WO2006128398A1

WO2006128398A1 - Redundante übertragung von datentelegrammen für die leittechnik von hgü-systemen

Info

Publication number: WO2006128398A1
Application number: PCT/DE2005/001025
Authority: WO
Inventors: Anja Ackermann; Michael Festor; Frank Greiner
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2006-12-07
Also published as: CN101194454A; DE112005003659A5; US20080178056A1; EP1886433A1; US8065580B2

Abstract

Verfahren zum sicheren Übertragen von Datentelegrammen zwischen wenigstens einer Sendeeinheit (5a) und wenigstens einer Empfangseinheit (1a) einer HGÜ-Anlage. Dabei ist jede Sendeeinheit (5a) über wenigstens zwei Verbindungskanäle (4a, 4b) mit jeder Empfangseinheit (5a) verbunden. Jedes Datentelegramm ist mit einem das Datentelegramm eindeutig kennzeichnenden Telegrammzähler versehen und jede Sendeeinheit (5a) sendet das Datentelegramm über alle Verbindungskanäle (4a, 4b) zu jeder Empfangseinheit (la). Dabei wird der Telegrammzähler mit einer Inkrementierungsregel berechnet, die durch das Versenden der Datentelegramme getaktet wird. Jede Empfangseinheit (la) berechnet unter Anwendung der gleichen Inkrementierungsregel, die durch den Empfang von Datentelegrammen getaktet wird, einen Vergleichszähler. Jede Sendeeinheit (5a) speichert bereits gesendete Datentelegramme in einem Sendepuffer und die Empfangseinheit vergleicht den Telegrammzähler jedes empfangenen Datentelegramms mit dem Vergleichszähler. Bei einer fehlenden Übereinstimmung von Telegrammzähler und Vergleichszähler wird eine Wiederholungsanforderung an die Sendeeinheit (5a) zum Senden eines mit einem dem Vergleichszähler entsprechenden Telegrammzähler gesendet. Nach dem Empfang der Wiederholungsanforderung greift die Sendeeinheit (5a) auf den Sendepuffer zu und das Datentelegramm, dessen Telegrammzähler dem durch die Wiederholungsanforderung empfangenen Vergleichszähler entspricht, wird über alle Verbindungskanäle (4a, 4b) gesendet. Das Verfahren ermöglicht einen schnelleren Datenaustausch zwischen Sende- und Empfangseinheit einer HGÜ-Anlage und wird gleichzeitig den erhöhten Sicherheitsanforderungen einer solchen Anlage gerecht.

Description

Beschreibung

Redundante Übertragung von Datentelegrammen für die Leittechnik von HGÜ-Systemen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sicheren Übertragen von Datentelegrammen zwischen wenigstens einer Sendeeinheit und wenigstens einer Empfangseinheit einer HGÜ-Anlage, wobei jede Sendeeinheit über wenigstens zwei Verbindungskanäle mit jeder Empfangseinheit verbunden ist, bei dem jedes Datentele- gramm mit einem das Datentelegramm eindeutig kennzeichnenden Telegrammzähler versehen wird und jede Sendeeinheit das Datentelegramm über alle Verbindungskanäle zu jeder Empfangseinheit sendet, wobei der Telegrammzähler mit einer Inkremen- tierungsregel berechnet wird, die durch das Versenden der Datentelegramme getaktet und jede Empfangseinheit unter Anwendung der gleichen Inkrementierungsregel, die durch den Empfang von Datentelegrammen getaktet wird, einen Vergleichszähler berechnet .

Ein solches Verfahren ist aus dem landläufigen Stand der Technik bereits bekannt. So werden Sende- und Empfangseinheit vorbekannter HGÜ-Anlagen über redundante Verbindungskanäle verbunden, von denen bei Normalbetrieb ein Verbindungskanal als im Normalfall verwendeter Vorzugskanal und ein weiterer Verbindungskanal als im Normalbetrieb nicht aktiver Ausweichskanal eingesetzt wird. Beim Versenden von Datentelegrammen trägt die Sendeeinheit einen Telegrammzähler in jedes Datentelegramm ein, welcher das Datentelegramm eindeutig kennzeichnen. Hierzu wird üblicherweise eine einfache Inkrementierungsregel eingesetzt, wie beispielsweise eine natürliche Zahl „n", die durch jedes Takten um 1 erhöht wird: n = n + 1. Anschließend wird das Datentelegramm zur Empfangseinheit gesendet. Die Empfangseinheit empfängt das Datentelegramm, wobei die Empfangseinheit unter Anwendung der gleichen Inkre- mentierungsregel einen Vergleichszähler oder Quittierungszäh- ler berechnet und anschließend den Vergleichszähler zurück an den Sender überträgt. Der Sender vergleicht den Telegrammzäh- ler mit dem Vergleichszähler. Bei einer Übereinstimmung, also bei einem positiven Vergleich, wird der Telegrammzähler mit Hilfe der Inkrementierungsregel erhöht und ein neues Datentelegramm mit dem erhöhten Telegrammzähler an die Empfangseinheit gesendet. Bis zu einer Übereinstimmung von Telegrammzäh- ler und Vergleichszähler versendet die Sendeeinheit Datentelegramme gleichen Inhalts. Wird kein positiver Vergleich innerhalb des zuvor festgelegten Zeitraumes erreicht, wird eine Fehlermeldung ausgegeben und es erfolgt ein Umschalten auf den Ausweichskanal.

Dem vorbekannten Verfahren haftet der Nachteil an, dass in einem Störfall Totzeiten bis zu 10 Sekunden entstehen können. Aufgrund der ständig zurückgespiegelten Vergleichszähler kommt es ferner zu einer erhöhten Übertragungsdauer von aktu- eilen Daten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das einen schnelleren Datenaustausch zwischen Sende- und Empfangseinheiten einer HGÜ-Anlage ermöglicht und das gleichzeitig den erhöhten Sicherheitsanforderungen einer solchen Anlage gerecht wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass jede Sendeeinheit bereits gesendete Datentelegramme in einem Sendepuffer speichert und dass die Empfangseinheit den Telegrammzähler jedes empfangenen Datentelegramms mit dem Vergleichszähler vergleicht, wobei bei einer fehlenden Übereinstimmung zwischen Telegrammzähler und Vergleichszähler oder bei Ausbleiben einer Übereinstimmung innerhalb einer Wartedauer nach Empfang eines Datentelegramms eine Wiederholungsanforderung an die Sendeeinheit zum Senden eines Datentelegramms mit einem dem Vergleichszähler entsprechenden Telegrammzähler gesendet wird, die Sendeeinheit nach Empfang der Wiederholungs- anforderung auf den Sendepuffer zugreift und das Datentelegramm über alle Verbindungskanäle sendet, dessen Telegrammzähler dem durch die Wiederholungsanforderung empfangenen Vergleichszähler entspricht.

Im Rahmen der Erfindung wird der Vergleich zwischen Telegrammzähler und Vergleichszähler nicht mehr allein von der Sendeeinheit durchgeführt. Ein zeitintensives Spiegeln jedes Telegrammzählers eines Datentelegramms durch die Empfangseinheit unter Zusatz des Vergleichszählers entfällt erfindungs- gemäß. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit der Übertragung von Datentelegrammen beträchtlich erhöht . Ferner wird die Belastung der Verbindungskanäle herabgesetzt. Im Rahmen der Erfindung vergleicht die Empfangseinheit Telegrammzähler und Vergleichszähler auf Übereinstimmung. Erst bei fehlender Übereinstimmung erfolgt die Versendung einer Wiederholungsanforderung an die Sendeeinheit. Die Sendeeinheit durchsucht den in ihr eingerichteten Sendepuffer nach Datentelegrammen, die einen Telegrammzähler aufweisen, der mit dem Vergleichszähler der Wiederholungsanforderung übereinstimmt. Nach dem Auffinden des besagten Datentelegramms wird dieses erneut über alle Verbindungskanäle an die Empfangseinheiten gesendet. Eine Wiederholungsanforderung wird im Rahmen der Erfindung nur bei fehlender Übereinstimmung von der Empfängereinheit an die Sendeeinheit übertragen. Mit anderen Worten wird eine Wiederholungsanfrage gesendet, wenn die Empfangseinheit ein Datentelegramm vermisst. Dies bedeutet, dass nach Empfang eines Datentelegramms, das in der vorgegebenen Taktfolge dem zuletzt empfangenen Datentelegramm nicht unmittelbar folgt, sondern gemäß der Inkrementierungsregel beispielsweise dem übernächsten Datentelegramm entspricht, eine Wiederholungsanfrage für das unmittelbar folgende oder nächste Datentelegramm gesendet wird.

Abweichend hiervon wird die Wiederholungsanfrage bereits vor dem Empfang des übernächsten Datentelegramms versendet, wenn nach dem Empfangszeitpunkt des zu letzt empfangenen Datentelegramms eine parametrierbare Wartedauer abgelaufen ist. Die Wartedauer endet zweckmäßigerweise kurz vor dem möglichen Empfang des übernächsten Datentelegramms.

Zweckmäßigerweise wird die Wiederholungsanforderung in festen Zeitabständen kontinuierlich wiederholt, bis die Empfangseinheit ein Datentelegramm empfängt, dessen Telegrammzähler dem Vergleichszähler der Wiederholungsanforderung entspricht. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Wiederholungsanfrage nur zweimal wiederholt.

Zweckmäßigerweise lehnt die Empfangseinheit den Empfang von Datentelegrammen ab, deren Telegrammzähler demjenigen bereits empfangener Datentelegramme entspricht. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist das Einrichten eines Vorzugsbusses und eines nur im Bedarfsfalle eingesetzten Ausweichsbusses überflüssig geworden. Im Rahmen dieser Wei- terentwicklung der Erfindung werden die Verbindungskanäle vielmehr gleichrangig eingesetzt, wobei es der Empfangseinheit gleichgültig ist, über welchen Verbindungskanal sie ein Datentelegramm erhält. Die Verwendung oder Ablehnung des empfangenen Datentelegramms ist allein davon abhängig, ob ein positiver Vergleich zwischen dem Telegrammzähler des empfangenen Datentelegramms bereits stattgefunden hat oder nicht.

Vorteilhafterweise sind wenigstens zwei Sendeeinheiten vorgesehen, die zueinander gleiche Datentelegramme mit gleichen Telegrammzählern versenden. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung werden die Sendeeinheiten redundant ausgelegt, so dass beim Ausfall einer Sendeeinheit die zweite oder Ersatzsendeeinheit die Funktion der ausgefallenen Sendeeinheit übernehmen kann.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass wenigstens zwei Empfangseinheiten eingesetzt werden, wobei jede Empfangseinheit zum Versenden von Wiederholungsanfragen eingerichtet ist. Gemäß dieser zweckmäßigen Weiterentwicklung sind auch die Empfangseinheiten redundant ausgelegt mit einer erhöhten Betriebssicherheit der HGÜ-Anlage im Gefolge.

Zweckmäßigerweise speichert jede Empfangseinheit die empfan- genen Datentelegramme in einem Empfangspuffer ab. Der Empfangspuffer ist beispielsweise ein so genannter First-In- First-Out-Speicher, wobei die empfangenen Datentelegramme in Abhängigkeit ihres Telegrammzählers in den Empfangspuffer abgelegt werden. Dies weist den Vorteil auf, dass beim Ausblei- ben eines Datenpaketes oder mit anderen Worten bei Aussenden einer Wiederholungsanforderung auch vor dem Empfang des fehlenden Datentelegramms der Empfang anderer Datentelegramme fortgesetzt werden kann. Das in Folge einer Wiederholungsanforderung empfangene Datentelegramm wird dann nachträglich in den für ihn frei gehaltene Adresse des Speichers eingeordnet. Die Auswertung der Daten erfolgt jedoch in zeitlich korrekter Reihenfolge. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des Datenaustausches erhöht. Die Adressierung von Speicherplätzen anhand von Zeigern oder dergleichen ist dem Fachmann bestens bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht .

Vorteilhafterweise ist die Speicherkapazität des Sendepuffers konfigurierbar. Auf diese Weise ist das Verfahren schnell und unkompliziert an unterschiedlichste Anforderungen bei der Hochspannungsgleichstromübertragung anpassbar .

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsge- mäßen Verfahrens wird das Datentelegramm mittels eines verbindungslosen und quittierungsfreien Übertragungsprotokolls gesendet. Ein solches Übertragungsprotokoll ist beispielsweise das UDP-Broadcast-Protokoll . Das UDP-Broadcast-Proto- koll ist als solches dem Fachmann bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.

Verbindungslose und quittierungsfreie Protokolle weisen den Vorteil auf, dass diese eine besonders schnelle Datenübertragung ermöglichen, wobei die erfolgreiche Herstellung der Verbindung protokollseitig nicht überprüft wird.

Abweichend hiervon wird zur Übertragung der Datentelegramme ein TCP/IP-Protokoll verwendet. Das TCP/IP-Protokoll ist ein quittierungspflichtiges und verbindungsorientiertes Programm.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei die

Figur eine schematische Darstellung eines

Verbindungsnetzes einer HGÜ-Anlage verdeutlicht.

Figur 1 zeigt schematisch ein Verbindungsnetz 1 einer HGÜ-An- läge. Die HGÜ-Anlage weist eine Reihe von redundanten Schutzgeräten Ia, Ib oder Steuerungsgeräten 2a, 2b auf, die zur Steuerung der Bauteile einer nicht gezeigten Umrichterstation einer HGÜ-Anlage eingesetzt werden. Die einer ersten Umrich- terstation zugeordneten Bestandteile des Verbindungsnetzes 1 sind mit dem Bezugszeichen 3 versehen.

Jedes Schutzgerät ist über einen redundanten Verbindungskanal 4a und 4b mit einer ebenfalls redundant ausgestalteten Bedienstation 5a beziehungsweise 5b verbunden. Die Bedienstationen 5a und 5b weisen jeweils eine Bildschirmeinheit 6 auf. Die Verbindungskanäle 4a und 4b umfassen ferner so genannte Switches 7 und Router 8, die eine Adressierung beim Datenaus- tausch vereinfachen. Die der ersten Umrichterstation zugeordneten Bestandteile des Verbindungsnetzes 3 sind über eine hier schematisch sehr kurz dargestellte, in der Praxis jedoch längere und redundant ausgelegte Verbindungsleitung 9a und 9b mit den Komponenten 10 des Verbindungsnetzes 1 verbunden, die einer zweiten Umrichterstation der HGÜ-Anlage zugeordnet sind. Die zweite Umrichterstation umfasst der ersten Umrichterstation entsprechend redundante Schutzgeräte Ia und Ib beziehungsweise Steuerungseinheiten 2a und 2b, die über Verbindungskanäle 4a beziehungsweise 4b wieder mit Bedienstation 5a und 5b verbunden sind.

Der Datenaustausch zwischen den Bedienstationen 5a und beispielsweise dem Schutzgerät Ia erfolgt mittels eines UDP- Broadcast-Protokolls . Bei der Kommunikation zwischen der Be- dienstation 5a und dem Schutzgerät Ia tritt beispielsweise die Bedienstation 5a als Sendeeinheit auf. Die Bedienstation verfügt über eine interne Logik, welche von Hand eingegebene Steuerungsbefehle eines Benutzers in ein Datentelegramm umsetzt. Ferner wird ein Telegrammzähler, der durch das Aussen- den eines Datentelegramms um die Zahl 1 inkrementiert wird, beigefügt. Das Telegramm wird anschließend von der Bedienstation 5a über den Verbindungskanal 4a sowie über den Verbindungskanal 4b an die Empfangseinheit in Form des Schutzgerätes Ia gesendet. Das Schutzgerät Ia hat nach dem Empfang ei- nes vorherigen Datentelegramms einen Vergleichszähler, der nach der gleichen Inkrementierungsregel wie der Telegrammzäh- ler der Bedienstation inkrementiert wird, erhöht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Datentelegramm über den Verbindungskanal 4a vor dem inhaltsgleichen Datentelegramm des Verbindungskanals 4b empfangen. Das Schutzgerät Ia vergleicht den Telegrammzähler des Datentelegramms mit dem Vergleichszähler. Diese stimmten überein, woraufhin das Schutzgerät Ia das Datentelegramm in den Empfangspuffer zur weite- ren Verarbeitung abspeichert. Der Datenaustausch ist abgeschlossen .

Bei einer Störung des Verbindungskanals 4a empfängt das Schutzgerät Ia das Datentelegramm über den ungestörten Daten- kanal 4b.

Geht ein Datentelegramm bei der Übertragung von der Bedienstation 5a auf das Schutzgerät Ia in beiden Übertragungskanälen 4a und 4b verloren, empfängt das Schutzgerät Ia ein Da- tentelegramm, dessen Telegrammzähler gegenüber dem zuletzt vom Schutzgerät Ia empfangenen Telegrammzähler um zwei Inkre- mentierungsschritte oder mehr erhöht ist. Daraufhin sendet das Schutzgerät eine Wiederholungsanforderung an die Bedienstation 5a, wobei die Wiederholungsanforderung den Vergleichs- Zähler aufweist, welcher dem Telegrammzähler des nicht empfangenen Datentelegramms entspricht . Nach Empfang der Wiederholungsanfrage greift die Bedienstation 5a in Abhängigkeit des mit der Wiederholungsanfrage empfangenen Vergleichszählers auf einen Sendepuffer zu, in dem die kürzlich abgesand- ten Datentelegramme zwischengespeichert werden. Anschließend sendet die Bedienstation 5a erneut ein Datentelegramm, dessen Telegrammzähler dem Vergleichszähler der Wiederholungsanfrage entspricht, an die Empfangseinheit in Form des Schutzgerätes Ia. Die Kommunikation der Schutzgeräte Ia, Ib und der Steuerungseinheit erfolgt auf der Grundlage eines TCP/IP-Protokolls .

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum sicheren Übertragen von Datentelegrammen zwischen wenigstens einer Sendeeinheit (5a) und wenigstens einer Empfangseinheit (Ia) einer HGÜ-Anlage, wobei jede Sendeeinheit (5a) über wenigstens zwei Verbindungskanäle (4a, 4b) mit jeder Empfangseinheit (5a) verbunden ist, bei dem jedes Datentelegramm mit einem das Datentelegramm eindeutig kennzeichnenden Telegrammzähler versehen wird und jede Sende- einheit (5a) das Datentelegramm über alle Verbindungskanäle (4a, 4b) zu jeder Empfangseinheit (Ia) sendet, wobei der Telegrammzähler mit einer Inkrementierungsregel berechnet wird, die durch das Versenden der Datentelegramme getaktet und jede Empfangseinheit (Ia) unter Anwendung der gleichen Inkremen- tierungsregel, die durch den Empfang von Datentelegrammen getaktet wird, einen Vergleichszähler berechnet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jede Sendeeinheit (5a) bereits gesendete Datentelegramme in einem Sendepuffer speichert und dass die Empfangseinheit den Telegrammzähler jedes empfangenen Datentelegramms mit dem

Vergleichszähler vergleicht, wobei bei einer fehlenden Übereinstimmung zwischen Telegrammzähler und Vergleichszähler oder bei Ausbleiben einer Übereinstimmung innerhalb einer Wartedauer nach Empfang eines Datentelegramms eine Wiederho- lungsanforderung an die Sendeeinheit (5a) zum Senden eines

Datentelegramms mit einem dem Vergleichszähler entsprechenden Telegrammzähler gesendet wird, die Sendeeinheit (5a) nach Empfang der Wiederholungsanforderung auf den Sendepuffer zugreift und das Datentelegramm über alle Verbindungskanäle (4a, 4b) sendet, dessen Telegrammzähler dem durch die Wiederholungsanforderung empfangenen Vergleichszähler entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Empfangseinheit (Ia) den Empfang von Datentelegrammen ablehnt, deren Telegrammzähler demjenigen bereits empfangener Datentelegramme entspricht.

3. Verfahren 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 , dass wenigstens zwei Sendeeinheiten (5a, 5b) vorgesehen sind, die zueinander gleiche Datentelegramme mit gleichen Telegrammzäh- lern versenden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass wenigstens zwei Empfangseinheiten (Ia, Ib) eingesetzt werden, wobei jede Empfangseinheit (Ia, Ib) zum Versenden von Wieder- holungsanfragen eingerichtet ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jede Empfangseinheit die empfangenen Datentelegramme in einem Empfangspuffer abspeichert.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Speicherkapazität des Sendepuffers konfigurierbar ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Datentelegramm mittels eines verbindungslosen und quit- tierungsfreien Übertragungsprotokolls gesendet wird.