WO2012175135A1 - Redundanter betrieb einer automatisierungsanlage - Google Patents

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WO2012175135A1
WO2012175135A1 PCT/EP2011/060545 EP2011060545W WO2012175135A1 WO 2012175135 A1 WO2012175135 A1 WO 2012175135A1 EP 2011060545 W EP2011060545 W EP 2011060545W WO 2012175135 A1 WO2012175135 A1 WO 2012175135A1
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Götz NEUMANN
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for redundantly operating an automation system, in which electrical Feldge ⁇ boards of the automation system with electrical Leiticiden the automation system from exchanging a built in a dual star topology communication network data messages, wherein a first in a first star topology of the communication network Network component is provided, with which the field devices and the Leiticide are connected via a respective first communication link, and in a second star structure of the communication network, a second network component is provided with which the field devices and the
  • Controllers are connected via a respective second communication link.
  • the invention also relates to an electric field device which is set up for redundant operation in such an automation system.
  • Automation systems are used for the automation of systems, eg for the automation of electrical energy supply systems, such as electrical energy supply networks or electrical switchgear, and usually include so-called field devices, which are arranged in the vicinity of primary components of the corresponding system, eg the electrical energy supply network.
  • field devices which are arranged in the vicinity of primary components of the corresponding system, eg the electrical energy supply network.
  • the electrical field devices usually record measured values which describe the operating state of the respective primary components of the electrical energy supply network. These measured values can either be stored or assigned to the respective field device superordinate control and monitoring components, so-called control devices of the automation system. be directed.
  • a plurality of data telegrams to be transmitted for controlling and surveil ⁇ monitoring of the plant.
  • Many automated systems also require high reliability.
  • a redundant structure which is preferred to ⁇ special in the People's Republic of China, is to provide a communication network in a so-called double star structure.
  • a first star structure a first network component (for example a switch or egg ⁇ NEN router), connected to the all field devices and all the control stations of the automation system (or at least one together quantitative ⁇ belonging part of the automation system) via a first communication link.
  • a second star structure which has a second network component, with which all field devices and all Leitgerä ⁇ te the automation system (or at least one together belonging ⁇ part of the automation system) are connected via a second communication link.
  • the term "communication connection” is intended below to include the complete transmission path between the respective field ⁇ or Leitterrorism and the network component, so so ⁇ probably existing (wired or wireless) transmission medium and its physical, communication ⁇ technical and logical connection to the respective field ⁇ or control device (eg, interfaces, communication devices, protocol stacks) include.
  • the redundant structure of the communication network to be ensured that even when a failure of a Kom ⁇ munikationsitati between a network component and a control station, the transmission of data telegrams via the communication network is guaranteed.
  • OSI Open Systems Interconnection
  • the use of two communication devices and two media access controllers is comparatively expensive and due to the two MAC addresses per field device auf ⁇ maneuvering in the parameterization, which includes, for example, the definition of address tables of the network components.
  • the invention is therefore based on the object, a less expensive and less expensive solution to the redundant
  • the invention provides that the field devices a stipulatezugangssteue- each having exactly approximating means having a first communication port that communicates with the first network component in United ⁇ connection and is enabled to send and receive data messages via the first communication link, and having a second communication port which is in communication and deactivated via the second communication connection with the second network component;
  • the first network component leads to a monitoring of the individual first communication links with the control devices and generates in case of failure of a communication ⁇ connection a failure telegram that is sent to the field devices.
  • the respective field device deactivates its active first communication port and activates its inactive second communication port for sending and receiving data messages ⁇ programs via the second communication link.
  • the network component itself carries out a monitoring of the currently active communication connection with the control devices and sends a failure message to the field devices in the event of a failure of a communication connection.
  • the field devices deactivate their previously active first communication port and activate their previously inactive second communication port. This then takes place the further transmission (sending and receiving) of data telegrams with the second network component. Since the second network component is connected to the control devices by means of its own second communication connections, the failed (first) communication connection between the relevant control device and the first network component can thereby be bypassed.
  • the field devices themselves can monitor the first communication connections to the first network component directly originating from them, it is sufficient for the redundancy monitoring if the network components monitor the communication connections with the control devices, which are not visible from the field devices, while monitoring and possibly redundancy switching field device side communication connections can be made by the field devices themselves.
  • Eie advantageous embodiment of the inventive method provides that the respective field device transmits in further response to receipt of the failure telegram via its activated second communication ports via the second Kom ⁇ munikationsinstitut a registration message to the second network component, which causes the second network component to conform to such that its second communication port is used for zukünf ⁇ term transmission of data telegrams to the respective field device.
  • the second network component may retooling ih ⁇ re used for transmission of data telegrams address tables according to the form that for data transmission with the MAC address of the respective field device now is used at the second communication port.
  • a further advantageous embodiment also provides that the data telegrams exchanged between the field devices and the control devices serve to control and / or monitor an electrical energy supply system.
  • the deactivation of the first communication port and the Ak ⁇ tiv réelle the second communication port are made by a unit provided in the media access control redundancy control unit.
  • the redundancy switchover to the link layer level (layers 2 to 3) of the OSI layer model can be carried out and thus does not constitute a workload for the application of the field device carrying out the communication.
  • the failure telegram is transmitted only to those selected field devices that carry out an exchange of data telegrams with the be from the failed first communication connection be control unit.
  • a selective redundancy switchover can be carried out virtually only those affected by the failure of the communication connection with the control device in question, from which those field devices which in any case do not exchange data with the control device in question remain unaffected.
  • a trap message according to the SNMP protocol is USAGE ⁇ det.
  • Trap messages are defined in the SNMP short data messages ⁇ programs that Report events to all or selected recipients.
  • IEC 61850 IEC - International Electrotechnical Commission
  • IEC 61850 is currently the most important communication standard in the field of energy automation. According to the
  • GOOSE Generic Object Oriented Substation Events
  • a further advantageous embodiment of the invention shown KISSING method provides furthermore that as control stations network control be used in a network control center of an electrical power plant.
  • control devices are provided in a network control center of the energy supply system, that is arranged on the cry ⁇ ⁇ th hierarchical level of the automation system, while the field devices near the process (ie in the vicinity of the primary components) are provided, that are arranged on the lowest hierarchical level of the automation system.
  • the double star structure of the communi ⁇ cation network extends across all hierarchical levels of automation ⁇ optimization unit.
  • an electric field device for use in an automation system with a communication device which is set up for exchanging data telegrams with network components of a communication network of the automation system constructed in a double star structure.
  • the Kommunikati ⁇ ons which has a first communication port adapted for communicating over a first communication connection with a first network component and which is activated and which has a second communication port, adapted for communication via a second Kommunikati ⁇ onsimpl with a second network component and which is deactivated
  • the Rulezugangs horrungs- means a redundancy control unit which is adapted, in response to the receipt of a failure ⁇ telegram from the first network component, from a ⁇ indicates a first communication connection with a control device of the automation system to disable its active first communication port and to activate its inactive two ⁇ th communication port.
  • a car ⁇ matmaschinesstrom with several electrical field devices according to claim 9, a plurality of electrical Leiticiden and constructed in a double star topology communication network, wherein a first network component is provided in a first star topology of the communication network with which the field devices and the control stations are connected via a respective first communications link and a second network component is provided in a second star topology of the communication network with which the field devices and the control stations a second Lichtunikationsverbin ⁇ dung are connected via in each case, and wherein the first network component for monitoring the individual first communication links with the control devices and for generating a failure telegram in case of failure of a first communication connection with a control device and for sending the Ausfalltele ⁇ gram to the Feldg is furnished.
  • Figure 1 is a schematic representation of a Automati ⁇ séessstrom with a communication network in double star structure
  • FIG. 2 shows the automation system of Figure 1, in which a first communication connection has failed.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an automation ⁇ stechniksstrom 10, which is an energy automation system for controlling and / or monitoring of a not shown in Figure 1 in accordance with this execution example ⁇ should act electrical power supply system, for example an electrical power supply system ⁇ rule.
  • the automation ⁇ stechniksstrom 10 includes electrical field devices IIa, IIb, 11c, in which it can act appliances or control units, for example, protective equipment, instrumentation.
  • 10 electrical control devices 12a, 12b, 12c are provided in the automation system, which may be, for example, Leitstel ⁇ lentechnik (eg analysis computer, workstations, servers) of a network control center of the power plant.
  • a Kommunikati ⁇ onsnetztechnik 13 is provided, which is constructed to achieve a redundant communication in the automation system 10 in a double star structure.
  • a first star structure 13a of the communication network 13 to a first network component 14a via a respective first Kom ⁇ munikationsorganiz 15a-f with the field devices lla-c and 12a-c Leiticiden stands in connection.
  • a second star structure 13b of the communications network 13 comprises a second network component 14b via the respective second commu ⁇ munication 16a-f with the field devices lla-c and 12a-c Leitmaschinen stands in connection.
  • the term "communication connection” should be understood to mean both the connection medium and the physical, logical and communication connection to the individual field devices, control devices and network components.
  • the automation system shown in Figure 1 is held ⁇ simplicity with 3 field and Leitierin aware concentration relative clearly.
  • Real automation systems often include significantly higher numbers of field devices and control devices as well as network components.
  • the communication network itself can be constructed in multiple stages, that is, comprise multiple levels of network components.
  • the following procedure for redundancy switching can be but also be transferred to such more complex communication networks.
  • failure monitoring always takes place by that network component which is arranged on the field device directly above the higher level instead.
  • a communication link between such a field device-related network component and a routing device can consequently also comprise a plurality of further network components and thus extend over several levels of the communication network.
  • the structure of the field devices 11a-c will be described in more detail below using the example of the field device IIa.
  • the remaining field devices IIb and 11c are constructed accordingly.
  • the field device IIa has an application part 17a, which performs the actual function of the field device IIa (eg, measurement of currents and / or voltages, execution of protection algorithms, influencing of primary components of the energy supply system).
  • the field device IIa comprises a communication device 17b, which serves the field device IIa for communication with the other field devices IIb, 11c or the control devices 12a-c.
  • the application part 17a can access the communication device 17b in order to receive or send data.
  • this includes the Kommunikati ⁇ ons worn a stipulatezugangs capitaungseinrich- tung 18 (MAC - Media Access Control), a first communi ⁇ nikationsport 19a and a second communication port 19b.
  • the media access controller 18 includes only a single MAC address, which serves the field device IIa as a device address for sending and receiving data telegrams. Consequently, both communication ports 19a and 19b are assigned the same MAC address.
  • the first Kommunikati ⁇ onSport 19a is used in normal operation, as an active communication ⁇ port, ie, the complete exchange of data messages ⁇ programs with the field device IIa is carried out on this communication tion sport 19a.
  • the second communication port 19b is inactive and is kept ready for redundancy switching.
  • the media access control device 18 also has a redundancy danzumschaltmaschine 20, which controls a redundancy switching between the two communication ports 19 a and 19 b.
  • the field devices 11a-c and the control devices 12a-c exchange data telegrams, which are e.g. Measurements, control commands or event messages may include.
  • the data telegrams are transmitted via the communication network 13.
  • the first star structure 13a is initially set up as an active star structure which is to carry out the transmission of the data telegrams for normal operation. Accordingly, first communication ports 19a of the field devices are actively switched.
  • the field device IIa receives measured values of voltage and / or current at one measuring point in the Energyautomatisie ⁇ optimization unit and packaged, the measuring values in a telegram te ⁇ d i.
  • the data telegram Di is to be transmitted to the control unit 12b, for example to be displayed there graphically to an operator of the energy automation system.
  • the data Di ⁇ telegram is sent via the active first communication port 19a and the first communication link 15d to a communications port of the first network component 14a.
  • the network component 14a takes the data telegram Di ei ⁇ ne indication of the device address of the receiver (control unit 12b) and sends the data telegram Di via a corresponding communication port and the first communication link 15b to the control unit 12b. There, the content of the data telegram Di can be further processed and displayed, for example.
  • a transmission of data telegrams from the field device IIa to other control devices 12a, 12c or from the other field devices IIb, 11c to the control devices 12a-c or in the opposite direction from the control devices 12a-c to the field devices lla-c take place.
  • the second communication links 16a-f and the second network component 14b are not used for the transmission of data telegrams, but merely kept available for a possibly necessary redundancy switchover.
  • the network component 14a monitors the communication links 15a-c to 12a-c Leiticiden permanently on radio ⁇ functional efficiency. This can be done, for example, by an external ⁇ of test telegrams to the Leitieri 12a-c, to which the Leiticide 12a-c within a certain time ant ⁇ words must.
  • Another possibility for monitoring the functionality of the first communication links 15a-c is the monitoring of electrical parameters of the connecting medium (for example, electrical resistance of the Lei ⁇ tung).
  • a too poor transmission quality from the first network component 14a for example, reference to a comparatively high error rate (ie, a number of incomplete or incorrect ⁇ continuously over a first communication link of transmitted data frames) are detected.
  • the network component ⁇ 14a detects 12b the failure of the first communication connection 15b with the input station. It generates a failure message ⁇ A program, which gives the failure of the communication link 15b on and sends it to the field devices lla-c.
  • ⁇ A telegram can, for example, a multi-cast message (that is, a message that is sent simultaneously to meh ⁇ more recipients) act.
  • it may be in the failure telegram A, for example, a so-called "trap" message according to SNMP (SNMP - Simple Network Management Protocol) or a GOOSE message (GOOSE - Generic Object Oriented Substation Event).
  • IEC act 61850 In at ⁇ News is an event indicating messages sent to multiple recipients, to make known the existence of the event quickly and efficiently on the net ⁇ factory.
  • the respective event that will trigger the ent ⁇ speaking message it can range from a be ⁇ user to be parameterized. in this case, 15a-c triggering event in the first network component 14a of the failure of a first communication connection with a control station 12a-c as the off ⁇ case telegram a parameterized.
  • the media access controllers 18 of the field devices 11a-c receive the failure telegram A. Based on the failure telegram A, it is recognized that a communication connection (specifically the communication connection 15b) between the first network component 14a and a routing device (specifically the routing device 12b) has failed. This triggers in the field devices lla-c Redundanzum- a circuit from the jewei ⁇ time media access controller 18th
  • the redundancy switching unit 20 contained in the respective media access control device 18 is actuated and deactivates the first - so far active - communication port 19a and activates the - previously deactivated - communication port 19b.
  • both communication ports 19a, 19b are in communication with the same media access controller 18 and consequently use the same MAC address, this conversion can be very fast (within a few milliseconds) and on the Left level (layer 2-3 of the OSI layer model) of the communication ⁇ tion device 17b of the respective field device lla-c suc ⁇ conditions, without the application part 17a of the respective field ⁇ device lla-c thereof is affected.
  • the further communication of data telegrams D3 between the field devices (here, for example, field device IIa) and the control devices (here, for example, affected by the failure of the first communication link 15b control unit 12b) take place in the future via the second network component 14b and the second communication links 16a-c (here the communication link 16b by way of example).
  • the failed first communication connection 15b can subsequently be replaced or repaired, so that in turn the first network component 14a and the first Lichtunikationsverbin ⁇ tions 15a-c for any future need for further redundancy switching (in case of failure of one of the second communications - tion compounds 16a-c) are available.
  • the field devices 11a-c can also send a logon message T to the second network component 14b after activation of the second communication port 19b.
  • a logon message T By this logged ⁇ telegram the second network component 14b to veran ⁇ let to adapt their configuration such that the at ⁇ future communication with the field devices lla-c now has the second communication port 19b is carried out.
  • address tables can be adapted in the second Netztechnikkompo ⁇ component 14b, for example.
  • the failure telegram A can also be sent selectively only to this part of the field devices 11a-c, so that only the corresponding field devices can perform redundancy switching. while the data traffic of the other field devices remains unaffected.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum redundanten Betreiben einer Automatisierungsanlage (10), bei dem Feldgeräte (11a-c) mit Leitgeräten (12a-c) Datentelegramme (D1, D2, D3) über ein in einer doppelten Sternstruktur aufgebautes Kommunikationsnetz (13) austauschen, wobei in einer ersten Sternstruktur (13a) eine erste Netzwerkkomponente (14a) vorgesehen ist, mit der die Feldgeräte (11a-c) und die Leitgeräte (12a- c) über jeweils eine erste Kommunikationsverbindung (15a-f) verbunden sind, und in einer zweiten Sternstruktur (13b) eine zweite Netzwerkkomponente (14b) vorgesehen ist, mit der die Feldgeräte (11a-c) und die Leitgeräte (12a-c) über jeweils eine zweite Kommunikationsverbindung (16a-f) verbunden sind. Um eine einfache und kostengünstige Lösung zum redundanten Betreiben der Automatisierungsanlage (10) anzugeben, wird vorgeschlagen, dass die Feldgeräte (11a-c) jeweils genau eine Medienzugangssteuerungseinrichtung (18) aufweisen, die einen ersten Kommunikationsport (19a) aufweist, der mit der ersten Netzwerkkomponente (14a) in Verbindung steht und der aktiviert ist, und die einen zweiten Kommunikationsport (19b) aufweist, der mit der zweiten Netzwerkkomponente (14b) in Verbindung steht und deaktiviert ist, die erste Netzwerkkomponente (14a) eine Überwachung der einzelnen ersten Kommunikationsverbindungen (15a-c) mit den Leitgeräten (12a-c) durchführt und bei einem Ausfall ein Ausfalltelegramm (A) erzeugt und an die Feldgeräte (11a-c) sendet und als Reaktion auf das Ausfalltelegramm (A) das jeweilige Feldgerät (lla-c) seinen ersten Kommunikationsport (19a) deaktiviert und seinen zweiten Kommunikationsport (19b) aktiviert. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Feldgerät (11a-c) sowie eine Automatisierungsanlage (10).

Description

Beschreibung
Redundanter Betrieb einer Automatisierungsanlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum redundanten Betreiben einer Automatisierungsanlage, bei dem elektrische Feldge¬ räte der Automatisierungsanlage mit elektrischen Leitgeräten der Automatisierungsanlage Datentelegramme über ein in einer doppelten Sternstruktur aufgebautes Kommunikationsnetz aus- tauschen, wobei in einer ersten Sternstruktur des Kommunikationsnetzes eine erste Netzwerkkomponente vorgesehen ist, mit der die Feldgeräte und die Leitgeräte über jeweils eine erste Kommunikationsverbindung verbunden sind, und in einer zweiten Sternstruktur des Kommunikationsnetzes eine zweite Netzwerk- komponente vorgesehen ist, mit der die Feldgeräte und die
Leitgeräte über jeweils eine zweite Kommunikationsverbindung verbunden sind.
Die Erfindung bezieht sich zudem auch auf ein elektrisches Feldgerät, das zum redundanten Betrieb in einer solchen Automatisierungsanlage eingerichtet ist.
Automatisierungsanlagen dienen zur Automatisierung von Anlagen, z.B. zur Automatisierung von elektrischen Energieversor- gungsanlagen, wie z.B. elektrischen Energieversorgungsnetzen oder elektrischen Schaltanlagen, und umfassen üblicherweise sogenannte Feldgeräte, die in der Nähe von Primärkomponenten der entsprechenden Anlage, also z.B. des elektrischen Energieversorgungsnetzes, angeordnet sind. Solche Primärkomponen- ten können im Falle eines elektrischen Energieversorgungsnet¬ zes beispielsweise elektrische Kabel und Leitungen, Transfor¬ matoren, Generatoren, Motoren oder Umrichter sein. Üblicherweise nehmen die elektrischen Feldgeräte hierbei Messwerte auf, die den Betriebszustand der jeweiligen Primärkomponenten des elektrischen Energieversorgungsnetzes beschreiben. Diese Messwerte können entweder gespeichert oder an dem jeweiligen Feldgerät übergeordnete Steuer- und Überwachungskomponenten, sogenannte Leitgeräte der Automatisierungsanlage, weiterge- leitet werden. Zwischen den Feldgeräten und den Leitgeräten einer Automatisierungsanlage muss zur Steuerung und Überwa¬ chung der Anlage eine Vielzahl von Datentelegrammen übertragen werden. Viele automatisiert betriebene Anlagen erfordern zudem eine hohe Ausfallsicherheit.
Diese Anforderung besitzt starke Auswirkungen auf das Kommu¬ nikationsnetz, mit dem die Feldgeräte und die Leitgeräte mit¬ einander verbunden sind. Daher werden heutige Kommunikations- netze in Automatisierungsanlagen üblicherweise redundant aus¬ gelegt, d.h., dass auch bei dem Ausfall einer Kommunikations¬ verbindung innerhalb des Kommunikationsnetzes die zuverlässi¬ ge Übertragung von Datentelegrammen zwischen den Feldgeräten und den Leitgeräten gewährleistet ist.
Eine Möglichkeit eines solchen redundanten Aufbaus, die ins¬ besondere in der Volksrepublik China bevorzugt wird, besteht darin, ein Kommunikationsnetz in einer sogenannten doppelten Sternstruktur vorzusehen. Dabei weist eine erste Sternstruk- tur eine erste Netzwerkkomponente (z.B. einen Switch oder ei¬ nen Router) auf, mit der alle Feldgeräte und alle Leitgeräte der Automatisierungsanlage (oder zumindest eines zusammenge¬ hörenden Teils der Automatisierungsanlage) über eine erste Kommunikationsverbindung verbunden sind. Zusätzlich ist eine zweite Sternstruktur vorgesehen, die eine zweite Netzwerkkomponenten aufweist, mit der alle Feldgeräte und alle Leitgerä¬ te der Automatisierungsanlage (oder zumindest eines zusammen¬ gehörenden Teils der Automatisierungsanlage) über eine zweite Kommunikationsverbindung verbunden sind.
Der Begriff „Kommunikationsverbindung" soll im Folgenden die komplette Übertragungsstrecke zwischen dem jeweiligen Feld¬ bzw. Leitgerät und der Netzwerkkomponente umfassen, also so¬ wohl vorhandenes (drahtgebundenes oder drahtloses) Übertra- gungsmedium als auch dessen physikalische, kommunikations¬ technische und logische Anbindung zu dem jeweiligen Feld¬ bzw. Leitgerät (z.B. Schnittstellen, Kommunikationseinrichtungen, Protokollstacks) umfassen. Durch den redundanten Aufbau des Kommunikationsnetzes soll gewährleistet werden, dass auch bei einem Ausfall einer Kom¬ munikationsverbindung zwischen einer Netzwerkkomponente und einem Leitgerät die Übertragung von Datentelegrammen über das Kommunikationsnetz gewährleistet bleibt. Aufgrund der Doppe¬ lung aller Kommunikationsverbindungen in einer solchen doppelten Sternstruktur müssen die Feldgeräte üblicherweise zwei Kommunikationseinrichtungen, insbesondere zwei Medienzugangs- Steuerungseinrichtungen (MAC = Media Access Control) mit je¬ weils einer MAC-Adresse, beinhalten. Eine Steuerung der Kommunikation inklusive einer Redundanzumschaltung von einer Me- dienzugangssteuerungseinrichtung, die von einem Ausfall einer Kommunikationsverbindung betroffen ist, auf die jeweils ande- re Medienzugangssteuerungseinrichtung erfolgt hierbei auf Applikationsebene (Layer 7) des OSI-Schichtenmodells (OSI = Open Systems Interconnection) und erfordert hierbei eine ver¬ gleichsweise hohe Rechenleistung des Feldgerätes. Außerdem ist die Verwendung von zwei Kommunikationseinrichtungen und zwei Medienzugangssteuerungseinrichtungen vergleichsweise teuer und aufgrund der zwei MAC-Adressen pro Feldgerät auf¬ wendiger in der Parametrierung, die z.B. die Festlegung von Adresstabellen der Netzwerkkomponenten umfasst. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine weniger aufwendige und kostengünstigere Lösung zum redundanten
Betreiben einer Automatisierungsanlage sowie ein entsprechendes Feldgerät anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Feldgeräte jeweils genau eine Medienzugangssteue- rungseinrichtung aufweisen, die einen ersten Kommunikationsport aufweist, der mit der ersten Netzwerkkomponente in Ver¬ bindung steht und der zum Senden und Empfangen von Datentelegrammen über die erste Kommunikationsverbindung aktiviert ist, und die einen zweiten Kommunikationsport aufweist, der über die zweite Kommunikationsverbindung mit der zweiten Netzwerkkomponente in Verbindung steht und deaktiviert ist; die erste Netzwerkkomponente führt dabei eine Überwachung der einzelnen ersten Kommunikationsverbindungen mit den Leitgeräten durch und erzeugt bei einem Ausfall einer Kommunikations¬ verbindung ein Ausfalltelegramm, das an die Feldgeräte gesendet wird. Als Reaktion auf den Empfang des Ausfalltelegramms deaktiviert das jeweilige Feldgerät seinen aktiven ersten Kommunikationsport und aktiviert seinen inaktiven zweiten Kommunikationsport zum Senden und Empfangen von Datentele¬ grammen über die zweite Kommunikationsverbindung. Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich eine Medienzugangssteuerungseinrichtung - und damit auch nur eine MAC-Adresse des Feldgerätes - benötigt wird, können auf der einen Seite Kosten für eine andernfalls notwendige zweite Medienzugangssteuerungseinrichtung eingespart werden. Auf der anderen Seite wird der Aufwand für die Parametrierung des Kommunikationsnetzwerks (z.B. für die Adresstabellen der Netzwerkkomponenten) dadurch reduziert, dass jedes Feldgerät unter lediglich einer MAC-Adresse im Netzwerk erreichbar ist, eine Verwaltung mehrerer MAC-Adressen pro Feldgerät erübrigt sich hierbei.
Dennoch kann eine Redundanzumschaltung für den Fall, dass eine Kommunikationsverbindung zwischen einer Netzwerkkomponente und einem Leitgerät unterbrochen wird, sichergestellt werden. Dazu nimmt die Netzwerkkomponente selbst eine Überwachung der momentan aktiven Kommunikationsverbindung mit den Leitgeräten vor und sendet bei einem Ausfall einer Kommunikationsverbindung ein Ausfalltelegramm an die Feldgeräte. Als Reaktion auf das Ausfalltelegramm schalten die Feldgeräte ihren bisher ak- tiven ersten Kommunikationsport inaktiv und aktivieren ihren bisher inaktiven zweiten Kommunikationsport. Über diesen findet dann die weitere Übertragung (Senden und Empfangen) von Datentelegrammen mit der zweiten Netzwerkkomponente statt. Da die zweite Netzwerkkomponente mittels eigener zweiter Kommu- nikationsverbindungen mit den Leitgeräten verbunden ist, kann die ausgefallene (erste) Kommunikationsverbindung zwischen dem betroffenen Leitgerät und der ersten Netzwerkkomponente dadurch umgangen werden. Da die Feldgeräte die von ihnen direkt ausgehenden ersten Kommunikationsverbindungen zu der ersten Netzwerkkomponente selbst überwachen können, ist es für die Redundanzüberwachung ausreichend, wenn die Netzwerkkomponenten die - von den Feldgeräten nicht einsehbaren - Kommunikationsverbindungen mit den Leitgeräten überwachen, während eine Überwachung und ggf. Redundanzumschaltung der feldgeräteseitigen Kommunikationsverbindungen von den Feldgeräten selbst vorgenommen werden kann.
Der Vollständigkeit halber soll an dieser Stelle erwähnt wer¬ den, dass unter einem Ausfall einer Kommunikationsverbindung sowohl deren kompletter Defekt (z.B. aufgrund einer mechani- sehen Unterbrechung des Verbindungsmediums oder eines Defek¬ tes einer Kommunikationseinrichtung in einem Leitgerät oder der Netzwerkkomponente) als auch eine nur teilweise Fehlfunk¬ tion (z.B. zu häufige fehlerhafte Übermittlung von Datentele¬ grammen, zu schlechte Verbindungsqualität) verstanden werden soll.
Eie vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass als weitere Reaktion auf den Empfang des Ausfalltelegramms das jeweilige Feldgerät mittels seines aktivierten zweiten Kommunikationsports über die zweite Kom¬ munikationsverbindung ein Anmeldetelegramm an die zweite Netzwerkkomponente sendet, das die zweite Netzwerkkomponente dazu veranlasst, sich derart anzupassen, dass für die zukünf¬ tige Übertragung von Datentelegrammen mit dem jeweiligen Feldgerät dessen zweiter Kommunikationsport genutzt wird.
Beispielsweise kann die zweite Netzwerkkomponente hierfür ih¬ re zur Weiterleitung von Datentelegrammen genutzten Adresstabellen entsprechend in der Form anpassen, dass zur Datenübertragung mit der MAC-Adresse des betreffenden Feldgerätes von nun an dessen zweiter Kommunikationsport verwendet wird.
Hierdurch kann vorteilhaft eine sehr schnelle Umstellung der zweiten Netzwerkkomponente auf die Redundanzumschaltung des Feldgerätes erreicht werden, da nicht auf eine zwar üblicher weise regelmäßig, aber in größeren Zeitabständen (z.B. alle min) stattfindende automatische Selbstüberprüfung und ggf. Umkonfigurierung der zweiten Netzwerkkomponente gewartet wird .
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht zudem vor, dass die zwischen den Feldgeräten und den Leitgeräten ausgetauschten Datentelegramme zur Steuerung und/oder Überwachung einer elektrischen Energieversorgungsanlage dienen.
Da Automatisierungsanlagen für Energieversorgungsanlagen auf grund von Sicherheitsanforderungen redundant ausgelegt werde müssen, dann das erfindungsgemäße Verfahren sehr vorteilhaft im Rahmen einer solchen Automatisierungsanlage für eine Ener gieversorgungsanlage (z.B. eine Schaltanlage oder ein Ener¬ gieversorgungsnetz) eingesetzt werden.
Außerdem kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass die Deaktivierung des ersten Kommunikationsports und die Ak¬ tivierung des zweiten Kommunikationsports durch eine in der Medienzugangssteuerungseinrichtung vorgesehene Redundanzsteu ereinheit vorgenommen werden.
Hierdurch kann die Redundanzumschaltung auf Linklayer-Ebene (Layer 2 bis 3) des OSI-Schichtenmodells durchgeführt werden und stellt somit keine Rechenlast für die die Kommunikation durchführende Applikation des Feldgerätes dar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens kann zudem vorgesehen sein, dass das Ausfalltelegramm nur an solche ausgewählten Feldgeräte übermittelt wird, die einen Austausch von Datentelegrammen mit dem von der ausgefallenen ersten Kommunikationsverbindung be troffenen Leitgerät durchführen. Hierdurch kann quasi eine selektive Redundanzumschaltung nur der von dem Ausfall der Kommunikationsverbindung mit dem fraglichen Leitgerät betroffenen durchgeführt werden, von der diejenigen Feldgeräte, die ohnehin keinen Datenaustausch mit dem fraglichen Leitgerät durchführen, unbeeinflusst bleiben.
Hinsichtlich des Ausfalltelegramms kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform konkret vorgesehen sein, dass als Ausfalltelegramm eine Trap-Nachricht gemäß dem SNMP- Protokoll (SNMP - Simple Network Management Protocol) verwen¬ det wird.
Da die meisten Switches heutzutage SNMP beherrschen, können sie bei entsprechender Konfigurierung darauf eingestellt wer- den, bei einem Ausfall einer Kommunikationsverbindung eine sogenannte „Trap-Nachricht" an die Feldgeräte zu versenden. Trap-Nachrichten sind im SNMP festgelegte kurze Datentele¬ gramme, die Ereignisse an alle oder ausgewählte Empfänger melden .
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass als Ausfalltelegramm eine GOOSE-Nachricht gemäß dem IEC 61850 Standard ver¬ wendet wird. Die IEC 61850 (IEC - International Electrotech- nical Commission) ist der aktuell maßgebliche Kommunikations- Standard im Bereich der Energieautomatisierung. Gemäß dem
Standard werden sogenannte „GOOSE-Nachrichten" (GOOSE = Generic Object Oriented Substation Events) beschrieben, die eine schnelle Kommunikation einzelnen Geräten einer Automatisierungsanlage ermöglichen, um besonders effizient Daten und Be- fehle direkt zwischen den einzelnen Geräten der Energieautomatisierungsanlage auszutauschen. Sofern die Netzwerkkompo¬ nente eine Kommunikation von GOOSE-Nachrichten unterstützt, können die Ausfalltelegramme gemäß den Vorgaben der IEC 61850 verwendet werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens sieht zudem vor, dass als Leitgeräte Netzleit- gerate in einer Netzleitstelle einer elektrischen Energieversorgungsanlage verwendet werden.
In diesem Fall sind die Leitgeräte in einer Netzleitstelle der Energieversorgungsanlage vorgesehen, also auf der höchs¬ ten Hierarchieebene der Automatisierungsanlage angeordnet, während die Feldgeräte in Prozessnähe (also in der Nähe der Primärkomponenten) vorgesehen sind, also auf der untersten Hierarchieebene der Automatisierungsanlage angeordnet sind. Somit erstreckt sich die doppelte Sternstruktur des Kommuni¬ kationsnetzes über alle Hierarchieebenen der Automatisie¬ rungsanlage .
Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein elektrisches Feldgerät zur Verwendung in einer Automatisierungsanlage mit einer Kommunikationseinrichtung gelöst, die zum Austausch von Datentelegrammen mit Netzwerkkomponenten eines in einer doppelten Sternstruktur aufgebauten Kommunikationsnetzwerkes der Automatisierungsanlage eingerichtet ist.
Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass die Kommunikati¬ onseinrichtung eine einzige Medienzugangssteuerungseinrich- tung aufweist, die einen ersten Kommunikationsport aufweist, der zur Kommunikation über eine erste Kommunikationsverbin- dung mit einer ersten Netzwerkkomponente eingerichtet ist und der aktiviert ist, und die einen zweiten Kommunikationsport aufweist, der zur Kommunikation über eine zweite Kommunikati¬ onsverbindung mit einer zweiten Netzwerkkomponente eingerichtet ist und der deaktiviert ist, die Medienzugangssteuerungs- einrichtung eine Redundanzsteuereinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, als Reaktion auf den Empfang eines Ausfall¬ telegramms von der ersten Netzwerkkomponente, das einen Aus¬ fall einer ersten Kommunikationsverbindung mit einem Leitgerät der Automatisierungsanlage angibt, seinen aktiven ersten Kommunikationsport zu deaktivieren und seinen inaktiven zwei¬ ten Kommunikationsport zu aktivieren. Außerdem wird die oben genannte Aufgabe auch durch eine Auto¬ matisierungsanlage mit mehreren elektrischen Feldgeräten gemäß Anspruch 9, mehreren elektrischen Leitgeräten und einem in einer doppelten Sternstruktur aufgebauten Kommunikationsnetz gelöst, wobei in einer ersten Sternstruktur des Kommunikationsnetzes eine erste Netzwerkkomponente vorgesehen ist, mit der die Feldgeräte und die Leitgeräte über jeweils eine erste Kommunikationsverbindung verbunden sind, und in einer zweiten Sternstruktur des Kommunikationsnetzes eine zweite Netzwerkkomponente vorgesehen ist, mit der die Feldgeräte und die Leitgeräte über jeweils eine zweite Kommunikationsverbin¬ dung verbunden sind, und wobei die erste Netzwerkkomponente zur Überwachung der einzelnen ersten Kommunikationsverbindungen mit den Leitgeräten und zur Erzeugung eines Ausfalltelegramms bei einem Ausfall einer ersten Kommunikationsverbindung mit einem Leitgerät und zum Versenden des Ausfalltele¬ gramms an die Feldgeräte eingerichtet ist.
Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Feldgerätes und der erfindungsgemäßen Automatisierungsanlage wird auf die zu den entsprechend Verfahrensansprüchen gemachten Ausführungen verwiesen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbei¬ spiels näher erläutert. Hierzu zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Automati¬ sierungsanlage mit einem Kommunikationsnetz in doppelter Sternstruktur; und
Figur 2 die Automatisierungsanlage aus Figur 1, bei der eine erste Kommunikationsverbindung ausgefallen ist .
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Automati¬ sierungsanlage 10, bei der es sich gemäß diesem Ausführungs¬ beispiel um eine Energieautomatisierungsanlage zur Steuerung und/oder Überwachung einer in der Figur 1 nicht gezeigten elektrischen Energieversorgungsanlage, z.B. eines elektri¬ schen Energieversorgungsnetzes, handeln soll. Die Automati¬ sierungsanlage 10 umfasst elektrische Feldgeräte IIa, IIb, 11c, bei denen es sich beispielsweise um Schutzgeräte, Mess- geräte oder Steuergeräte handeln kann. Außerdem sind in der Automatisierungsanlage 10 elektrische Leitgeräte 12a, 12b, 12c vorgesehen, bei denen es sich beispielsweise um Leitstel¬ lengeräte (z.B. Analyserechner, Workstations, Server) einer Netzleitstelle der Energieversorgungsanlage handeln kann.
Zum Austausch von Datentelegrammen zwischen den einzelnen Felgeräten lla-c und Leitgeräten 12a-c ist ein Kommunikati¬ onsnetzwerk 13 vorgesehen, das zum Erreichen einer redundanten Kommunikation in der Automatisierungsanlage 10 in einer doppelten Sternstruktur aufgebaut ist. Hierbei weist eine erste Sternstruktur 13a des Kommunikationsnetzwerkes 13 eine erste Netzwerkkomponente 14a auf, die über jeweils erste Kom¬ munikationsverbindungen 15a-f mit den Feldgeräten lla-c und den Leitgeräten 12a-c in Verbindung steht. Eine zweite Stern- struktur 13b des Kommunikationsnetzwerkes 13 umfasst eine zweite Netzwerkkomponente 14b die über jeweils zweite Kommu¬ nikationsverbindungen 16a-f mit den Feldgeräten lla-c und den Leitgeräten 12a-c in Verbindung steht. Wie bereits erwähnt, soll der Begriff „Kommunikationsverbindung" sowohl das Verbindungsmedium als auch die physikalische, logische und kommunikationstechnische Anbindung an die einzelnen Feldgeräte, Leitgeräte und Netzwerkkomponenten verstanden werden.
Die in Figur 1 dargestellte Automatisierungsanlage ist der Einfachheit halber mit je 3 Feld- und Leitgeräten bewusst re¬ lativ übersichtlich gehalten. Reale Automatisierungsanlagen umfassen häufig deutlich höhere Zahlen von Feldgeräten und Leitgeräten sowie Netzwerkkomponenten. Zudem kann das Kommunikationsnetz selbst mehrstufig aufgebaut sein, also mehrere Ebenen von Netzwerkkomponenten umfassen. Die im Folgenden dargestellte Vorgehensweise bei der Redundanzumschaltung kann jedoch auch auf solche komplexeren Kommunikationsnetzwerke übertragen werden. Hierbei findet die Ausfallüberwachung immer durch diejenige Netzwerkkomponente statt, die auf der den Feldgeräten unmittelbar übergeordneten Ebene angeordnet sind, statt. Eine Kommunikationsverbindung zwischen einer solchen feldgerätenahen Netzwerkkomponente und einem Leitgerät kann folglich auch mehrere weitere Netzwerkkomponenten umfassen und sich somit über mehrere Ebenen des Kommunikationsnetzwerks erstrecken.
Der Aufbau der Feldgeräte lla-c soll im Folgenden am Beispiel des Feldgerätes IIa detaillierter beschrieben werden. Die übrigen Feldgeräte IIb und 11c sind entsprechend aufgebaut. Das Feldgerät IIa weist einen Applikationsteil 17a auf, der die eigentliche Funktion des Feldgerätes IIa (z.B. Messung von Strömen und/oder Spannungen, Ausführung von Schutzalgorithmen, Beeinflussung von Primärkomponenten der Energieversorgungsanlage) durchführt. Außerdem umfasst das Feldgerät IIa eine Kommunikationseinrichtung 17b, die dem Feldgerät IIa zur Kommunikation mit den anderen Feldgeräten IIb, 11c oder den Leitgeräten 12a-c dient. Dabei kann der Applikationsteil 17a auf die Kommunikationseinrichtung 17b zugreifen, um Daten zu empfangen oder zu versenden. Konkret umfasst die Kommunikati¬ onseinrichtung hierfür eine Medienzugangssteuerungseinrich- tung 18 (MAC - Media Access Control) , die einen ersten Kommu¬ nikationsport 19a und einen zweiten Kommunikationsport 19b aufweist. Die Medienzugangssteuerungseinrichtung 18 umfasst jedoch nur eine einzige MAC-Adresse, die dem Feldgerät IIa als Geräteadresse zum Senden und Empfangen von Datentelegram- men dient. Folglich ist beiden Kommunikationsports 19a und 19b dieselbe MAC-Adresse zugeordnet. Der erste Kommunikati¬ onsport 19a wird im Normalbetrieb als aktiver Kommunikations¬ port verwendet, d.h. der komplette Austausch von Datentele¬ grammen mit dem Feldgerät IIa erfolgt über diesen Kommunika- tionsport 19a. Der zweite Kommunikationsport 19b ist inaktiv und wird für eine Redundanzumschaltung bereitgehalten. Die Medienzugangssteuerungseinrichtung 18 weist zudem eine Redun- danzumschalteinheit 20 auf, die eine Redundanzumschaltung zwischen den beiden Kommunikationsports 19a und 19b steuert.
Anhand von Figur 1 soll zunächst der Normalbetrieb der Auto- matisierungsanlage 10 beschrieben werden. Zur Steuerung und/oder Überwachung der Energieversorgungsanlage tauschen die Feldgeräte lla-c und die Leitgeräte 12a-c Datentelegramme aus, die z.B. Messwerte, Steuerbefehle oder Ereignismeldungen umfassen können. Die Datentelegramme werden über das Kommuni- kationsnetzwerk 13 übertragen. Hierbei ist zunächst die erste Sternstruktur 13a als aktive Sternstruktur eingerichtet, die für den Normalbetrieb die Übertragung der Datentelegramme vornehmen soll. Entsprechend sind erste Kommunikationsports 19a der Feldgeräte aktiv geschaltet.
Beispielhaft nimmt das Feldgerät IIa Messwerte von Spannung und/oder Strom an einer Messstelle in der Energieautomatisie¬ rungsanlage auf und verpackt die Messwerte in einem Datente¬ legramm Di . Das Datentelegramm Di soll an das Leitgerät 12b übertragen werden, z.B. um dort einem Bediener der Energieautomatisierungsanlage grafisch angezeigt zu werden. Das Daten¬ telegramm Di wird über den aktiven ersten Kommunikationsport 19a und die erste Kommunikationsverbindung 15d an einen Kommunikationsport der ersten Netzwerkkomponente 14a gesendet. Die Netzwerkkomponente 14a entnimmt dem Datentelegramm Di ei¬ ne Angabe über die Geräteadresse des Empfängers (Leitgerät 12b) und sendet das Datentelegramm Di über einen entsprechenden Kommunikationsport und die erste Kommunikationsverbindung 15b an das Leitgerät 12b. Dort kann der Inhalt des Datentele- gramms Di weiterverarbeitet und z.B. angezeigt werden.
In entsprechender Weise kann eine Übertragung von Datentelegrammen von dem Feldgerät IIa an andere Leitgeräte 12a, 12c oder von den anderen Feldgeräten IIb, 11c zu den Leitgeräten 12a-c oder in umgekehrter Richtung von den Leitgeräten 12a-c zu den Feldgeräten lla-c stattfinden. Solange über die ersten Kommunikationsverbindungen 15a-f eine einwandfreie Kommunikation durchgeführt werden kann, werden die zweiten Kommunikationsverbindungen 16a-f und die zweite Netzwerkkomponente 14b nicht zur Übertragung von Datentele- grammen genutzt, sondern lediglich für eine ggf. nötige Re- dundanzumschaltung bereitgehalten .
Anhand von Figur 2 soll nun die Vorgehensweise bei einer Re- dundanzumschaltung erläutert werden. Hierzu soll angenommen werden, dass die erste Kommunikationsverbindung 15b zwischen der ersten Netzwerkkomponente 14a und dem Leitgerät 12b aus¬ gefallen ist, wie es in Figur 2 schematisch durch einen Doppelstrich 21 angedeutet ist. Ein solcher Ausfall kann entwe¬ der durch eine mechanische Unterbrechung des Verbindungsmedi- ums (gezogener Steckverbinder, unterbrochenes Kabel, unterbrochene Funkverbindung) , einen Defekt in einer Kommunikationseinrichtung (z.B. defekter Kommunikationsport in der ersten Netzwerkkomponente 14a oder in dem Leitgerät 12a) oder eine zu geringe Datenübertragungsqualität über die Kommunika- tionsverbindung 15a (z.B. Störeinflüsse durch fremde Funknet¬ ze, elektromagnetische Störungen, korrodierte Kabelleitungen) hervorgerufen werden.
Die Netzwerkkomponente 14a überwacht die Kommunikationsver- bindungen 15a-c zu den Leitgeräten 12a-c dauerhaft auf Funk¬ tionstüchtigkeit. Dies kann beispielsweise durch ein Aussen¬ den von Testtelegrammen an die Leitgeräte 12a-c erfolgen, auf die die Leitgeräte 12a-c innerhalb einer bestimmten Zeit ant¬ worten müssen. Eine andere Möglichkeit zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit der ersten Kommunikationsverbindungen 15a-c besteht in der Überwachung elektrischer Parameter des Verbindungsmediums (z.B. elektrischer Widerstand der Lei¬ tung) . Eine zu schlechte Übertragungsqualität kann von der ersten Netzwerkkomponente 14a beispielsweise anhand einer vergleichsweise hohen Fehlerrate (also eine Anzahl unvoll¬ ständig oder fehlerhaft über eine erste Kommunikationsverbindung übertragener Datentelegramme) erkannt werden. In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 erkennt die Netzwerk¬ komponente 14a den Ausfall der ersten Kommunikationsverbindung 15b mit dem Leitgerät 12b. Sie erzeugt ein Ausfalltele¬ gramm A, das den Ausfall der Kommunikationsverbindung 15b an- gibt und sendet dieses an die Feldgeräte lla-c. Bei dem Aus¬ falltelegramm A kann es sich beispielsweise um eine Multi- cast-Nachricht (also eine Nachricht, die gleichzeitig an meh¬ rere Empfänger gesendet wird) handeln. Konkret kann es sich bei dem Ausfalltelegramm A beispielsweise um eine sogenannte „Trap"-Nachricht gemäß SNMP (SNMP - Simple Network Management Protocol) oder eine GOOSE-Nachricht (GOOSE - Generic Object Oriented Substation Event) gemäß IEC 61850 handeln. Bei bei¬ den Nachrichten handelt es sich um ein Ereignis anzeigende Nachrichten, die an mehrere Empfänger versendet werden, um das Vorliegen des Ereignisses schnell und effizient im Netz¬ werk bekannt zu machen. Das jeweilige Ereignis, das die ent¬ sprechende Nachricht auslösen soll, kann dabei von einem Be¬ nutzer parametriert werden. In diesem Fall wird in der ersten Netzwerkkomponente 14a der Ausfall einer ersten Kommunikati- onsverbindung 15a-c mit einem Leitgerät 12a-c als das Aus¬ falltelegramm A auslösendes Ereignis parametriert.
Die Medienzugangssteuerungseinrichtungen 18 der Feldgeräte lla-c empfangen das Ausfalltelegramm A. Anhand des Ausfallte- legramms A wird erkannt, dass eine Kommunikationsverbindung (konkret die Kommunikationsverbindung 15b) zwischen der ersten Netzwerkkomponente 14a und einem Leitgerät (konkret dem Leitgerät 12b) ausgefallen ist. Hierdurch wird von der jewei¬ ligen Medienzugangssteuerungseinrichtung 18 eine Redundanzum- Schaltung in den Feldgeräten lla-c ausgelöst. Die in der jeweiligen Medienzugangssteuerungseinrichtung 18 enthaltene Redundanzumschalteinheit 20 wird angesteuert und deaktiviert den ersten - bisher aktiven - Kommunikationsport 19a und aktiviert den - bisher deaktivierten - Kommunikationsport 19b. Da beide Kommunikationsports 19a, 19b mit derselben Medienzu- gangssteuerungseinrichtung 18 in Verbindung stehen und folglich dieselbe MAC-Adresse verwenden, kann diese Umstellung sehr schnell (innerhalb weniger Millisekunden) und auf der Linkebene (Layer 2-3 des OSI-Schichtenmodells) der Kommunika¬ tionseinrichtung 17b des jeweiligen Feldgerätes lla-c erfol¬ gen, ohne dass der Applikationsteil 17a des jeweiligen Feld¬ gerätes lla-c hiervon beeinträchtigt wird.
Da der zweite - nunmehr aktivierte - Kommunikationsport 19b mit der zweiten Netzwerkkomponente 14b verbunden ist, kann die weitere Kommunikation von Datentelegrammen D3 zwischen den Feldgeräten (hier beispielsweise Feldgerät IIa) und den Leitgeräten (hier beispielsweise mit dem von dem Ausfall der ersten Kommunikationsverbindung 15b betroffenen Leitgerät 12b) zukünftig über die zweite Netzwerkkomponente 14b und die zweiten Kommunikationsverbindungen 16a-c (hier beispielhaft die Kommunikationsverbindung 16b) stattfinden. Die ausgefal- lene erste Kommunikationsverbindung 15b kann in der Folge ersetzt oder repariert werden, so dass dann wiederum die erste Netzwerkkomponente 14a und die ersten Kommunikationsverbin¬ dungen 15a-c für eine ggf. zukünftig notwendige weitere Re- dundanzumschaltung (bei Ausfall einer der zweiten Kommunika- tionsverbindungen 16a-c) zur Verfügung stehen.
Um eine möglichst schnelle Anpassung der zweiten Netzwerkkomponente 14b an die neue Situation zu erreichen, könnend die Feldgeräte lla-c nach erfolgter Aktivierung des zweiten Kom- munikationsports 19b zusätzlich ein Anmeldetelegramm T an die zweite Netzwerkkomponente 14b senden. Durch dieses Anmeldete¬ legramm wird die zweite Netzwerkkomponente 14b dazu veran¬ lasst, ihre Konfigurierung derart anzupassen, dass die zu¬ künftige Kommunikation mit den Feldgeräten lla-c nunmehr über deren zweiten Kommunikationsport 19b erfolgt. Hierzu können beispielsweise Adresstabellen in der zweiten Netzwerkkompo¬ nente 14b angepasst werden.
Wenn mit dem von dem Ausfall betroffenen Leitgerät überhaupt nur ein Teil der vorhandenen Feldgeräte lla-c Datentelegramme austauschen sollte, kann das Ausfalltelegramm A auch selektiv nur diesem Teil der Feldgeräte lla-c zugesandt werden, so dass nur die entsprechenden Feldgeräte eine Redundanzumschal- tung vornehmen müssen, während der Datenverkehr der übrigen Feldgeräte unbeeinflusst bleibt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum redundanten Betreiben einer Automatisierungsanlage (10), bei dem
- elektrische Feldgeräte (lla-c) der Automatisierungsanlage (10) mit elektrischen Leitgeräten (12a-c) der Automatisie¬ rungsanlage (10) Datentelegramme ( Di , D2, D3) über ein in ei¬ ner doppelten Sternstruktur aufgebautes Kommunikationsnetz (13) austauschen, wobei
- in einer ersten Sternstruktur (13a) des Kommunikationsnet¬ zes (13) eine erste Netzwerkkomponente (14a) vorgesehen ist, mit der die Feldgeräte (lla-c) und die Leitgeräte (12a-c) über jeweils eine erste Kommunikationsverbindung (15a-f) ver¬ bunden sind, und
- in einer zweiten Sternstruktur (13b) des Kommunikationsnet¬ zes (13) eine zweite Netzwerkkomponente (14b) vorgesehen ist, mit der die Feldgeräte (lla-c) und die Leitgeräte (12a-c) über jeweils eine zweite Kommunikationsverbindung (16a-f) verbunden sind,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Feldgeräte (lla-c) jeweils genau eine Medienzugangs- steuerungseinrichtung (18) aufweisen, die einen ersten Kommunikationsport (19a) aufweist, der mit der ersten Netzwerkkom¬ ponente (14a) in Verbindung steht und der zum Senden und Emp- fangen von Datentelegrammen ( Di , D2, D3) über die erste Kommu¬ nikationsverbindung aktiviert ist, und die einen zweiten Kommunikationsport (19b) aufweist, der über die zweite Kommuni¬ kationsverbindung mit der zweiten Netzwerkkomponente (14b) in Verbindung steht und deaktiviert ist;
- die erste Netzwerkkomponente (14a) eine Überwachung der einzelnen ersten Kommunikationsverbindungen (15a-c) mit den Leitgeräten (12a-c) durchführt und bei einem Ausfall einer solchen Kommunikationsverbindung ein Ausfalltelegramm (A) erzeugt ;
- das Ausfalltelegramm (A) an die Feldgeräte (lla-c) gesendet wird; und
- als Reaktion auf den Empfang des Ausfalltelegramms (A) das jeweilige Feldgerät (lla-c) seinen aktiven ersten Kommunika- tionsport (19a) deaktiviert und seinen inaktiven zweiten Kom¬ munikationsport (19b) zum Senden und Empfangen von Datentele¬ grammen (Di, D2, D3) über die zweite Kommunikationsverbindung aktiviert .
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
- als Reaktion auf den Empfang des Ausfalltelegramms (A) das jeweilige Feldgerät (lla-c) mittels des aktivierten zweiten Kommunikationsports (19b) über die zweite Kommunikationsver¬ bindung ein Anmeldetelegramm (T) an die zweite Netzwerkkomponente (14b) sendet, das die zweite Netzwerkkomponente (14b) dazu veranlasst, sich derart anzupassen, dass für die zukünf¬ tige Übertragung von Datentelegrammen (Di, D2, D3) mit dem je- weiligen Feldgerät (lla-c) dessen zweiter Kommunikationsport (19b) genutzt wird.
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
- die zwischen den Feldgeräten (lla-c) und den Leitgeräten
(12a-c) ausgetauschten Datentelegramme (Di, D2, D3) zur Steue¬ rung und/oder Überwachung einer elektrischen Energieversorgungsanlage dienen.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Deaktivierung des ersten Kommunikationsports (19a) und die Aktivierung des zweiten Kommunikationsports (19b) durch eine in der Medienzugangssteuerungseinrichtung (18) vorgese- hene Redundanzsteuereinheit (20) vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- das Ausfalltelegramm (A) nur an solche ausgewählten Feldge- räte (lla-c) übermittelt wird, die einen Austausch von Daten¬ telegrammen (Di, D2, D3) mit dem von der ausgefallenen ersten Kommunikationsverbindung betroffenen Leitgerät (12a-c) durchführen .
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- als Ausfalltelegramm (A) eine Trap-Nachricht gemäß dem SNMP-Protokoll verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- als Ausfalltelegramm (A) eine GOOSE-Nachricht gemäß dem IEC 61850 Standard verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- als Leitgeräte (12a-c) Netzleitgeräte in einer Netzleit- stelle einer elektrischen Energieversorgungsanlage verwendet werden .
9. Elektrisches Feldgerät (lla-c) zur Verwendung in einer Au¬ tomatisierungsanlage (10) mit einer Kommunikationseinrichtung (17b) , die zum Austausch von Datentelegrammen (Di, D2, D3) mit Netzwerkkomponenten (14a, 14b) eines in einer doppelten
Sternstruktur aufgebauten Kommunikationsnetzes (13) der Auto¬ matisierungsanlage (10) eingerichtet ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Kommunikationseinrichtung (17b) eine einzige Medienzu- gangssteuerungseinrichtung (18) aufweist, die einen ersten Kommunikationsport (19a) aufweist, der zur Kommunikation über eine erste Kommunikationsverbindung mit einer ersten Netzwerkkomponente (14a) eingerichtet ist und der aktiviert ist, und die einen zweiten Kommunikationsport (19b) aufweist, der zur Kommunikation über eine zweite Kommunikationsverbindung mit einer zweiten Netzwerkkomponente (14b) eingerichtet ist und der deaktiviert ist;
- die Medienzugangssteuerungseinrichtung (18) eine Redundanz- Steuereinheit (20) aufweist, die dazu eingerichtet ist, als
Reaktion auf den Empfang eines Ausfalltelegramms (A) von der ersten Netzwerkkomponente (14a), das einen Ausfall einer ers¬ ten Kommunikationsverbindung mit einem Leitgerät (12a-c) der Automatisierungsanlage (10) angibt, seinen aktiven ersten Kommunikationsport (19a) zu deaktivieren und seinen inaktiven zweiten Kommunikationsport (19b) zu aktivieren.
10. Automatisierungsanlage (10) mit mehreren elektrischen Feldgeräten (lla-c) gemäß Anspruch 9, mehreren elektrischen Leitgeräten (12a-c) und einem in einer doppelten Sternstruktur aufgebauten Kommunikationsnetz (13), wobei
- in einer ersten Sternstruktur (13a) des Kommunikationsnet- zes (13) eine erste Netzwerkkomponente (14a) vorgesehen ist, mit der die Feldgeräte (lla-c) und die Leitgeräte (12a-c) über jeweils eine erste Kommunikationsverbindung (15a-f) ver¬ bunden sind, und
- in einer zweiten Sternstruktur (13b) des Kommunikationsnet- zes (13) eine zweite Netzwerkkomponente (14b) vorgesehen ist, mit der die Feldgeräte (lla-c) und die Leitgeräte (12a-c) über jeweils eine zweite Kommunikationsverbindung (16a-f) verbunden sind, und wobei
- die erste Netzwerkkomponente (14a) zur Überwachung der ein- zelnen ersten Kommunikationsverbindungen (15a-c) mit den
Leitgeräten (12a-c) und zur Erzeugung eines Ausfalltelegramms (A) bei einem Ausfall einer ersten Kommunikationsverbindung (15a-c) mit einem Leitgerät (12a-c) und zum Versenden des Ausfalltelegramms (A) an die Feldgeräte (lla-c) eingerichtet ist.
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