EP1971829A1 - Electric field device and method for producing a measurement value which is proportional to a measurement variable using an electric field device - Google Patents

Electric field device and method for producing a measurement value which is proportional to a measurement variable using an electric field device

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Publication number
EP1971829A1
EP1971829A1 EP06705790A EP06705790A EP1971829A1 EP 1971829 A1 EP1971829 A1 EP 1971829A1 EP 06705790 A EP06705790 A EP 06705790A EP 06705790 A EP06705790 A EP 06705790A EP 1971829 A1 EP1971829 A1 EP 1971829A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
field device
parameter
electric field
adaptation parameter
measured value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06705790A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Harald Kapp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1971829A1 publication Critical patent/EP1971829A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/02—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation
    • G01D3/022—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation having an ideal characteristic, map or correction data stored in a digital memory
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D9/00—Recording measured values
    • G01D9/005—Solid-state data loggers

Definitions

  • the invention relates to an electric field device having a measuring device for detecting a measured variable and a computing device for determining a measured value from the measured variable.
  • Electric field devices are commonly used today for automated monitoring and control of processes, such as process or chemical processes, industrial manufacturing processes and distribution processes for water, gas or electrical energy.
  • the electric field devices usually receive measured values which are proportional to measured variables which characterize an operating state of the automated process, and pass them on to evaluation stations.
  • electric field devices receive commands to control the respective automated process and relay them to certain actuators, such as valves or electrical circuit breakers on.
  • the electric field device is an electrical protection device
  • the field device automatically assumes an evaluation of the recorded measured values as to whether the automated process is within its normal operating state. If the electrical protection device detects that the automated process is outside its normal operating state, certain countermeasures, such as the opening of an electrical circuit breaker in an electrical energy supply network, are automatically initiated.
  • the known field device is a distance protection device for monitoring and protecting components of an electrical energy supply network.
  • the known distance protection device has a measuring device which comprises measuring transducers for currents and voltages as well as amplifiers and analog-digital converters.
  • the measured quantities are transformed by the transducers to a low voltage or current level, if necessary filtered and converted analog-digitally.
  • the measuring device is followed by a computing device in the form of a microprocessor system, with which, inter alia, the detected measured variables for the functioning of the electric field device are processed.
  • the control of the operation of electric field devices is often made by the interaction of a control software, namely the so-called device firmware, and a corresponding device hardware.
  • a control software namely the so-called device firmware
  • the problem often arises of a secure copy protection, with which a replica of the respective electric field device can be prevented.
  • Approaches for achieving copy protection in the case of field devices include, for example, the use of specially generated hardware components, for example so-called ASICs, for executing some or all of the functions, in which the program sequence is determined by a block-internal interconnection.
  • ASICs application-programmable gate array
  • a hardware module with a special internal interconnection for the execution of the device software must be brought into contact with the field device.
  • a hardware module is usually referred to as a "dongle.”
  • the software runs only when the dongle is connected to the device. This solution is relatively complex, also the user of the field device to operate the field device, the dongle always with them to lead.
  • the invention is therefore the object of the invention to provide an electrical field device and a method for generating a one measured variable proportional measurement 'value in an electrical field device, with high safety can be ensured against unauthorized copying of the electrical field device with comparatively little effort.
  • an electric field device of the type specified above which has a parameter device which provides at least one encrypted adaptation parameter, the at least one adaptation parameter taking into account measurement inaccuracies of the measuring device, and the computing device for determining the measured value from the measured variable Use of at least one adjustment parameter is set up.
  • the particular advantage of such an electric field device is that protection of the electric field device against unauthorized copying can be achieved in a simple manner, without requiring expensive hardware components for the electric field device.
  • the invention makes use of the fact that measurement inaccuracies typically occur when acquiring measured variables by means of a measuring device. Such measurement inaccuracies are caused, for example, by the behavior of sensors (such as inductive transducers).
  • an advantageous embodiment of the inventive FeId- device provides that the parameter device is a data memory of the field device in which the at least one adaptation parameter is stored in encrypted form. In this way, it is comparatively easy to provide an encrypted adaptation parameter in the electric field device.
  • this has an inductive transducer.
  • Such transducers are now widely used and tested for their use.
  • other conventional transducers such as capacitive transducer, or even unconventional transducer such. Rogowski converters possible.
  • the abovementioned object is achieved according to the invention by a method for generating a measured value proportional to a measured variable in an electric field device in which the following steps are carried out:
  • the measured variable is detected by means of a measuring device generating an intermediate measured value, an encrypted adaptation parameter Measurement inaccuracies of the measuring device taken into account, is provided by means of a parameter device, the intermediate measured value and the encrypted adaptation parameter are sent to a computing device transfer;
  • the adaptation parameter is decrypted by means of the computing device and the intermediate measured value is converted using the decrypted adaptation parameter by means of the computing device to form the measured value proportional to the measured variable.
  • the electric field device can be protected against unauthorized copying, as described above, with comparatively little effort.
  • an advantageous embodiment of the inventive method provides that the parameter device provides the adaptation parameter, wherein the adaptation parameter is encrypted using a first key, and the computing device decrypts the adaptation parameter using a second key.
  • the use of a software key pair is known and tested in software-based cryptography, for example in the field of email encryption.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention can consist in that the arithmetic unit generates an input request at least before the initial decoding of the adaptation parameter and releases the use of the second key only after input of code data containing an identification code.
  • the security standard of the electric field device can be increased even further, because an identification code is needed to activate the second key of the computing device, which is known only to the manufacturer or the operator of the electric field device, but not an unauthorized Nachbauer of the electric field device , To further explain the invention.
  • an electric field device is shown in a block diagram representation.
  • the electrical field device 10 comprises as essential components a measuring device 11, a parameter device 12 and a computing device 13.
  • the measuring device 11 and the parameter device 12 are each in electrical connection with the computing device 13.
  • the measuring device 11 detects at measuring inputs 14 a measuring large MG, for example, an electric current or an electrical voltage. For simplicity, only the input for a single measurand MG is shown in the figure. In fact, however, any number of measured variables can be detected by means of the measuring device M of the electric field device 10. For this purpose, the measuring device 11 is equipped with a corresponding number of measuring inputs.
  • a measuring large MG for example, an electric current or an electrical voltage.
  • the measuring device 11 has, on the input side, first a pickup for the detected measured variable MG, for example, the pickup is a measuring transducer 15.
  • the measuring transducer 15 is, for example, an inductive current transformer.
  • the transducer 15 is on the output side connected to an amplifier and filter module 16, with which the detected and converted measured variable MG is subjected to an adjustment by amplification and filtering.
  • the amplifier and filter module 16 is an optional component. Consequently, measuring devices 11 without such a module are also conceivable.
  • an analog / digital converter 17 is connected to the amplifier and filter module 16, which converts the analog measured variable MG into a digital intermediate measured value ZMW makes. Also, the analog-to-digital converter 17 is an optional component.
  • the intermediate measured value ZMW is transmitted to the computing device 13. Since usually the measuring device 11, in particular the measuring transducer 15, will be subject to certain measurement inaccuracies, the intermediate measured value ZMW does not yet correspond to the exact measured value for the detected measured variable MG. Rather, the intermediate measured value ZMW is falsified by the measurement inaccuracy of the measuring device 11.
  • an adaptation parameter AP is provided in the parameter device 12. This adaptation parameter AP is present in the electric field device 10 only in encrypted form.
  • the adaptation parameter AP like the intermediate measured value ZMW, is transmitted to the computing device 13.
  • the computing device 13 decodes the adaptation parameter AP and finally calculates from the intermediate measured value ZMW and the adaptation parameter AP a corrected measured value MW, which is now freed from the measuring inaccuracies of the measuring device 11.
  • the finally calculated measured value MW thus represents the exact measured value for the measured variable MG at the input of the electric field device 10.
  • the adaptation parameter AP thus takes into account the measurement inaccuracies of the measuring device 11 of the electric field device 10.
  • an adaptation parameter can be determined in the context of, for example, a calibration method of test measurements with the measuring device 11.
  • the adaptation parameter AP does not have to be a constant value, but can also be, for example, a function of a property of the measured variable, for example a function of the frequency or the magnitude of the measured variable. This will, for Non-linear transducer characteristics of the transducer 15 balanced.
  • the adaptation parameter AP is present only in the electrical field device 10 and is transmitted in encrypted form to the computing device 13, the electric field device 10 is protected from unauthorized copying in a simple manner. If, in fact, the electrical field device should be reconstructed with regard to its hardware and its device firmware, a matching parameter matching the corresponding copied measuring device would have to be generated for the copied device. However, this adaptation parameter can not be stored in the corresponding encrypted form in the parameter device because only the manufacturer of the original device knows the key for the encryption algorithm for encoding the adaptation parameter. Consequently, although the adaptation parameter for the copied device can be generated, it can not be encrypted, so that the computing device can not be sent a correspondingly encrypted adaptation parameter and therefore no correction of the intermediate measured value can take place. This means that the unauthorized plagiarism produced by the field device 10 may possibly produce intermediate measured values, but these intermediate measured values can not be corrected with the adaptation parameter, so that the measurements are inaccurate and outside the measurement tolerances required for the field device 10.
  • a key pair can be used to encrypt the adaptation parameter AP, wherein the adaptation parameter AP is encrypted with a first key and the computing device 13 decrypts the encrypted adaptation parameter AP using a second key.
  • the computing device 13 decrypts the encrypted adaptation parameter AP using a second key.
  • only one Key to be used for encryption and decryption.
  • code data with an identification code for activating the private key of the computing device 13 must be entered via an input keyboard of the electric field device. In this case, without the input of the correct identification code, the computing device 13 can not activate the second key and thus not decrypt the adaptation parameter AP.
  • the provision of such input of code data is only an optional component for protecting the field device against copying.
  • the parameter device 12 can be a conventional data memory in which the adaptation parameter AP is stored in encrypted form.
  • the adaptation parameter AP is stored in encrypted form.
  • special data storage which are secured against unauthorized reading.

Abstract

The invention relates to an electric field device (10) having a measurement apparatus (11) for detecting a measurement variable (MG) and a computation apparatus (13) for determining a measurement value (MW) from the measurement variable (MG). In order to protect such a field device from unauthorized copying with relatively little effort, provision is made for the field device (10) to have a parameter apparatus (12) which makes available at least one encrypted adaptation parameter (AP), wherein the at least one adaptation parameter (AP) takes into consideration measurement inaccuracies of the measurement apparatus (11), and the computation apparatus (13) is designed for determining the measurement value (MW) from the measurement variable (MG) using the at least one adaptation parameter (AP). The invention also relates to a method for producing a measurement value which is proportional to a measurement variable using such an electric field device.

Description

Beschreibungdescription
Elektrisches Feldgerät und Verfahren zum Erzeugen eines einer Messgröße proportionalen Messwertes mit einem elektrischen FeldgerätElectric field device and method for generating a measured value proportional to a measured value with an electric field device
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Feldgerät mit einer Messeinrichtung zum Erfassen einer Messgröße und einer Recheneinrichtung zum Ermitteln eines Messwertes aus der Mess- große.The invention relates to an electric field device having a measuring device for detecting a measured variable and a computing device for determining a measured value from the measured variable.
Elektrische Feldgeräte werden heutzutage üblicherweise zum automatisierten Überwachen und Steuern von Prozessen, wie beispielsweise verfahrenstechnischen oder chemischen Prozes- sen, industriellen Fertigungsprozessen und Verteilungsprozessen für Wasser, Gas oder elektrische Energie eingesetzt. Die elektrischen Feldgeräte nehmen hierbei üblicherweise Messwerte auf, die proportional zu Messgrößen sind, die einen Betriebszustand des automatisierten Prozesses charakterisieren, und leiten diese an Auswertestationen weiter. Ebenso empfangen elektrische Feldgeräte Befehle zur Steuerung des jeweiligen automatisierten Prozesses und leiten diese an bestimmten Aktoren, wie beispielsweise Ventile oder elektrische Leistungsschalter, weiter. Für den Fall, dass es sich bei dem elektrischen Feldgerät um ein elektrisches Schutzgerät handelt, übernimmt das Feldgerät automatisch eine Bewertung der aufgenommenen Messwerte dahingehend, ob sich der automatisierte Prozess innerhalb seines normalen Betriebszustandes befindet. Stellt das elektrische Schutzgerät fest, dass sich der automatisierte Prozess außerhalb seines normalen Betriebszustandes befindet, so werden automatisch bestimmte Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise das Öffnen eines elektrischen Leistungsschalters in einem elektrischen Energieversorgungsnetz, veranlasst . Ein elektrisches Feldgerät der oben genannten Art ist beispielsweise aus dem Siemens Gerätehandbuch „SIPROTEC, Distanzschutz 7SA522, V 4.2", Bestellnr. C53000-G1100-C155-2 , beispielsweise aus dem Kapitel 1 „Einführung", bekannt. Bei dem bekannten Feldgerät handelt es sich um ein Distanzschutzgerät zum Überwachen und Schützen von Komponenten eines elektrischen Energieversorgungsnetzes. Das bekannte Distanzschutzgerät weist eine Messeinrichtung .auf , die Messwandler für Ströme und Spannungen sowie Verstärker und Analog-Digi- tal-Wandler umfasst. Mittels einer solchen Messeinrichtung werden die an Messeingängen des 'elektrischen Feldgerätes anliegenden Messgrößen, in diesem Fall Phasenströme und Phasenspannungen, welche z.B. an einer Messstelle eines elektri- sehen Energieversorgungsnetzes erfasst worden sind, für die weitere Verarbeitung im elektrischen Feldgerät entsprechend aufbereitet. Hierzu werden die Messgrößen mittels der Messwandler auf ein niedriges Spannungs- bzw. Stromniveau transformiert, ggf. gefiltert und analog-digital gewandelt. Bei dem bekannten Feldgerät schließt sich der Messeinrichtung eine Recheneinrichtung in Form eines Mikroprozessorsystems an, mit dem unter anderem die erfassten Messgrößen für die Funktionsweise des elektrischen Feldgerätes verarbeitet werden.Electric field devices are commonly used today for automated monitoring and control of processes, such as process or chemical processes, industrial manufacturing processes and distribution processes for water, gas or electrical energy. In this case, the electric field devices usually receive measured values which are proportional to measured variables which characterize an operating state of the automated process, and pass them on to evaluation stations. Likewise, electric field devices receive commands to control the respective automated process and relay them to certain actuators, such as valves or electrical circuit breakers on. In the event that the electric field device is an electrical protection device, the field device automatically assumes an evaluation of the recorded measured values as to whether the automated process is within its normal operating state. If the electrical protection device detects that the automated process is outside its normal operating state, certain countermeasures, such as the opening of an electrical circuit breaker in an electrical energy supply network, are automatically initiated. An electrical field device of the type mentioned above is known, for example, from the Siemens device manual "SIPROTEC, distance protection 7SA522, V 4.2", order number C53000-G1100-C155-2, for example from chapter 1 "Introduction". The known field device is a distance protection device for monitoring and protecting components of an electrical energy supply network. The known distance protection device has a measuring device which comprises measuring transducers for currents and voltages as well as amplifiers and analog-digital converters. By means of such a measuring device, the measured variables applied to measuring inputs of the electric field device, in this case phase currents and phase voltages which have been detected, for example, at a measuring point of an electrical energy supply network, are processed accordingly for further processing in the electric field device. For this purpose, the measured quantities are transformed by the transducers to a low voltage or current level, if necessary filtered and converted analog-digitally. In the known field device, the measuring device is followed by a computing device in the form of a microprocessor system, with which, inter alia, the detected measured variables for the functioning of the electric field device are processed.
Die Steuerung der Funktionsweise von elektrischen Feldgeräten wird häufig durch das Zusammenspiel einer SteuerungsSoftware, nämlich der so genannten Gerätefirmware, und einer entsprechenden Gerätehardware vorgenommen. Insbesondere bei der Ver- Wendung softwaregesteuerter Feldgeräte stellt sich häufig das Problem eines sicheren Kopierschutzes, mit dem ein Nachbau des jeweiligen elektrischen Feldgerätes verhindert werden kann.. Ansätze zum Erreichen eines Kopierschutzes bei Feldgeräten bestehen beispielsweise darin, zum Ausführen einiger oder aller Funktionen speziell erzeugte Hardwarebausteine, beispielsweise so genannte ASICs einzusetzen, bei denen der Pro- grammablauf durch eine bausteininterne Verschaltung festgelegt ist. Ein solcher Hardwarebaustein ist nur schwer oder sogar gar nicht zu kopieren, für den Hersteller des Feldgerätes aber vergleichsweise teuer in der Entwicklung und der Produktion. Alternativ dazu gibt es Lösungen, bei denen ein Hardwaremodul mit einer speziellen internen Verschaltung für die Ausführung der Gerätesoftware mit dem Feldgerät in Kontakt gebracht werden muss. Ein solches Hardwaremodul bezeichnet man üblicherweise auch als „Dongle". Die Software läuft nur dann ab, wenn der Dongle mit dem Gerät verbunden ist. Auch diese Lösung ist verhältnismäßig aufwändig, außerdem muss der Benutzer des Feldgerätes zur Bedienung des Feldgerätes den Dongle stets mit sich führen.The control of the operation of electric field devices is often made by the interaction of a control software, namely the so-called device firmware, and a corresponding device hardware. In particular, when using software-controlled field devices, the problem often arises of a secure copy protection, with which a replica of the respective electric field device can be prevented. Approaches for achieving copy protection in the case of field devices include, for example, the use of specially generated hardware components, for example so-called ASICs, for executing some or all of the functions, in which the program sequence is determined by a block-internal interconnection. Such a hardware component is difficult or even impossible to copy, but for the manufacturer of the field device comparatively expensive in development and production. Alternatively, there are solutions in which a hardware module with a special internal interconnection for the execution of the device software must be brought into contact with the field device. Such a hardware module is usually referred to as a "dongle." The software runs only when the dongle is connected to the device.This solution is relatively complex, also the user of the field device to operate the field device, the dongle always with them to lead.
Der Erfindung liegt die daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Feldgerät sowie ein Verfahren zum Erzeugen eines einer Messgröße proportionalen Mess'wertes in einem elektrischen Feldgerät anzugeben, wobei mit vergleichsweise geringem Aufwand eine hohe Sicherheit gegen unbefugtes Kopieren des elektrischen Feldgerätes gewährleistet werden kann.The invention is therefore the object of the invention to provide an electrical field device and a method for generating a one measured variable proportional measurement 'value in an electrical field device, with high safety can be ensured against unauthorized copying of the electrical field device with comparatively little effort.
Bezüglich des Feldgerätes wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein elektrisches Feldgerät der oben angegebenen Art gelöst, das eine Parametereinrichtung aufweist, die zumindest einen verschlüsselten Anpassungsparameter bereitstellt, wobei der zumindest eine Anpassungsparameter Messungenauigkeiten der Messeinrichtung berücksichtigt, und die Recheneinrichtung zum Ermitteln des Messwertes aus der Messgröße unter Verwendung des zumindest einen Anpassungsparameters eingerichtet ist. Der besondere Vorteil eines solchen elektrischen Feldgerätes liegt darin, dass auf einfache Weise ein Schutz des elektrischen Feldgerätes gegen unbefugtes Kopieren erreicht werden kann, ohne aufwändige Hardwarekomponenten für das elektrische Feldgerät zu benötigen. Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, dass beim Erfassen von Messgrößen mittels einer Messeinrichtung typischerweise Messungenauigkeiten auftreten. Solche Messungenauigkeiten werden beispielsweise durch das Verhalten von Messaufnehmern (wie z.B. induktive Messwandler) hervorgerufen. Insbesondere bei der Überwachung und Steuerung sensibler automatisierter Prozes.se können Messungenauigkeiten, die die erfassten Messwerte teilweise stark verfälschen können, nicht akzeptiert werden. Daher muss eine Korrektur der während der Messerfassung entstandenen Messungenauigkeiten erfolgen. Eine solche Korrektur muss spezifisch zu der jeweiligen Messeinrichtung erfolgen, da verschiedene Messeinrichtungen üblicherweise auch verschiedene Messungenauigkeiten erzeugen. Dadurch, dass erfindungsgemäß die Korrektur über einen die Messungenauigkeiten der Messeinrichtung berücksichtigenden Anpassungsparameter vorgenommen wird, der innerhalb des Feldgerätes lediglich in verschlüsselter Form vorliegt, kann das jeweilige elektrische Feldgerät sicher gegen ein unbefugtes Kopieren geschützt werden. Beim Kopieren des elektrischen Feldgerätes müsste nämlich ein zu der in dem Plagiat eingesetzten Messeinrichtung passender Anpassungsparameter verwendet werden. Mit dem verschlüsselten Anpassungsparameter des Originalgerätes können bei der Kopie keine Messwerte mit der erforderlichen Genauigkeit erzeugt werden. Da dem Nachbauer des Originalgerätes aber nicht der für den Verschlüsselungsalgorithmus verwendete Schlüssel bekannt ist, mit dem der entsprechend erzeugte Anpassungsparameter des Plagiats verschlüsselt werden müsste, kann er den Anpassungs- parameter nicht in der Parametereinrichtung verschlüsselt ab- speichern. Folglich kann in dem kopierten Feldgerät keine Korrektur des durch die Messungenauigkeiten der Messeinrichtung verfälschten Messwertes erfolgen. Ein solchermaßen angefertigtes Plagiat des Originalgerätes könnte zwar ggf. die Funktionen des elektrischen Feldgerätes ausführen, würde aber aufgrund der nicht kompensierten Messungenauigkeiten nur ungenaue und unsichere Ergebnisse liefern.With regard to the field device, this object is achieved according to the invention by an electric field device of the type specified above which has a parameter device which provides at least one encrypted adaptation parameter, the at least one adaptation parameter taking into account measurement inaccuracies of the measuring device, and the computing device for determining the measured value from the measured variable Use of at least one adjustment parameter is set up. The particular advantage of such an electric field device is that protection of the electric field device against unauthorized copying can be achieved in a simple manner, without requiring expensive hardware components for the electric field device. The invention makes use of the fact that measurement inaccuracies typically occur when acquiring measured variables by means of a measuring device. Such measurement inaccuracies are caused, for example, by the behavior of sensors (such as inductive transducers). In particular, in the monitoring and control of sensitive automated Prozes.se inaccuracies in measurement, which can partially falsify the recorded readings, can not be accepted. Therefore, a correction of the measurement inaccuracies arising during the measurement detection must be made. Such a correction must be specific to the respective measuring device, since different measuring devices usually also produce different measurement inaccuracies. By virtue of the fact that according to the invention the correction is made by means of an adaptation parameter taking into account the measurement inaccuracies of the measuring device, which is present only in encrypted form within the field device, the respective electrical field device can be securely protected against unauthorized copying. Namely, when copying the electric field device, a matching parameter matching the measuring device used in the plagiarism would have to be used. With the encrypted adjustment parameter of the original device, no measurements can be generated with the required accuracy in the copy. However, since the authenticator of the original device is not aware of the key used for the encryption algorithm with which the correspondingly generated adaptation parameter of the plagiarism would have to be encrypted, he can not encrypt the adaptation parameter in the parameter device. to save. Consequently, no correction of the measured value falsified by the measuring inaccuracies of the measuring device can take place in the copied field device. Although such a plagiarism of the original device could possibly perform the functions of the electric field device, but would provide due to the uncompensated measurement inaccuracies only inaccurate and unsafe results.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen FeId- gerätes sieht vor, dass die Parametereinrichtung ein Datenspeicher des Feldgerätes ist, in dem der zumindest eine Anpassungsparameter in verschlüsselter Form gespeichert ist . Auf diese Weise lässt sich vergleichsweise einfach ein verschlüsselter Anpassungsparameter im elektrischen Feldgerät bereitstellen.An advantageous embodiment of the inventive FeId- device provides that the parameter device is a data memory of the field device in which the at least one adaptation parameter is stored in encrypted form. In this way, it is comparatively easy to provide an encrypted adaptation parameter in the electric field device.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feldgerätes weist dieses einen induktiven Messwandler auf. Solche Messwandler sind heutzutage weit verbreitet und bezüglich ihres Einsatzes erprobt. Ebenso ist der Einsatz anderer konventioneller Messwandler, wie kapazitiver Messwandler, oder auch unkonventioneller Messwandler wie z.B. Rogowski -Wandler möglich.According to one embodiment of the field device according to the invention this has an inductive transducer. Such transducers are now widely used and tested for their use. Likewise, the use of other conventional transducers, such as capacitive transducer, or even unconventional transducer such. Rogowski converters possible.
Bezüglich des Verfahrens wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß durch" ein Verfahren zum Erzeugen eines einer Messgröße proportionalen Messwertes in einem elektrischen Feldgerät gelöst, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden: Die Messgröße wird mittels einer Messeinrichtung unter Erzeugen eines Zwischenmesswertes erfasst; ein verschlüsselter Anpassungsparameter, der Messungenauigkeiten der Messeinrichtung berücksichtigt, wird mittels einer Parametereinrichtung bereitgestellt; der Zwischenmesswert und der verschlüsselte Anpassungsparameter werden an eine Recheneinrichtung übertragen; der Anpassungsparameter wird mittels der Rechen- einrichtung entschlüsselt und der Zwischenmesswert wird unter Verwendung des entschlüsselten Anpassungsparameters mittels der Recheneinrichtung unter Bildung des der Messgröße propor- tionalen Messwertes umgerechnet.With regard to the method, the abovementioned object is achieved according to the invention by a method for generating a measured value proportional to a measured variable in an electric field device in which the following steps are carried out: The measured variable is detected by means of a measuring device generating an intermediate measured value, an encrypted adaptation parameter Measurement inaccuracies of the measuring device taken into account, is provided by means of a parameter device, the intermediate measured value and the encrypted adaptation parameter are sent to a computing device transfer; the adaptation parameter is decrypted by means of the computing device and the intermediate measured value is converted using the decrypted adaptation parameter by means of the computing device to form the measured value proportional to the measured variable.
Durch ein solches Verfahren kann das elektrische Feldgerät wie bereits oben beschrieben vergleichsweise aufwandsarm gegen unbefugtes Kopieren geschützt werden.By means of such a method, the electric field device can be protected against unauthorized copying, as described above, with comparatively little effort.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Parametereinrichtung den Anpassungsparameter bereitstellt, wobei der Anpassungsparameter unter Verwendung eines ersten Schlüssels verschlüsselt ist, und die Recheneinrichtung den Anpassungsparameter unter Verwendung eines zweiten Schlüssels entschlüsselt. Die Verwendung eines Softwareschlüsselpaares ist in der softwaregestützten Kryptographie beispielsweise aus dem Bereich der Emailverschlüsselung bekannt und erprobt.An advantageous embodiment of the inventive method provides that the parameter device provides the adaptation parameter, wherein the adaptation parameter is encrypted using a first key, and the computing device decrypts the adaptation parameter using a second key. The use of a software key pair is known and tested in software-based cryptography, for example in the field of email encryption.
In diesem Zusammenhang kann eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darin bestehen, dass die Recheneinrichtung zumindest vor der erstmaligen Entschlüsselung des Anpassungsparameters eine Eingabeaufforde- rung generiert und erst nach Eingabe von einen Identifikationscode enthaltenden Codedaten die Verwendung des zweiten Schlüssels freigibt. Auf diese Weise kann der Sicherheitsstandard des elektrischen Feldgerätes noch weiter erhöht werden, da zur Aktivierung des zweiten Schlüssels der Rechenein- richtung ein Identifikationscode benötigt wird, der nur dem Hersteller oder dem Betreiber des elektrischen Feldgerätes, nicht aber einem unbefugten Nachbauer des elektrischen Feldgerätes bekannt ist. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung .ist in der Figur ein elektrisches Feldgerät in einer Blockschaltbilddarstellung gezeigt. Das elektrische Feldgerät 10 umfasst gemäß der Figur als wesentliche Bausteine eine Messeinrichtung 11, eine Para- metereinrichtung 12 und eine Recheneinrichtung 13. Die Messeinrichtung 11 und die Parametereinrichtung 12 stehen jeweils mit der Recheneinrichtung 13 in elektrischer Verbindung.In this context, a further advantageous embodiment of the method according to the invention can consist in that the arithmetic unit generates an input request at least before the initial decoding of the adaptation parameter and releases the use of the second key only after input of code data containing an identification code. In this way, the security standard of the electric field device can be increased even further, because an identification code is needed to activate the second key of the computing device, which is known only to the manufacturer or the operator of the electric field device, but not an unauthorized Nachbauer of the electric field device , To further explain the invention. In the figure, an electric field device is shown in a block diagram representation. According to the FIGURE, the electrical field device 10 comprises as essential components a measuring device 11, a parameter device 12 and a computing device 13. The measuring device 11 and the parameter device 12 are each in electrical connection with the computing device 13.
Die Messeinrichtung 11 erfasst an Messeingängen 14 eine Mess- große MG, beispielsweise einen elektrischen Strom oder eine elektrische Spannung. Zur Vereinfachung ist in der Figur nur der Eingang für eine einzige Messgröße MG gezeigt. Tatsächlich können jedoch beliebig viele Messgrößen mittels der Messeinrichtung M des elektrischen Feldgerätes 10 erfasst werden. Hierzu ist die Messeinrichtung 11 mit entsprechend vielen Messeingängen auszurüsten.The measuring device 11 detects at measuring inputs 14 a measuring large MG, for example, an electric current or an electrical voltage. For simplicity, only the input for a single measurand MG is shown in the figure. In fact, however, any number of measured variables can be detected by means of the measuring device M of the electric field device 10. For this purpose, the measuring device 11 is equipped with a corresponding number of measuring inputs.
Die Messeinrichtung 11 weist eingangsseitig zunächst einen Aufnehmer für die erfasste Messgröße MG auf, beispielsweise handelt es sich bei dem Aufnehmer um einen Messwandler 15.The measuring device 11 has, on the input side, first a pickup for the detected measured variable MG, for example, the pickup is a measuring transducer 15.
Für den Fall eines elektrischen Stromes als Messgröße MG handelt es sich bei dem Messwandler 15 beispielsweise um einen induktiven Stromwandler. Der Messwandler 15 ist ausgangssei- tig mit einem Verstärker- und Filterbaustein 16 verbunden, mit dem die erfasste und umgesetzte Messgröße MG einer Anpassung durch Verstärkung und Filterung unterzogen wird. Bei dem Verstärker und Filterbaustein 16 handelt es sich um eine optionale Komponente. Es sind folglich auch Messeinrichtungen 11 ohne einen solchen Baustein denkbar.In the case of an electric current as measured variable MG, the measuring transducer 15 is, for example, an inductive current transformer. The transducer 15 is on the output side connected to an amplifier and filter module 16, with which the detected and converted measured variable MG is subjected to an adjustment by amplification and filtering. The amplifier and filter module 16 is an optional component. Consequently, measuring devices 11 without such a module are also conceivable.
Ausgangsseitig ist mit dem Verstärker- und Filterbaustein 16 ein Analog/Digital-Wandler 17 verbunden, der eine Wandlung der analogen Messgröße MG in einen digitalen Zwischenmesswert ZMW vornimmt. Auch der Analog/Digital-Wandler 17 ist eine optionale Komponente.On the output side, an analog / digital converter 17 is connected to the amplifier and filter module 16, which converts the analog measured variable MG into a digital intermediate measured value ZMW makes. Also, the analog-to-digital converter 17 is an optional component.
Der Zwischenmesswert ZMW wird an die Recheneinrichtung 13 übertragen. Da üblicherweise die Messeinrichtung 11, insbesondere der Messwandler 15, mit bestimmten Messungenauigkei- ten behaftet sein wird, entspricht der Zwischenmesswert ZMW noch nicht dem exakten Messwert für die erfasste Messgröße MG. Vielmehr ist der Zwischenmesswert ZMW durch die Messunge- nauigkeit der Messeinrichtung 11 verfälscht. Zur Korrektur des verfälschten Zwischenmesswertes ZMW ist in der Parametereinrichtung 12 ein Anpassungsparameter AP bereitgestellt. Dieser Anpassungsparameter AP ist in dem elektrischen Feldgerät 10 lediglich in verschlüsselter Form vorhanden. Der An- passungsparameter AP wird ebenso wie der Zwischenmesswert ZMW an die Recheneinrichtung 13 übertragen. Die Recheneinrichtung 13 entschlüsselt den Anpassungsparameter AP und berechnet schließlich aus dem Zwischenmesswert ZMW und dem Anpassungs- parameter AP einen korrigierten Messwert MW, der nunmehr von den Messungenauigkeiten der Messeinrichtung 11 befreit ist.The intermediate measured value ZMW is transmitted to the computing device 13. Since usually the measuring device 11, in particular the measuring transducer 15, will be subject to certain measurement inaccuracies, the intermediate measured value ZMW does not yet correspond to the exact measured value for the detected measured variable MG. Rather, the intermediate measured value ZMW is falsified by the measurement inaccuracy of the measuring device 11. In order to correct the falsified intermediate measured value ZMW, an adaptation parameter AP is provided in the parameter device 12. This adaptation parameter AP is present in the electric field device 10 only in encrypted form. The adaptation parameter AP, like the intermediate measured value ZMW, is transmitted to the computing device 13. The computing device 13 decodes the adaptation parameter AP and finally calculates from the intermediate measured value ZMW and the adaptation parameter AP a corrected measured value MW, which is now freed from the measuring inaccuracies of the measuring device 11.
Der endgültig berechnete Messwert MW stellt somit den exakten Messwert für die Messgröße MG am Eingang des elektrischen Feldgerätes 10 dar.The finally calculated measured value MW thus represents the exact measured value for the measured variable MG at the input of the electric field device 10.
Der Anpassungsparameter AP berücksichtigt somit die Messungenauigkeiten der Messeinrichtung 11 des elektrischen Feldgerätes 10. Üblicherweise kann ein solcher Anpassungsparameter im Rahmen beispielsweise eines Kalibrierverfahrens von Testmessungen mit der Messeinrichtung 11 bestimmt werden. Der Anpas- sungsparameter AP muss ferner kein konstanter Wert sein, sondern kann beispielsweise auch eine Funktion einer Eigenschaft der Messgröße, beispielsweise eine Funktion der Frequenz oder des Betrages der Messgröße sein. Hierdurch werden beispiels- weise nichtlineare Wandlerkennlinien des Messwandlers 15 ausgeglichen.The adaptation parameter AP thus takes into account the measurement inaccuracies of the measuring device 11 of the electric field device 10. Usually, such an adaptation parameter can be determined in the context of, for example, a calibration method of test measurements with the measuring device 11. Furthermore, the adaptation parameter AP does not have to be a constant value, but can also be, for example, a function of a property of the measured variable, for example a function of the frequency or the magnitude of the measured variable. This will, for Non-linear transducer characteristics of the transducer 15 balanced.
Dadurch, dass der Anpassungsparameter AP lediglich verschlüs- seit in dem elektrischen Feldgerät 10 vorliegt und verschlüsselt an die Recheneinrichtung 13 übertragen wird, ist das elektrische Feldgerät 10 auf einfache Weise vor einem unbefugten Kopieren geschützt. Sollte nämlich das elektrische Feldgerät bezüglich seiner Hardware und seiner Gerätefirmware nachgebaut werden, müsste für das kopierte Gerät ein zu der entsprechenden kopierten Messeinrichtung passender Anpassungsparameter erzeugt werden. Dieser Anpassungsparameter kann aber nicht in der entsprechenden verschlüsselten Form in der Parametereinrichtung abgelegt werden, weil nur dem Her- steller des Originalgerätes der Schlüssel für den Verschlüsselungsalgorithmus zur Verschlüsselung des Anpassungsparameters bekannt ist. Folglich kann der Anpassungsparameter für das kopierte Gerät zwar erzeugt, aber nicht verschlüsselt werden, so dass der Recheneinrichtung kein entsprechend ver- schlüsselter Anpassungsparameter übermittelt werden kann und somit auch keine Korrektur des Zwischenmesswertes erfolgen kann. Das bedeutet, dass das unberechtigt hergestellte Plagiat des Feldgerätes 10 zwar ggf. Zwischenmesswerte erzeugen kann, diese Zwischenmesswerte aber nicht mit dem Anpassungs- parameter korrigiert werden können, so dass die Messungen ungenau sind und außerhalb der für das Feldgerät 10 geforderten Messtoleranzen liegen.Because the adaptation parameter AP is present only in the electrical field device 10 and is transmitted in encrypted form to the computing device 13, the electric field device 10 is protected from unauthorized copying in a simple manner. If, in fact, the electrical field device should be reconstructed with regard to its hardware and its device firmware, a matching parameter matching the corresponding copied measuring device would have to be generated for the copied device. However, this adaptation parameter can not be stored in the corresponding encrypted form in the parameter device because only the manufacturer of the original device knows the key for the encryption algorithm for encoding the adaptation parameter. Consequently, although the adaptation parameter for the copied device can be generated, it can not be encrypted, so that the computing device can not be sent a correspondingly encrypted adaptation parameter and therefore no correction of the intermediate measured value can take place. This means that the unauthorized plagiarism produced by the field device 10 may possibly produce intermediate measured values, but these intermediate measured values can not be corrected with the adaptation parameter, so that the measurements are inaccurate and outside the measurement tolerances required for the field device 10.
Beispielsweise kann zur Verschlüsselung des Anpassungsparame- ters AP ein Schlüsselpaar eingesetzt werden, wobei der Anpassungsparameter AP mit einem ersten Schlüssel verschlüsselt ist und die Recheneinrichtung 13 den verschlüsselten Anpassungsparameter AP unter Verwendung eines zweiten Schlüssels entschlüsselt. Es ist jedoch auch möglich, lediglich einen Schlüssel zu verwenden, der zur Ver- und Entschlüsselung eingesetzt wird.For example, a key pair can be used to encrypt the adaptation parameter AP, wherein the adaptation parameter AP is encrypted with a first key and the computing device 13 decrypts the encrypted adaptation parameter AP using a second key. However, it is also possible, only one Key to be used for encryption and decryption.
Um die Sicherheit gegen Kopieren noch weiter zu erhöhen, kann in besonderen Fällen vorgesehen sein, dass zumindest vor dem ersten Messvorgang mit dem elektrischen Feldgerät 10, beispielsweise bei der Inbetriebnahme von dem Hersteller des elektrischen Feldgerätes z. B. über eine Eingabetastatur des elektrischen Feldgerätes Codedaten mit einem Identifizie- rungscode zur Aktivierung des privaten Schlüssels der Recheneinrichtung 13 eingegeben werden müssen. Ohne die Eingabe des korrekten Identifizierungscodes kann in diesem Fall die Recheneinrichtung 13 nicht den zweiten Schlüssel aktivieren und somit den Anpassungsparameter AP nicht entschlüsseln. Das Vorsehen einer solchen Eingabe von Codedaten stellt aber nur eine optionale Komponente zum Schutz des Feldgerätes gegen Kopieren dar.In order to increase the security against copying even further, it may be provided in special cases that, at least before the first measuring operation with the electric field device 10, for example during commissioning by the manufacturer of the electric field device z. For example, code data with an identification code for activating the private key of the computing device 13 must be entered via an input keyboard of the electric field device. In this case, without the input of the correct identification code, the computing device 13 can not activate the second key and thus not decrypt the adaptation parameter AP. However, the provision of such input of code data is only an optional component for protecting the field device against copying.
Die Parametereinrichtung 12 kann im einfachsten Fall ein her- kömmlicher Datenspeicher sein, in dem der Anpassungsparameter AP verschlüsselt abgespeichert ist. Zur Erhöhung der Sicherheit gegen Kopieren können als Parametereinrichtung 12 spezielle Datenspeicher eingesetzt werden, die gegen ein unbefugtes Auslesen gesichert sind. In the simplest case, the parameter device 12 can be a conventional data memory in which the adaptation parameter AP is stored in encrypted form. To increase the security against copying can be used as a parameter device 12 special data storage, which are secured against unauthorized reading.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrisches Feldgerät (10) mit - einer Messeinrichtung (11) zum Erfassen einer Messgrδße (MG) und1. An electric field device (10) with - a measuring device (11) for detecting a measured variable (MG) and
- einer Recheneinrichtung (13) zum Ermitteln eines Messwertes (MG) aus der Messgrδße (MG) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - das Feldgerät (10) eine Parametereinrichtung (12) aufweist, die zumindest einen verschlüsselten Anpassungsparameter (AP) bereitstellt, wobei der zumindest eine Anpassungsparameter (AP) Messungenauigkeiten der Messeinrichtung (11) berücksich- tigt, und - die Recheneinrichtung (13) zum Ermitteln des Messwertes (MW) aus der Messgröße (MG) unter Verwendung des zumindest einen Anpassungsparameters (AP) eingerichtet ist .- a computing device (13) for determining a measured value (MG) from the measured quantity (MG), characterized in that - the field device (10) has a parameter device (12) which provides at least one encrypted adaptation parameter (AP), wherein the at least one Adjustment parameter (AP) Measurement inaccuracies of the measuring device (11) taken into account, and - the computing device (13) for determining the measured value (MW) from the measured variable (MG) is set using the at least one adjustment parameter (AP).
2. Elektrisches Feldgerät (10) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass2. An electric field device (10) according to claim 1, characterized in that a
- die Parametereinrichtung (12) ein Datenspeicher des Feldgerätes (10) ist, in dem der zumindest eine Anpassungsparameter- The parameter means (12) is a data memory of the field device (10), in which the at least one adaptation parameter
(AP) in verschlüsselter Form gespeichert ist.(AP) is stored in encrypted form.
3. Elektrisches Feldgerät nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass3. An electric field device according to claim 1 or 2, d a d e r c h e c e n e c e s in that
- die Messeinrichtung (11) einen induktiven Messwandler ura- fasst .- The measuring device (11) an inductive transducer ura- sums.
4. Verfahren zum Erzeugen eines einer Messgröße (MG) proportionalen Messwertes (MW) mit einem elektrischen Feldgerät4. A method for generating a measured variable (MG) proportional to measured value (MW) with an electric field device
(10) , bei dem folgende Schritte durchgeführt werden:(10), in which the following steps are performed:
- Erfassen der Messgröße (MG) mittels einer Messeinriσhtung- Detecting the measured variable (MG) by means of a Messeinriσhtung
(11) unter Erzeugen eines Zwischenmesswertes (ZMW) ; - Bereitstellen eines verschlüsselten Anpassungsparameters (AP) , der Messungenauigkeiten der Messeinrichtung (11) berücksichtigt, mittels einer Parametereinrichtung (12);(11) generating an intermediate reading (ZMW); - providing an encrypted adaptation parameter (AP), which takes into account measurement inaccuracies of the measuring device (11), by means of a parameter device (12);
- Übertragen des Zwischenmesswertes (ZMW) und des verschlüs- selten Anpassungsparameters (AP) an eine Recheneinrichtung- Transmission of the intermediate measured value (ZMW) and the encrypted adaptation parameter (AP) to a computing device
(13);(13);
- Entschlüsseln des Anpassungsparameters (AP) mittels der Recheneinrichtung (13) ;- decrypting the adaptation parameter (AP) by means of the computing device (13);
- Umrechnen des Zwischenmesswertes (ZMW) unter Verwendung des entschlüsselten Anpassungsparameters (AP) mittels der Recheneinrichtung (13) unter Bildung des der Messgröße (MG) proportionalen Messwertes (MW) .- Converting the intermediate measured value (ZMW) using the decrypted adjustment parameter (AP) by means of the computing device (13) to form the measured value (MW) proportional to the measured variable (MG).
5. Verfahren nach Anspruch 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass5. The method of claim 4, wherein a
- die Parametereinrichtung (12) den Anpassungsparameter (AP) bereitstellt, wobei der Anpassungsparameter (AP) unter Verwendung eines ersten Schlüssels verschlüsselt ist, und- the parameter means (12) provides the adaptation parameter (AP), wherein the adaptation parameter (AP) is encrypted using a first key, and
- die Recheneinrichtung (12) den Anpassungsparameter (AP) unter Verwendung eines zweiten Schlüssels entschlüsselt.- The computing means (12) decrypts the adaptation parameter (AP) using a second key.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass6. The method according to claim 5, characterized in that a
- die Recheneinrichtung (13) zumindest vor der erstmaligen Entschlüsselung des Anpassungsparameters (AP) eine Eingabeaufforderung generiert und erst nach Eingabe von einen Identifikationscode enthaltenden Codedaten die Verwendung des zweiten Schlüssels freigibt. - The computing device (13) at least prior to the initial decryption of the adaptation parameter (AP) generates a prompt and only after entering code data containing an identification code releases the use of the second key.
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