die eine Reihe von Stromübergangsarten in der Abzweigleitung 5 zeigt, die von dem Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10 in der vorstehend beschriebenen Funktionsweise zu verarbeiten sind. Im Besonderen wird am Beginn der Zeitachse eine Einrichtung mit der Abzweigleitung 5 verbunden, wobei es eine Stromspitze bei Bezugszeichen 21 gibt, die über die zugewiesene Stromgrenze ansteigt, die mit der gestrichelten Linie 22 indiziert ist. Jedoch wird dieser offensichtliche Kurzschluss ignoriert, da in Schritt 13 beim Verbinden oder Unterbrechen von Einrichtungen durch den Prozessor 7 festgestellt wird, dass die Einrichtung angeschlossen worden ist und demzufolge kommt in Schritt 16 eine Totzonenschaltung von 20 ms angesetzt.
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Als nächstes weist der Strom in der Abzweigleitung 5 Übergänge (vergleiche Bezugszeichen 23) von einem normalen Einrichtungsstrompegel – der mit der gestrichelten Linie 24 angezeigt ist – hinunter auf Null auf (angedeutet durch doe gestrichelte Linie 25). Bei diesem Ausführungsbeispiel wird keine Aktion eingeleitet, da dieser Fehler von unzureichender Dauer ist, um das Kriterium von Schritt 12 der Störungsdauer zu erfüllen, und da – obwohl der Fehler in Schritt 18 zum Fehlerzähler hinzugefügt wird – dieser Fehlerzähler nicht die Gesamtsumme von 4 erreicht, so dass das Kriterium des periodischen Fehlerzählers während des Zeitschritts 11 nicht erfüllt wird. Hinzu kommt, dass der Strom in der Abzweigleitung 5 in den normalen Einrichtungsstrompegel 24 innerhalb von 2,5 Sekunden zurückkehrt, was mit dem Zeitachsenpfeil 26 dargestellt ist, woraufhin in Schritt 19 der aufgetretene Fehler gelöscht und der laufende Fehlerzähler auf Null zurückgesetzt wird. Aufgrund dessen ist positiv zu bewerten, dass der Fehler 23 zu keiner Trennung der Abzweigleitung 5 führt und dass deren Datenübertragung aufgrund eines erfolgreichen Wiederholungsversuches fortgesetzt werden kann.
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Als nächstes weist der Strom in der Abzweigleitung 5 Übergänge (vergleiche Bezugszeichen 27) von einem normalen Einrichtungsstrompegel 24 nach oben zur Stromgrenze 22 hin auf und wieder zurück nach unten, und zwar viermal in einer schnellen Aufeinanderfolge. In jedem Fall ist der Fehler von unzureichender Dauer, um das Störungsdauerkriterium von Schritt 12 zu erfüllen, und demzufolge wird jeder Fehler in Schritt 18 zu dem Abzweigfehlerzähler gezählt, der im Prozessor 7 gewartet wird. Bei den ersten drei Beispielen wird das Kriterium des anschließenden Schrittes 11 nicht erfüllt, da die Gesamtsumme der Abzweigfehlerzähler nicht die Anzahl 4 erreicht. Auch wenn die 2,5 Sekunden Rückberechnung für jeden Zähler in Schritt 19 zur Anwendung kommt, tritt der vierte Fehler innerhalb der 2,5 Sekundenperiode in Bezug auf den ersten auf, was in 2 mit dem Zeitachsenpfeil 28 dargestellt ist. Wenn nun dieser vierte Fehler zum Fehlerzähler in Schritt 18 hinzugefügt wird, wird in Folgeschritt 11 ermittelt, dass nun die Gesamtsumme der Abzweigfehlerzähler die Zahl 4 beträgt. Daher sendet der Prozessor 7 in Schritt 17 ein Aktivierungssignal an die Schaltung 2, woraufhin die Abzweigleitung 5 isoliert wird. Gemäß 2 fällt der Strom in der Abzweigleitung 5 bei Bezugszeichen 29 auf Null (siehe Bezugszeichen 25) ab.
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2 zeigt außerdem das Auftreten eines weiteren Fehlers, bei dem der Strom wegen eines Kurzschlusses in der Abzweigleitung 5 einen Übergang von einem normalen Einrichtungsstrompegel 24 nach oben zur Stromgrenze 22 hin – Bezugszeichen 30 – aufweist. Bei diesem Ereignis hält der Fehler über zwei Sekunden lang an, was mit dem Zeitachsenpfeil 31 dargestellt ist. Daher wird das Kriterium in Schritt 12 im Hinblick auf die Störungsdauer für den Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10 erfüllt und der Prozessor 7 sendet in Schritt 17 ein Aktivierungssignal an die Schaltung 2, woraufhin die Abzweigleitung 5 isoliert wird. Gemäß 2 fällt der Strom in der Abzweigleitung 5 bei Bezugszeichen 32 auf Null (Bezugszeichen 25) ab.
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Der Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10 kann zudem so angepasst werden, um verschiedene Reaktionen auf unterschiedliche Fehlerarten aufzunehmen. Der Umfang der Anpassungsmöglichkeiten ist groß, aber 4 zeigt ein grundsätzliches Beispiel, um damit das Prinzip der Ausführung zu demonstrieren, und im Besonderen, um zu zeigen, wie der Algorithmus 10 angewendet werden kann, um zwei unterschiedlich erfasste Fehlertypen erfolgreich zu verarbeiten. In 4 werden die gleichen Bezugszeichen für einen jeden der Schritte verwendet, die mit denen in 3 äquivalent sind.
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Über den auf die vorgenannte Weise installierten Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10 kann der Computerprozessor 7 in Schritt 15a den Fehlertyp A und in Schritt 15b den Fehlertyp B erfassen. In diesem illustrativen Ausführungsbeispiel ist der Fehlertyp A ein Übergang von einem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich oder von dem normalen Betriebsstrombereich zu einer oberen Stromgrenze, wie zum Beispiel in der in 2 mit Bezugszeichen 27 und 30 dargestellten Weise, die auf einen Kurzschluss hinweist. Der Fehlertyp B ist ein Übergang von dem normalen Betriebsstrombereich oder von der oberen Stromgrenze zu dem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich, wie zum Beispiel in der in 2 mit Bezugszeichen 23 dargestellten Weise, die auf einen Leitungsunterbrechungsfehler hinweist. Der Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10 verarbeitet diese erfassten Fehler auf die gleiche Weise, wie vorstehend in Bezug auf den in 3 dargestellten Algorithmus 10 beschrieben wurde, außer die jeweiligen Fehlertypen A und B; wenn hierzu die Kriterien der Schritte 12a oder 12b oder 11a oder 11b erfüllt sind, dann wird in Schritt 17a–c jeweils eine andere Art des Isoliervorgangs durchgeführt. 1 veranschaulicht nur eine sehr vereinfachte Isolationsschaltung 2, aber es versteht sich, dass es viele verschiedene Wege gibt, in denen eine Abzweigleitung entweder vollständig oder teilweise isoliert werden kann. Sie könnte beispielsweise durch einen offenen Stromkreis total isoliert werden, oder aber es kann ein niedrigerer Strombereich vorgesehen werden, um die Abzweigleitung nur teilweise zu isolieren. Auch kann die vollständige oder teilweise Isolation nur für einen unbestimmten oder für einen vordefinierten Zeitrahmen erfolgen. Des Weiteren kann die Isolation während eines vorgegebenen Zeitrahmens stufenweise entfernt werden, um nachträglich Fehler mit allgemein bekannten Methoden zu sondieren. Wenn daher Fehler A ein Kurzschluss ist, kann in Schritt 17 eine vollständige Isolation der Abzweigleitung auf unbestimmte Zeit anhalten. Wenn jedoch Fehler B eine Leitungsunterbrechung ist, umfasst Schritt 17 das teilweise Isolieren der Abzweigleitung, indem die Stromgrenze mit einer Zeitspanne von fünf Sekunden abgesenkt wird. Darüber hinaus kann Schritt 17c die vollständige Isolation der Abzweigleitung 30 Sekunden umfassen, anstatt eine unbestimmte Zeit, so dass das bereinigende Aufarbeiten eines intermittierenden Fehlers, der das Kriterium von Schritt 11a aufweist, ermöglicht wird. Dagegen zeigt Schritt 11b in 4, der wiederum zu Schritt 17b führt, ganz einfach, dass die gleichen oder verschiedene Abhilfeaktionen aufgrund der Störungsdauerschritte 12a und 12b oder des intermittierenden Fehlerzählers während der Zeitschritte 11a und 11b ausgeführt werden.
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Es versteht sich, dass der in 4 dargestellte Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10 nur zu veranschaulichenden Zwecken dient, und dass daher die Art und Weise, wie der Algorithmus 10 im Prozessor 7 programmiert wird, am Techniker liegt, der die Abzweigleitung 5 ausstattet. Was dennoch entscheidend ist, ist die grundsätzliche Funktion des Algorithmus 10 und im Besonderen dessen Potenzial einen Unterschied zwischen den Fehlern zu erkennen, welche sich auf die bestimmte Datenübertragung in dem betreffenden Segment auswirken können und welche dies nicht tun. Hinzu kommt, dass der Algorithmus zusätzlich die Möglichkeit einer Installationseinstellung aufweist, um unterschiedliche Fehlerarten aufzuarbeiten, welche sich auf die Kommunikationsübertragung in dem Segment unterschiedlich auswirken, was von deren Beschaffenheit abhängt. Wie der Algorithmus 10 präzise zu kalibrieren ist, um diese spezifischen Ergebnisse für ein spezielles Ausführungsbeispiel zu erzielen, hängt von den physikalischen Schichtattributen des betreffenden Segments ab sowie von den Anforderungen, die als notwendig erachtet werden.
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Selbstverständlich können auch andere Algorithmen in Zusammenhang mit dem Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10 operieren, um größtmögliche Entwicklungsmöglichkeiten bereitzustellen. Als Beispiel könnten einige Stromübergangssequenzen, welche das Kriterium für den Algorithmus 10 nicht erfüllen, wie die in 2 dargestellte Art und Weise des Fehlers 23, dennoch als solche Fehler angesehen werden, die für einen Abhilfeisoliervorgang gemäß einem separaten Anlass für notwendig befunden werden. Es kann zum Beispiel eine vordefinierte Zeitperiode für einen normalen Betriebsstrompegel, dem ein Stromübergang auf Null über eine vordefinierte Zeitperiode folgt (die bei diesem Ausführungsbeispiel nicht länger als zwei Sekunden dauert) als Fehler identifiziert und daraufhin Abhilfemaßnahmen eingeleitet werden. Dies könnte in 2 bei Bezugszeichen 23 geschehen und auf einen Einrichtungsausfall hinweisen. Die Anwendung für einen solchen Hintergrund könnte mithilfe eines separaten Algorithmus ausgeführt werden, oder sie könnte zudem in einem Algorithmus, wie der von Bezugszeichen 10, integriert werden, indem beispielsweise separate Störungsdauerzeiten in Schritt 12 zu berücksichtigen sind, die in Übereinstimmung mit der Dauer eines normalen Betriebsstrompegels anzuwenden sind, der vor dem Übergang auf Null vorhanden war. In einem anderen Ausführungsbeispiel reagiert der Fehlerzustandsnachweis-Algorithmus 10, oder ein mit diesem zusammenarbeitender, wenn ein Energieverbrauch in der Abzweigleitung mit einem normalen oder höheren Einrichtungspegel erfasst wird, der mindestens 1,3 ms anhält, gefolgt von einem Energieverbrauch in dem einrichtungslos hinzugefügten Strombereich, der auch mindestens 1,3 ms anhält. In diesem Fall wird die Abzweigleitung abgeschaltet. Durch diesen Algorithmus werden selbst Kurzschlussereignisse mit Niederfrequenz erfasst.
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Positiv anzumerken ist die Tatsache, dass die Funktionsweise, in der separate oder voneinander abhängige Algorithmen in einem Computer programmiert werden, auch einen gewissen Grad der Überlappung und Komplexität umfassen kann, was in den 3 und 4 nicht dargestellt ist. Es liegt jedoch an der Kompetenz eines Software-Technikers, einen Computer zu programmieren, der die hierin beschriebenen Funktionsweisen ausführen kann, die alle sehr wesentlich für die erfindungsgemäße Durchführung der beschriebenen Funktionalität beitragen, in welcher insbesondere der dargestellte Algorithmus zur Anwendung kommt.
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Ausgehend von dem vorstehend Beschriebenen ist zu würdigen, dass die erfindungsgemäße Einrichtung zahlreiche ankommende/abgehende Kurzschlüsse in schneller Abfolge, offene Kabelendverschlüsse oder einrichtungslose Abzweigleitungsanschlüsse verarbeiten kann (beispielsweise treten diese auf, wenn eine Einrichtung ausgetauscht wird, während die Leitung immer noch an den Abzweigleitungsausgang eines Segmentschutzes angeschlossen ist). Sie kann außerdem zahlreiche, schnelle Ereignisse des Verbindens/Unterbrechens einer Einrichtung abwickeln (beispielsweise finden diese statt, wenn eine Einrichtung über eine defekte Kabelleitung verbunden wird). Hinzu kommt, dass auch Kurzschlüsse in einer Leitung erfasst werden können, in der eine Einrichtung hinzugefügt worden ist (beispielsweise, wenn eine Seite der Einrichtungsleitung nicht offen ist, zum Beispiel wegen einer gequetschten Kabelleitung, wenngleich dies vom Energieverbrauch einer Feldeinrichtung und deren Inbetriebnahmeverhalten abhängt.
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Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Fehlerschutzeinrichtung für eine Anwendung zum Bereitstellen eines gleichartigen Segments, wie das vorstehend beschriebene. Die 1, 3 und 4 unterstützen diesen erfindungsgemäßen Aspekt, da sie eine solche Fehlerschutzeinrichtung und den diesbezüglichen Algorithmus zeigen, mit dem diese bereitgestellt wird.
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Der dritte Aspekt gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Anwendung einer vorstehend beschriebenen Fehlerschutzeinrichtung. Auch hier diesen die 1, 3 und 4 und die zugehörige Beschreibung zur Untermauerung dieses Verfahren, da sie die Funktionsweise einer solchen Fehlerschutzeinrichtung aufzeigen.
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Aufgrund dessen stellt die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zur Verfügung, die den Unterschied in den Fehlern erkennen kann, und zwar solche, die sich auf die Datenkommunikationsübertragung von einem Segment in einem zweidrahtigen, kombiniert verbundenen Energie- und Datennetzsystem für eine Automatisierung auswirken können und solche, die keine Auswirkung haben. Dies erlaubt dem System, Fehler zuzulassen, die keinen Einfluss auf die Datenübertragung haben und nur auf jene zu reagieren, die eine Auswirkung mit sich bringen. Die Vorteile eines solchen Systems bestehen darin, dass die Datenkommunikation an manchen Stellen weniger verloren geht, was in einem Netzwerk zu einer größeren Betriebseffizienz und zu weniger Arbeitsaufwand in Bezug auf Abhilfemaßnahmen führt.
