WO2013034188A1 - Verfahren zum betreiben einer netzwerkkomponente in einem kommunikationsnetzwerk und netzwerkkomponente - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method of operating a network component in a packet switched communication ⁇ network, wherein the network component has a communication ⁇ device having at least two communications ports with which they with other network components of the communications network for transmitting data packets in
- the invention also relates to a corresponding network component for operation in a packet-switched communications network.
- Network-capable devices ie network components that can be connected to a communication network and can exchange data telegrams via these, are used today in many areas of technology.
- network components can be used in the form of network-capable automation devices in automation systems.
- a network component is therefore to be understood in the following to mean any network-capable device that is used in a communication network for transmitting, receiving
- network component comprises in particular network-enabled automation ⁇ s iststechnik.
- automation devices In automation technology, for example in automation systems for controlling and / or monitoring electrical energy supply networks, network-capable automation devices are increasingly used, the functions for monitoring, control and / or protection of an automated system, such as an electrical power supply ⁇ network, take over.
- Such automation devices may be, for example, so-called electrical protection devices or field controllers that are installed in substations of electrical power grids.
- IEDs Intelligent Electronic Devices
- ⁇ net Such automation devices are often referred to as so-called "IEDs" ( "Intelligent Electronic Devices”) designated ⁇ net.
- the automation devices are connected here cation network with the communica and exchange about data telegram me from that of events (eg. B. threshold violations) include as user data, for example, control commands, Mel ⁇ compounds, measurements or status messages. Since high demands are placed on the functionality and reliability of such automation system, a redundancy concept is used for the communication between the automation devices, which ensures the proper continued operation of the automation system, even in the event of a disruption occurring clearly the
- automation networks In order to achieve redundancy, automation networks often use communication networks in what is known as a "spanning tree configuration", in which redundancy in accordance with the so-called RSTP ("Rapid Spanning Tree Protocol") or MSTP ("Spanning Tree”) is used. "Multiple Spanning Tree Protocol”) is ge ⁇ ensured.
- a spanning tree configuration is characterized in that, starting be ⁇ recorded from one to as "Root” network component all other Netzwerkkomponen th (for example, the automation devices of the automation system) of the communication network on exactly one communica tion path can be achieved.
- communication networks are also frequently figured in a ring structure used to connect to a communication link between two automation devices in an easy way to create an alternative communication path.
- the invention is based on the object to be able to still operate a communications network in ⁇ spanning tree configuration redundant and reliable if the communication ability of one or more network components is missing or disturbed.
- the object is achieved by a method of the type mentioned above, in which a monitoring device of the network component monitors the functionality of the communication ⁇ tion device and emits a fault signal in the absence or malfunctioning and a switching ⁇ device of the communication device in the present error signal the at least two communication ports shortly ⁇ closes.
- FIG. ner advantageous disclosed embodiment of the method according to the invention provides that a control unit of the communication device regularly sends trigger signals to the communication ports, and the monitoring means then detects a ERR ⁇ loin or disturbed communication ability of the Kommunikati ⁇ onsleaned when the trigger signals ausblei ⁇ ben.
- the monitoring device also detects a lack or disturbed communication ability of Medunikationseinrich ⁇ device when a malfunction of a processor of the communication device is present.
- the proper occurrence of the regularly generated by the processor clock signals can be monitored and the failure of the clock signals to a malfunction of the processor, which may be caused by a fault in the processor itself or its power supply, are closed.
- the method according to the invention may according to a further disclosed embodiment, be provided that at present error signal, a timer is first started, which then issues a switching command to the switching device, if after a predetermined time delay, the error signal is still pending.
- a communication link with the neighboring network components for a predefined interruption time is separated immediately before the short-circuiting the at least two communication ports and the communication ports shorted ⁇ closed by said switching means only after the interruption time become.
- adjacent network components such network components are referred to, the communication ports are connected directly to each other.
- the mentioned embodiment has the advantage that the temporary separation of the communication connections between the network component affected by the malfunction and its neighboring network components gives the neighboring network components the impression that there is a line interruption.
- Such can according to the Redundancy algorithms are detected easily and quickly.
- such an interruption of the respective communication links can be generated by setting the connections of the communication connections to a voltage level close to 0 volts (a low level) and thus indicating to the adjacent network components a state of the communication connection, as it does in a actual line break would be pending.
- this brief interruption of the communication connection redundancy mechanisms are triggered in the adjacent network components, which lead to a reconfiguration of the communication ⁇ network.
- the interruption time must for this purpose a ⁇ hand be chosen long enough to indicate the adjacent network component is a communication interruption, and on the other hand, chosen so short that before Neukon ⁇ figuration of the communication network, the short-circuiting of the communication ports is carried out, so that the Benach ⁇ disclosed network components by For example, possible values for the interruption time may be selected between about 10 milliseconds to about 100 milliseconds.
- the neighboring network components form a communication relationship in such a reconfiguration via the now formed direct connection to the malfunctioning network component, so that a perfect communication capability of the communication network is restored.
- KISSING method Another advantageous from guide provides a form of invention shown KISSING method is that the communication device transmitted data message ⁇ programs also receives after shorting the communication ports on the shorted communication ports.
- a reception of data telegrams after short-circuiting of the communication ports can be effected, for example, by "listening in” to the data telegrams transmitted via the short-circuited communication ports , such a method also being referred to as a "sniffer" method.
- This has the advantage that the network component which is no longer actively involved in the communication network communication can nevertheless receive and react to certain information, eg remote control or teleservice telegrams.
- the communication device upon receipt of a restart telegram via the shorted communication ports, the communication device causes a restart of their device software. This can ver ⁇ investigate the disruption of network component - without having to make Be ⁇ operating actions on site - remotely fix the fact that a restart of the device software of the communication device is triggered. If the communication device works without a fault after the restart, it can be re-integrated into the communication network.
- the restart signal may be transmitted by an operator at a workstation in communication with the communication network.
- the communication network can vorzugswei ⁇ se based on the known Ethernet technology.
- the above object is also achieved by a Netzwerkkompo ⁇ component to operate in a packet-switched, constructed in a spanning tree configuration communications network, wherein the network component has a Kirunikationsein ⁇ direction with at least two communication ports to Studentstra ⁇ supply of data packets with other network components of the communications network.
- the communication device comprises a monitoring device which is adapted to monitor the operability of the communication device and for outputting an error signal in the absence of or gestör ⁇ ter operability, and the Kommunikati ⁇ ons shark has a switching device which is adapted at present error signal to short the at least two communication ports.
- the network component according to the invention it can be provided that the communi ⁇ nikations thanks comprises a timer which is started at vorlie ⁇ gendem error signal, and then a
- a further advantageous disclosed embodiment of the invention shown SEN network component provides furthermore that the Kommunikati ⁇ ons stressed is configured to separate just prior to the short-circuiting the at least two communication ports a communication link with the neighboring network components for a predefined interruption time and only after the expiry of the disconnection time Communication ⁇ onsports shorted by the switching device.
- the network component according to the invention it is provided that the Kom ⁇ munikations worn is adapted to receive, even after the short-circuiting of the communication ports via the shorted ⁇ Senen communication ports transmitted data telegrams.
- the communication device is set up to initiate a restart of its device software upon receipt of a restart telegram via the short-circuited communication ports.
- a further advantageous embodiment of the network component according to the invention provides that the communication device is set up for operation in a redundant communication network in accordance with the RSTP or the MSTP standard.
- a further advantageous disclosed embodiment of the inventive SEN network component is provided in that the network ⁇ network component is an electrical protection device, or Feldleitge ⁇ advises that is configured for operating in a communication network of an automation system for an electrical power supply network.
- Fig. 1 is an annular communication network in one
- FIG. Figure 3 is a network component for operation in a Kom ⁇ munikationsnetztechnik in a schematic view
- FIG. 4 shows a flow chart for explaining a method for operating a network component in a communication network
- FIG. 5 shows the communication network according to FIG. 1 after the communication-related removal of a faulty network component.
- Figure 1 shows a communication network 10 in a ringför-shaped training, as it is often used in automation systems for the control, protection and / or monitoring of electrical energy supply networks.
- the annular design is to be considered as an example only, for example, it may also be a meshed or partially ⁇ trained in ring and partly in star configuration communication network.
- the communication network 10 includes network components 11 to 11h, which may be, for example, network-capable automation devices of an automation system of an electrical energy supply network. In ⁇ example, these automation devices may be protective devices or field devices that are used to control and / or monitoring of the electrical energy supply network.
- the network components 11a-h each have at least two communication ports. For clarity, only the communication network 10 to the network components lla-h shown in Fig. 1, but not the automatic ⁇ catalyzed power supply network.
- the invention is also not limited to use in automation systems for power grids, but rather can be used in beechi ⁇ gen built in spanning tree configuration communication networks.
- a network component is defined as a so-called “root” (the network component IIa is defined as root in FIG. 1), from which communication paths are formed to all other network components in the spanning tree configuration in order to exclude loops between the communication paths and thus to avoid circulating data telegrams is set a logical separation point 12, where the communication network for the transmission of user data containing data messages blocked.
- the root network component IIa itself possesses le ⁇ diglich Designated ports.
- Fig. 1 le ⁇ diglich an example of a data processing device 13 is connected in the form of a workstation at the root network component IIa also which can be used for example for monitoring and parameter existing in the communication network 10 network components lla-h.
- Fig. 2 shows the changes that are made in the communication network ⁇ 10 after the occurrence of a fault and the subsequent reconfiguration. 2 shows the communication network 10 from FIG. 1 with the network components IIa to 11h. First, let us assume that instead of 20 in the communication network 10, a failure occurs.
- This disturbance can be either an interruption of a communication connection between the network components IIb and 11c (for example a severed network cable) or the network component IIb can be temporarily disconnected from the communication network 10, eg due to maintenance work or installation of updated device software (firmware) , As a result, the previously closed communication ring of the communication network 10 is opened at the point 20, so that the network components 11c and lld are disconnected from the rest of the communication network, ie the network components IIa and lle-h, due to the logical separation point provided in place.
- an automatic reconfiguration of the communication network 10 is then made ⁇ effect that the logical separation point 12 now shifted to the location of the actual fault 20 in accordance with the RSTP or the MSTP method and is further optionally the roles of the communication ports of the network components ⁇ lla-h are adjusted accordingly.
- the former alternate port of the network component llle becomes a designated port and the root and designated ports of the network components llb and 11c are exchanged with each other to accommodate the changed communication path toward the root network component IIa.
- the network components IIa to 11h are formed according to the representation of FIG.
- the network component IIf is shown in a schematic view by way of example for this purpose.
- the other network components 11a-e and llg-h are designed accordingly.
- the network component 11f comprises an application part 31, on which the actual device functions are formed by means of a corresponding device software and one (or more) device processors processing the device software.
- the application ⁇ part 31 includes, for example, device capabilities for detecting and processing of measured values and for carrying out so-called protection algorithms at a detected improper loading operating state to take appropriate countermeasures.
- Control can act with a corresponding communication processor.
- the protocol stacks necessary for the formation of the redundancy mechanisms specified in accordance with RSTP or MSTP are also executed.
- the communication ports 35a and 35b constitute so-called "PHY chips,” which are also provided with the physical interfaces for receiving communication links 36a and 36b (eg, network cables) to establish a physical and logical communication link to neighboring network components (in the case of Network component llf is the adjacent network components to the network components llg and llle of Figures 1 and
- the switch device 34 also has a monitoring device 37, which is in operative connection with a switching device 38.
- the switching device 38 is in turn connected both to the communication port 35a and to the communication port 35b and is arranged to perform physical short-circuiting of the communication ports 35a and 35b. In this short-circuiting, all cores of the communication connections 36a and 36b are galvanically connected via the switching device 38 to the corresponding cores of the respective other communication connection 36a, 36b.
- the structure of the communication device 32 is shown in FIG. 3 by way of example only.
- the control device 33 and the switch device 34 may be designed as a common module, or the processor of the application part 31 may also have the communication functions work off and thus also be part of the communication ⁇ device 32.
- the network component 11f can be removed from the communications network in terms of communication in order to maintain the functionality of the entire communications network in the event of a malfunctioning or missing functionality.
- the method starts in a first step 40.
- values for a time delay t v and an interruption time t u are set to zero.
- the functionality of the communication device 32 of the network component 11f is checked by the monitoring device 37. This can be done, for example, by monitoring rule ⁇ moderately transmitted from the controller 33 to the communication ports trigger signals.
- the functionality provided for in the STEU ⁇ er worn communication processor 33 for example, can be monitored on the basis of occurrence of the processor clocks.
- step 41 If the monitoring device 37 detects an error-loin or faulty functioning of the Kirunikationsein ⁇ direction 32 in step 41, an error signal is generated by the monitoring device 37 and the process continues with step 42nd If, on the other hand, no faulty or missing functionality of the communication device 32 is detected in step 41, the method restarts in step 40.
- step 42 a timer (not shown in FIG. 3) is started which, for example, can be designed as part of the monitoring device 37.
- the timer ei ⁇ ne predetermined time delay S v is implemented, which is intended to serve that a short-duration disturbance not immediately to a removal of the network component the communication network 10 leads.
- step 42 it is checked according to whether an initiated with the occurrence of Starbuckssig ⁇ Nals timer t v the predetermined time delay has S v reached. If this is not the case, then the procedure is continued again at step 41 and checks whether the fault - and thus the error signal - is still pending.
- the process at step 43 will be continued ⁇ sets.
- the time delay S v may be set to a value between about 10 ms and 100 ms.
- step 43 the communication links between the network component and the components IIf with the communication ⁇ ports 35a, 35b are directly connected neighboring network lle and temporarily stops 11g.
- the interruption is maintained during a predetermined interruption time Su and serves to present to the neighboring network components 11g, 11g a connection interruption which must lead to a reconfiguration of the communication network 10 according to the redundancy mechanisms.
- the value for the interrupt time Su can be chosen for example between et ⁇ wa 10ms and about 100ms.
- step 44 it is checked whether a timer tu started at the time of the beginning of the interruption has already reached the interruption time Su. If not, the process continues at step 43 and the interruption is thus maintained. If the interruption time Su is reached, the interruption in
- Step 45 terminates and the process at step 46 is fortge ⁇ .
- step 46 the communication ports 35a and 35b of the communication device 32 are short-circuited with each other via the switching device 38. This virtually establishes a direct connection between the communication ports 35a and 35b, which bridges the network component IIf, so that it is no longer connected to the communication network 10 by communication technology.
- the neighboring network components which meanwhile have become short-circuited communication components 35a and 35b, have adapted accordingly to the new configuration. This is shown in FIG. 5, in which the network component 11f is indicated only by dashed lines, which is to mean that it is no longer an active component of the communication network 10. At the same time they are
- Network components 11g and lle now via the direct connection because of the short-circuited communication ports 35a, 35b of the network component llf directly to each other ver ⁇ prevented, so that the network components llc-e continue with the rest of communication network 10, in particular the network components IIa, IIb, 11g and 11h stay connected.
- the described procedure is very fast (reaction time significantly less than ls), a network component with a missing or impaired ability to communicate temporarily be removed from the communication network 10, it remains that at least ensures the communication capability of the other communi ⁇ cations network 10th
- the reliability of an automation system can be significantly increased.
- the switching device 38 again disconnects the short-circuited communication ports 35a, 35b, whereby a renewed reconfiguration of the communication network is triggered.
- the fault can be rectified either locally on the device by appropriate service personnel. In some cases, however, it would be sufficient simply to restart the device software of the communication device. This can be done by a restart telegram transmitted, for example, by the workstation 13 (see FIG.
- the communication device must be set up to "listen in” to the data traffic transmitted via it even with short-circuited communication ports (35a, 35b) and to react to the restart telegram by restarting its device software to transmit after the short-circuiting of the communication ports (35a, 35b) no longer actively participating in the communication in the communication network (10) network component.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Netzwerkkomponente (11a-h) in einem paketvermittelten Kommunikationsnetzwerk (10), wobei die Netzwerkkomponente (z.B. 11f) eine Kommunikationseinrichtung (32) mit mindestens zwei Kommunikationsports (35a, 35b) aufweist, mit denen sie mit anderen Netzwerkkomponenten (z.B. 11a-e, 11g-h) des Kommunikationsnetzwerkes (10) zur Übertragung von Datentelegrammen in einer Spannbaum-Konfiguration verbunden ist. Um das Kommunikationsnetzwerk (10) auch dann noch zuverlässig betreiben zu können, wenn die Kommunikationsfähigkeit einer oder mehrerer Netzwerkkomponenten gestört ist, wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Überwachungseinrichtung (37) der Netzwerkkomponente (z.B. 11f) die Funktionsfähigkeit der Kommunikationseinrichtung (32) überwacht und bei fehlender Funktionsfähigkeit ein Fehlersignal abgibt und eine Schalteinrichtung (38) der Kommunikationseinrichtung (32) bei vorliegendem Fehlersignal die zumindest zwei Kommunikationsports (35a, 35b) kurzschließt. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Netzwerkkomponente.
Description
Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer Netzwerkkomponente in einem Kommunikationsnetzwerk und Netzwerkkomponente
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Netzwerkkomponente in einem paketvermittelten Kommunikations¬ netzwerk, wobei die Netzwerkkomponente eine Kommunikations¬ einrichtung mit mindestens zwei Kommunikationsports aufweist, mit denen sie mit anderen Netzwerkkomponenten des Kommunikationsnetzwerkes zur Übertragung von Datenpaketen in
einer Spannbaum-Konfiguration verbunden ist. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Netzwerkkomponente zum Be¬ trieb in einem paketvermittelten Kommunikationsnetzwerk.
Netzwerkfähige Geräte, also Netzwerkkomponenten, die an ein Kommunikationsnetzwerk angeschlossen werden können und über dieses Datentelegramme austauschen können, werden heutzutage in vielen Bereichen der Technik eingesetzt. Beispielsweise können solche Netzwerkkomponenten in Form von netzwerkfähigen Automatisierungsgeräten in Automatisierungsanlagen eingesetzt werden. Unter einer Netzwerkkomponente sollen daher im Folgenden jegliche netzwerkfähigen Geräte verstanden werden, die in einem Kommunikationsnetzwerk zum Senden, Empfangen
und/oder zur Übertragung von Datentelegrammen eingerichtet sind (z.B. Endgeräte, Switches, Hubs, Router, Netzwerkbrü¬ cken) ; in der Automatisierungstechnik umfasst der Begriff Netzwerkkomponente insbesondere auch netzwerkfähige Automati¬ sierungsgeräte .
In der Automatisierungstechnik, beispielsweise in Automatisierungsanlagen zur Steuerung und/oder Überwachung von elektrischen Energieversorgungsnetzen, werden verstärkt netzwerkfähige Automatisierungsgeräte eingesetzt, die Funktionen zur Überwachung, zur Steuerung und/oder zum Schutz einer automatisierten Anlage, z.B. eines elektrischen Energieversorgungs¬ netzes, übernehmen. Bei solchen Automatisierungsgeräten kann es sich beispielsweise um sogenannte elektrische Schutzgeräte
oder Feldleitgeräte handeln, die in Unterstationen elektrischer Energieversorgungsnetze installiert sind. In der Fach¬ sprache werden solche Automatisierungsgeräte oft auch als so genannte „IEDs" („Intelligent Electronic Devices") bezeich¬ net. Die Automatisierungsgeräte sind hierbei mit dem Kommuni kationsnetzwerk verbunden und tauschen darüber Datentelegram me aus, die als Nutzdaten beispielsweise Steuerbefehle, Mel¬ dungen über Ereignisse (z. B. Schwellenwertverletzungen), Messwerte oder Statusmeldungen umfassen. Da an die Funktions fähigkeit und Zuverlässigkeit solcher Automatisierungsanlage hohe Anforderungen gestellt werden, wird für die Kommunikati on zwischen den Automatisierungsgeräten ein Redundanzkonzept eingesetzt, das auch im Falle einer auftretenden Störung hin sichtlich der Kommunikation von Datentelegrammen einen ordnungsgemäßen Weiterbetrieb der Automatisierungsanlage gewähr leistet .
Zum Erreichen einer Redundanz werden bei Automatisierungsanlagen häufig Kommunikationsnetzwerke in einer sogenannten „Spannbaum-Konfiguration" (im englischen Sprachgebrauch auch als „Spanning Tree" bezeichnet) eingesetzt, bei denen eine Redundanz gemäß dem sogenannten RSTP („Rapid Spanning Tree Protocol") oder MSTP („Multiple Spanning Tree Protocol") ge¬ währleistet wird. Eine Spannbaum-Konfiguration zeichnet sich dadurch aus, dass ausgehend von einer auch als „Root" be¬ zeichneten Netzwerkkomponente alle weiteren Netzwerkkomponen ten (z.B. die Automatisierungsgeräte der Automatisierungsanlage) des Kommunikationsnetzwerks über genau einen Kommunika tionspfad erreichbar sind. Bei Automatisierungsanlagen, beispielsweise zur Steuerung, zum Schutz und/oder zur Überwachung elektrischer Energieversorgungsnetze, werden zudem häu fig Kommunikationsnetzwerke in einer Ringstruktur eingesetzt um bei einer Störung einer Kommunikationsverbindung zwischen zwei Automatisierungsgeräten in einfacher Weise einen alternativen Kommunikationspfad herstellen zu können.
Der Einsatz eines nach dem RSTP-Prinzip arbeitenden Kommunikationsnetzwerkes im Bereich der Automatisierung von elektri
sehen Energieversorgungsnetzen ist beispielsweise aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 2 090 950 AI bekannt. Aus der US-Patentanmeldung US 2008/0025203 AI ist außerdem ein alternatives RSTP-Verfahren bekannt, mit dem bei einer aufge¬ tretenen Störung eine schnellere Neukonfiguration des Kommunikationsnetzwerkes erreicht werden soll.
Während bei Kommunikationsnetzwerken in einer Spannbaum- Konfiguration beim Ausfall einer Kommunikationsverbindung (z.B. eines unterbrochenen Netzwerkkabels) verhältnismäßig einfach und schnell eine Neukonfigurierung des Netzwerkes und seiner Kommunikationspfade stattfindet, um eine einwandfreie Übertragung von Datentelegrammen zwischen den einzelnen Netzwerkkomponenten wiederherzustellen, kann für den Fall, dass die Kommunikationsfähigkeit der Netzwerkkomponenten selbst betroffen ist (beispielsweise im Falle einer Störung im Kommunikationsprozessor einer Netzwerkkomponente) ein ordnungs¬ gemäßer Weiterbetrieb des Kommunikationsnetzwerkes nicht im¬ mer gewährleistet werden, da nicht in allen Fällen mittels der bekannten Redundanzprotokolle eine Erkennung der Störung stattfindet oder eine Erkennung verhältnismäßig lange (z.B. mehrere Sekunden) dauert. Außerdem kann bei einem ringförmigen Kommunikationsnetzwerk für den Fall, dass zusätzlich zu einer gestörten Kommunikationsverbindung, die gemäß der Redundanzprotokolle zu einer Neukonfigurierung des Kommunikati¬ onsnetzwerkes geführt hat, eine weitere Störung bezüglich der Kommunikationsfähigkeit einer Netzwerkkomponente eintritt, durch die nunmehr zwei vorhandenen Störstellen ein Teil der Netzwerkkomponenten komplett von dem Kommunikationsnetzwerk abgetrennt sein. Zusätzlich können bei der Störung der Kommunikationsfähigkeit bestimmter Netzwerkkomponenten Effekte wie kreisende Telegramme auftreten, die zu einer Überlastung des Kommunikationsnetzwerkes führen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kommunikations¬ netzwerk in Spannbaum-Konfiguration auch dann noch redundant und zuverlässig betreiben zu können, wenn die Kommunikations-
fähigkeit einer oder mehrerer Netzwerkkomponenten fehlt oder gestört ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der oben genannten Art gelöst, bei dem eine Überwachungseinrichtung der Netzwerkkomponente die Funktionsfähigkeit der Kommunika¬ tionseinrichtung überwacht und bei fehlender oder gestörter Funktionsfähigkeit ein Fehlersignal abgibt und eine Schalt¬ einrichtung der Kommunikationseinrichtung bei vorliegendem Fehlersignal die zumindest zwei Kommunikationsports kurz¬ schließt .
Durch die selbsttätige Überwachung der Funktionsfähigkeit ei¬ ner Netzwerkkomponente und die Möglichkeit, die Kommunikati- onsports im Falle einer fehlenden oder gestörten Kommunikationsfähigkeit kurzzuschließen, ermöglicht es quasi, die frag¬ liche Netzwerkkomponente kommunikationstechnisch aus dem Kommunikationsnetzwerk zu entfernen und stattdessen eine Direktverbindung einzusetzen, so dass die benachbart zur gestörten Netzwerkkomponente angeordneten weiteren Netzwerkkomponenten trotz der Störung miteinander kommunizieren können. Da die betroffene Netzwerkkomponente physikalisch weiter mit dem Kommunikationsnetzwerk verbunden bleibt, kann sie nach Behebung der Störung sehr einfach wieder kommunikationstechnisch in das Kommunikationsnetzwerk aufgenommen werden.
Häufig entsteht eine Störung der Kommunikationsfähigkeit ei¬ ner Netzwerkkomponente dadurch, dass die Netzwerkkomponente mit einer aktualisierten Firmware (also einer aktuelleren Version einer Gerätesoftware) geladen wird und beim Installa- tionsprozess oder beim Hochfahren („Booten") nach der Installation ein Fehler auftritt, so dass die Kommunikationssoft¬ ware, die unter Anderem die Redundanzmechanismen der Netzwerkkomponente steuert, nicht ordnungsgemäß durchgeführt wer- den kann.
Um eine solche Störung der Kommunikationsfähigkeit einer Netzwerkkomponente sicher erkennen zu können, wird gemäß ei-
ner vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass eine Steuereinrichtung der Kommunikationseinrichtung regelmäßig Triggersignale an die Kommunikationsports sendet und die Überwachungseinrichtung eine feh¬ lende oder gestörte Kommunikationsfähigkeit der Kommunikati¬ onseinrichtung dann erkennt, wenn die Triggersignale ausblei¬ ben .
Da nämlich für den Fall einer unvollständig oder fehlerhaft geladenen Kommunikationssoftware das Versenden der Triggersignale an die Kommunikationsports ausbleibt, kann auf diese Weise sehr effizient eine gestörte Funktionsfähigkeit der Kommunikationseinrichtung erkannt werden. Ebenso kann auf diese Weise eine während des laufenden Betriebs der Netzwerk¬ komponente auftretende Softwarestörung die zum „Einführen" der Abarbeitung der Kommunikationssoftware führt, an dem Aus¬ bleiben der Triggersignale erkannt werden und so zu einer Kurzschließung der Kommunikationsport der Netzwerkkomponente führen .
Andere Ursachen einer gestörten Funktionsfähigkeit der Kommu¬ nikationseinrichtung können durch einen Defekt eines Prozessors der Kommunikationseinrichtung oder der Stromversorgung des Prozessors hervorgerufen werden.
Diesbezüglich kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung auch dann eine fehlende oder gestörte Kommunikationsfähigkeit der Kommunikationseinrich¬ tung erkennt, wenn eine Fehlfunktion eines Prozessors der Kommunikationseinrichtung vorliegt .
Hierzu kann beispielsweise das ordnungsgemäße Auftreten der regelmäßig von dem Prozessor erzeugten Taktsignale überwacht werden und beim Ausbleiben der Taktsignale auf eine Fehlfunktion des Prozessors, die durch eine Störung des Prozessors selbst oder seiner Stromversorgung hervorgerufen sein kann, geschlossen werden.
Um nicht bei einer nur kurzzeitigen und vorübergehend auftre¬ tenden Störung der Funktionsfähigkeit der Kommunikationseinrichtung einer Netzwerkkomponente sofort die Netzwerkkompo¬ nente durch Kurzschließung der Kommunikationsport kommunika¬ tionstechnisch aus dem Kommunikationsnetzwerk abzutrennen, kann gemäß einer weiteren Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass bei vorliegendem Fehlersignal zunächst ein Zeitglied gestartet wird, das dann einen Schaltbefehl an die Schalteinrichtung abgibt, wenn nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitverzögerung das Fehlersignal immer noch ansteht.
Gemäß dieser Aus führungs form wird nämlich erst dann ein Kurzschließen der Kommunikationsports veranlasst, wenn die Stö¬ rung eine vorgegebene Zeitverzögerung lang anhält; als Werte für die vorgegebene Zeitverzögerung können beispielsweise et¬ wa 10 Millisekunden bis etwa 100 Millisekunden eingestellt werden .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zudem vorgesehen sein, dass unmittelbar vor dem Kurzschließen der zumindest zwei Kommunikationsports eine Kommunikationsverbindung mit den benachbarten Netzwerkkomponenten für eine vorgegebene Unterbrechungszeit aufgetrennt wird und erst nach Ablauf der Unterbrechungszeit die Kommunikationsports durch die Schalteinrichtung kurzge¬ schlossen werden. Als benachbarte Netzwerkkomponenten werden in diesem Zusammenhang solche Netzwerkkomponenten bezeichnet, deren Kommunikationsports unmittelbar miteinander verbunden sind .
Die genannte Aus führungs form besitzt den Vorteil, dass durch die vorübergehende Auftrennung der Kommunikationsverbindungen zwischen der von der Störung betroffenen Netzwerkkomponente und ihren benachbarten Netzwerkkomponenten den benachbarten Netzwerkkomponenten der Eindruck vermittelt wird, dass eine Leitungsunterbrechung vorliege. Eine solche kann gemäß den
Redundanzalgorithmen einfach und schnell erkannt werden. Beispielsweise kann eine solche Unterbrechung der jeweiligen Kommunikationsverbindungen dadurch erzeugt werden, dass die Anschlüsse der Kommunikationsverbindungen auf eine Spannungs- ebene nahe 0 Volt (ein Low-Level) gesetzt werden und damit den benachbarten Netzwerkkomponenten ein Zustand der Kommunikationsverbindung angezeigt wird, wie er auch bei einer tatsächlichen Leitungsunterbrechung anstehen würde. Durch diese kurzzeitige Unterbrechung der Kommunikationsverbindung werden in den benachbarten Netzwerkkomponenten Redundanzmechanismen ausgelöst, die zu einer Neukonfigurierung des Kommunikations¬ netzwerkes führen. Die Unterbrechungszeit muss hierfür einer¬ seits lang genug gewählt werden, um den benachbarten Netzwerkkomponenten eine Verbindungsunterbrechung anzuzeigen, und andererseits derart kurz gewählt werden, dass vor der Neukon¬ figurierung des Kommunikationsnetzwerkes das Kurzschließen der Kommunikationsports erfolgt ist, damit sich die benach¬ barten Netzwerkkomponenten durch die dann erzeugte Direktverbindung gegenseitig „sehen" können. Mögliche Werte für die Unterbrechungszeit können beispielsweise zwischen etwa 10 Millisekunden bis etwa 100 Millisekunden gewählt werden.
Da nach Ablauf der Unterbrechungszeit die Kommunikationsports der von der Störung betroffenen Netzwerkkomponente kurzge- schlössen werden, bilden die benachbarten Netzwerkkomponenten bei einer solchen Neukonfigurierung über die nunmehr entstandene Direktverbindung bei der gestörten Netzwerkkomponente eine Kommunikationsbeziehung aus, so dass eine einwandfreie Kommunikationsfähigkeit des Kommunikationsnetzwerkes wieder hergestellt wird.
Eine weitere vorteilhafte Aus führungs form des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens sieht vor, dass die Kommunikationseinrichtung auch nach dem Kurzschließen der Kommunikationsports über die kurzgeschlossenen Kommunikationsports übermittelte Datentele¬ gramme empfängt.
Ein Empfang von Datentelegrammen nach dem Kurzschließen der Kommunikationsports kann beispielsweise durch ein „Mithören" der über die kurzgeschlossenen Kommunikationsports übertrage¬ nen Datentelegramme erfolgen; ein solches Verfahren wird auch als „Sniffer"-Verfahren bezeichnet. Dies hat den Vorteil, dass die nicht mehr aktiv an der Kommunikation im Kommunikationsnetzwerk beteiligte Netzwerkkomponente dennoch bestimmte Informationen, z.B. Fernsteuer- oder Fernwartungstelegramme empfangen und darauf reagieren kann.
Konkret kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass bei Empfang eines Neustart-Telegramms über die kurzgeschlossenen Kommunikationsports die Kommunikationseinrichtung einen Neustart ihrer Gerätesoftware veranlasst. Hierdurch kann ver¬ sucht werden, die Störung der Netzwerkkomponente - ohne Be¬ dienhandlungen vor Ort vornehmen zu müssen - aus der Ferne dadurch zu beheben, dass ein Neustart der Gerätesoftware der Kommunikationseinrichtung ausgelöst wird. Wenn die Kommunikationseinrichtung nach dem Neustart ohne Störung funktioniert, kann sie wieder in das Kommunikationsnetzwerk eingebunden werden. Das Neustartsignal kann beispielsweise von einem Be- diener an einer Workstation, die mit dem Kommunikationsnetzwerk in Verbindung steht, ausgesendet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zudem vorgesehen sein, dass die Kommunikationseinrichtung einen Betrieb in einem redundanten Kommunikationsnetzwerk nach dem RSTP- oder dem MSTP-Standard ermöglicht. Dabei kann das Kommunikationsnetzwerk vorzugswei¬ se auf der bekannten Ethernet-Technologie beruhen.
Die oben genannte Aufgabe wird auch durch eine Netzwerkkompo¬ nente zum Betreiben in einem paketvermittelten, in einer Spannbaum-Konfiguration aufgebauten Kommunikationsnetzwerk gelöst, wobei die Netzwerkkomponente eine Kommunikationsein¬ richtung mit mindestens zwei Kommunikationsports zur Übertra¬ gung von Datenpaketen mit anderen Netzwerkkomponenten des Kommunikationsnetzwerks aufweist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kommunikationseinrichtung eine Überwachungseinrichtung aufweist, die zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Kommunikationseinrichtung und zur Abgabe eines Fehlersignals bei fehlender oder gestör¬ ter Funktionsfähigkeit eingerichtet ist, und die Kommunikati¬ onseinrichtung eine Schalteinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, bei vorliegendem Fehlersignal die zumindest zwei Kommunikationsports kurzzuschließen.
Hinsichtlich der Vorteile dieser Lösung wird auf die bereits genannten Vorteile bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen .
Gemäß einer vorteilhaften Aus führungs form der erfindungsgemäßen Netzwerkkomponente kann vorgesehen sein, dass die Kommu¬ nikationseinrichtung ein Zeitglied aufweist, das bei vorlie¬ gendem Fehlersignal gestartet wird, und das dann einen
Schaltbefehl an die Schalteinrichtung abgibt, wenn nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitverzögerung das Fehlersignal immer noch ansteht.
Eine weitere vorteilhafte Aus führungs form der erfindungsgemä¬ ßen Netzwerkkomponente sieht zudem vor, dass die Kommunikati¬ onseinrichtung dazu eingerichtet ist, unmittelbar vor dem Kurzschließen der zumindest zwei Kommunikationsports eine Kommunikationsverbindung mit den benachbarten Netzwerkkomponenten für eine vorgegebene Unterbrechungszeit aufzutrennen und erst nach Ablauf der Unterbrechungszeit die Kommunikati¬ onsports durch die Schalteinrichtung kurzzuschließen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form der erfindungsgemäßen Netzwerkkomponente ist vorgesehen, dass die Kom¬ munikationseinrichtung dazu eingerichtet ist, auch nach dem Kurzschließen der Kommunikationsports über die kurzgeschlos¬ senen Kommunikationsports übermittelte Datentelegramme zu empfangen .
Konkret kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass di Kommunikationseinrichtung dazu eingerichtet ist, bei Empfang eines Neustart-Telegramms über die kurzgeschlossenen Kommuni kationsports einen Neustart ihrer Gerätesoftware zu veranlas sen .
Außerdem sieht eine weitere vorteilhafte Aus führungs form der erfindungsgemäßen Netzwerkkomponente vor, dass die Kommunika tionseinrichtung zum Betrieb in einem redundanten Kommunikationsnetzwerk nach dem RSTP- oder dem MSTP-Standard eingerichtet ist.
Eine weitere vorteilhafte Aus führungs form des erfindungsgemä ßen Netzwerkkomponente ist dadurch gegeben, dass die Netz¬ werkkomponente ein elektrisches Schutzgerät oder Feldleitge¬ rät ist, das zum Betreiben in einem Kommunikationsnetzwerk einer Automatisierungsanlage eines elektrischen Energieversorgungsnetzes eingerichtet ist.
Schließlich wird die oben genannte Aufgabe auch durch eine Automatisierungsanlage eines elektrischen Energieversorgungs netzes mit einem Kommunikationsnetzwerk und einer Mehrzahl von Netzwerkkomponenten nach einem der Ansprüche 9-15 gelöst
Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels ein Ver¬ fahren zum Betreiben einer Netzwerkkomponente in einem paket vermittelten Kommunikationsnetzwerk sowie der Aufbau einer entsprechenden Netzwerkkomponente näher erläutert werden. Hierzu zeigen
Fig. 1 ein ringförmiges Kommunikationsnetzwerk in einer
Spannbaum-Konfiguration in schematischer Darstel lung,
Fig. 2 das Kommunikationsnetzwerk aus Fig. 1 in einem störungsbehafteten Zustand,
Fig 3 eine Netzwerkkomponente zum Betrieb in einem Kom¬ munikationsnetzwerk in schematischer Ansicht,
Fig 4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Betreiben einer Netzwerkkomponente in einem Kommunikationsnetzwerk und
Fig 5 das Kommunikationsnetzwerk gemäß Fig. 1, nach der kommunikationstechnischen Entfernung einer ge störten Netzwerkkomponente.
Figur 1 zeigt ein Kommunikationsnetzwerk 10 in einer ringför migen Ausbildung, wie sie oft in Automatisierungsanlagen zur Steuerung, zum Schutz und/oder zur Überwachung von elektrischen Energieversorgungsnetzen eingesetzt wird. Die ringförmige Ausbildung ist lediglich beispielhaft anzusehen, beispielsweise kann es sich auch um ein vermaschtes oder teil¬ weise in Ring- und teilweise in Sternkonfiguration ausgebildetes Kommunikationsnetzwerk handeln.
Das Kommunikationsnetzwerk 10 umfasst Netzwerkkomponenten 11 bis 11h, bei denen es sich beispielsweise um netzwerkfähige Automatisierungsgeräte einer Automatisierungsanlage eines elektrischen Energieversorgungsnetzes handeln kann. Bei¬ spielsweise können diese Automatisierungsgeräte Schutzgeräte oder Feldleitgeräte sein, die zur Steuerung und/oder Überwachung des elektrischen Energieversorgungsnetzes eingesetzt werden. Zur Verbindung mit dem Kommunikationsnetzwerk 10 wei sen die Netzwerkkomponenten lla-h jeweils mindestens zwei Kommunikationsports auf. Der Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 1 lediglich das Kommunikationsnetzwerk 10 mit den Netzwerkkomponenten lla-h dargestellt, nicht aber das automati¬ sierte Energieversorgungsnetz. Die Erfindung ist zudem nicht auf den Einsatz in Automatisierungssystemen für Energieversorgungsnetze beschränkt, sondern kann vielmehr bei beliebi¬ gen in Spannbaum-Konfiguration aufgebauten Kommunikationsnetzwerken verwendet werden.
Um die Zuverlässigkeit des Kommunikationsnetzwerks 10 zu er¬ höhen, wird dieses redundant gemäß dem RSTP-Prinzip oder MSTP-Prinzip (RSTP = Rapid Spanning Tree Protocol gemäß Standard IEEE 802, 1D; MSTP = Multiple Spanning Tree Protocol ge- mäß Standard IEEE 802, IQ) betrieben. Hierbei wird eine Netzwerkkomponente als sogenannte „Root" definiert (in Fig. 1 ist beispielhaft die Netzwerkkomponente IIa als Root festgelegt) , von der aus Kommunikationspfade zu sämtlichen anderen Netzwerkkomponenten in der Spannbaum-Konfiguration ausgebildet werden. Um hierbei Schleifen zwischen den Kommunikationspfaden auszuschließen und damit kreisende Datentelegramme zu vermeiden, wird eine logische Trennstelle 12 festgelegt, an der das Kommunikationsnetzwerk für die Übertragung von Nutzdaten enthaltenden Datentelegrammen blockiert ist. Da es sich bei der Trennstelle 12 lediglich um eine logische Trennstel¬ le, nicht aber um eine physikalische Trennstelle handelt, können weiterhin Redundanzsteuertelegramme über die Trenn¬ stelle 12 übertragen werden. Nach der Festlegung der Root-Netzwerkkomponente IIa findet eine erstmalige Konfiguration des Kommunikationsnetzwerkes 10 statt, bei der die weiteren Netzwerkkomponenten llb-h ihren jeweiligen Kommunikationsports bestimmte Rollen zuordnen. Hierbei werden diejenigen Kommunikationsports einer Netzwerk- komponente llb-h, die in Richtung der Root- Netzwerkkomponente IIa zeigen, als sogenannte „Root-Ports" eingerichtet, die in Fig. 1 mit einem nicht ausgefüllten Kreissymbol gekennzeichnet sind. Die jeweils von der Root- Netzwerkkomponente IIa weg zeigenden Kommunikationsports sind als sogenannte „Designated Ports" eingerichtet. Diese Kommu¬ nikationsports sind in Fig. 1 mit dem Buchstaben „D" gekennzeichnet. Die Root-Netzwerkkomponente IIa selbst besitzt le¬ diglich Designated Ports. Der Kommunikationsport der Netz¬ werkkomponente lle, an dem die logische Trennstelle 12 einge- richtet ist, wird als sogenannter „Alternate Port" bezeichnet und ist in Fig. 1 mit dem Buchstaben „A" bezeichnet.
Gemäß Fig. 1 ist an der Root-Netzwerkkomponente IIa zudem le¬ diglich beispielhaft eine Datenverarbeitungseinrichtung 13 in Form einer Workstation verbunden, die beispielsweise zur Überwachung und Parametrierung der in dem Kommunikationsnetzwerk 10 vorhandenen Netzwerkkomponenten lla-h eingesetzt werden kann.
Fig. 2 zeigt die Veränderungen, die in dem Kommunikations¬ netzwerk 10 nach dem Auftreten einer Störung und die daran anschließende Neukonfigurierung vorgenommen werden. Hierzu zeigt Fig. 2 das Kommunikationsnetzwerk 10 aus Fig. 1 mit den Netzwerkkomponenten IIa bis 11h. Zunächst soll angenommen werden, dass an Stelle 20 in dem Kommunikationsnetzwerk 10 eine Störung auftritt. Diese Störung kann entweder eine Unterbrechung einer Kommunikationsverbindung zwischen den Netzwerkkomponenten IIb und 11c sein (beispielsweise ein durch- trenntes Netzwerkkabel) oder die Netzwerkkomponente IIb kann, z.B. aufgrund von Wartungsarbeiten oder der Installation einer aktualisierten Gerätesoftware (Firmware), vorübergehend aus dem Kommunikationsnetzwerk 10 abgetrennt sein. Hierdurch wird der vormals geschlossene Kommunikationsring des Kommunikationsnetzwerks 10 an der Stelle 20 geöffnet, so dass die Netzwerkkomponenten 11c und lld aufgrund der an Stelle 12 vorgesehenen logischen Trennstelle vom übrigen Kommunikationsnetzwerk, also den Netzwerkkomponenten IIa sowie lle-h abgetrennt sind.
Um diese Trennung aufzuheben und den ordnungsgemäßen Betrieb des Kommunikationsnetzwerks 10 schnell wiederherzustellen, wird gemäß dem RSTP- bzw. dem MSTP-Verfahren eine automatische Neukonfigurierung des Kommunikationsnetzwerks 10 dahin¬ gehend vorgenommen, dass die logische Trennstelle 12 nunmehr an die Stelle der tatsächlichen Störung 20 verschoben wird und außerdem gegebenenfalls die Rollen der Kommunikations¬ ports der Netzwerkkomponenten lla-h entsprechend angepasst werden. Im Beispiel gemäß Fig. 2 wird der vormalige Alternate Port der Netzwerkkomponente lle zu einem Designated Port und die Root- und Designated Ports der Netzwerkkomponenten IIb
und 11c werden untereinander getauscht, um dem geänderten Kommunikationspfad in Richtung der Root-Netzwerkkomponente IIa Rechnung zu tragen. Tritt im Folgenden zusätzlich zu der Störung an Stelle 20 eine Störung der Kommunikationsfähigkeit einer Netzwerkkompo¬ nente (hier beispielhaft der Netzwerkkomponente llf) auf, so kann es passieren, dass die Netzwerkkomponenten llc-e aufgrund der außerdem vorhandenen Trennstelle 12 an Stelle 20 vom restlichen Kommunikationsnetz 10, also den Netzwerkkomponenten IIa, IIb, 11g und 11h abgetrennt werden. In diesem Fall kann auch bei Durchführung der Redundanzmechanismen gemäß RSTP- bzw. MSTP keine unmittelbare Wiederherstellung der Kommunikationsfähigkeit des gesamten Kommunikationsnetzwerks 10 vorgenommen werden.
Die Störung der Kommunikationsfähigkeit der Netzwerkkomponente llf kann beispielsweise aufgrund einer gestörten Geräte¬ bzw. Kommunikationssoftware (beispielsweise nach dem Laden einer aktualisierten Gerätesoftware) oder durch einen Defekt eines Kommunikationsprozessors bzw. einer Stromversorgung des Prozessors entstehen. Um auch in einem solchen Fall die Funktionsfähigkeit des Kommunikationsnetzwerks 10 weiterhin zu gewährleisten, werden die Netzwerkkomponenten IIa bis 11h entsprechend der Darstellung der Fig. 3 ausgebildet.
In Fig. 3 ist hierzu beispielhaft die Netzwerkkomponente llf in schematischer Ansicht dargestellt. Die weiteren Netzwerkkomponenten lla-e und llg-h sind entsprechend ausgebildet. Die Netzwerkkomponente llf umfasst einen Applikationsteil 31, auf dem die eigentlichen Gerätefunktionen mittels einer entsprechenden Gerätesoftware und einem (oder mehreren) die Gerätesoftware abarbeitenden Geräteprozessor ausgebildet sind. Für den Fall, dass es sich bei der Netzwerkkomponente um ein elektrisches Schutzgerät handelt, umfasst der Applikations¬ teil 31 beispielsweise Gerätefunktionen zur Erfassung und Verarbeitung von Messwerten und zur Durchführung sogenannter Schutzalgorithmen, um bei einem erkannten unzulässigen Be-
triebszustand geeignete Gegenmaßnahmen einzuleiten. Mit dem Applikationsteil 31 steht eine Kommunikationseinrichtung 32 der Netzwerkkomponente llf in Verbindung, die eine Steuerein¬ richtung 33 aufweist, bei der es sich beispielsweise um eine sogenannte Medienzugangssteuerung (MAC = Media Access
Control) mit einem entsprechenden Kommunikationsprozessor handeln kann. Hier werden neben anderen die Kommunikation betreffenden Funktionalitäten auch die für die Ausbildung der gemäß RSTP bzw. MSTP vorgegebenen Redundanzmechanismen not- wendigen Protokollstacks ausgeführt. Mit der Steuereinrich¬ tung 33 steht eine Switch-Einrichtung 34 in Verbindung, die wiederum mit Kommunikationsports 35a und 35b verbunden ist. Die Kommunikationsports 35a und 35b stellen sogenannte „PHY- Bausteine" dar, die zudem mit den physikalischen Schnittstel- len zur Aufnahme von Kommunikationsverbindungen 36a und 36b (z.B. Netzwerkkabeln) versehen sind, um eine physikalische und logische Kommunikationsverbindung zu benachbarten Netzwerkkomponenten herzustellen (im Falle der Netzwerkkomponente llf handelt es sich bei den benachbarten Netzwerkkomponenten um die Netzwerkkomponenten llg und lle gemäß Figuren 1 und
2) . Die Switch-Einrichtung 34 weist zudem eine Überwachungseinrichtung 37 auf, die mit einer Schalteinrichtung 38 in Wirkverbindung steht. Die Schalteinrichtung 38 ist ihrerseits sowohl mit dem Kommunikationsport 35a als auch mit dem Kommu- nikationsport 35b verbunden und derart eingerichtet, dass sie ein physikalisches Kurzschließen der Kommunikationsports 35a und 35b vornehmen kann. Bei diesem Kurzschließen werden sämtliche Adern der Kommunikationsverbindungen 36a und 36b über die Schalteinrichtung 38 mit den entsprechenden Adern der je- weils anderen Kommunikationsverbindung 36a, 36b galvanisch verbunden .
Der Aufbau der Kommunikationseinrichtung 32 ist in Figur 3 lediglich beispielhaft dargestellt. Beispielsweise können die Steuereinrichtung 33 und die Switch-Einrichtung 34 als eine gemeinsame Baugruppe ausgebildet sein, oder der Prozessor des Applikationsteils 31 kann auch die Kommunikationsfunktionen
mit abarbeiten und somit auch Bestandteil der Kommunikations¬ einrichtung 32 sein.
Anhand des Ablaufdiagramms in Figur 4 soll nun erläutert wer- den, wie die Netzwerkkomponente llf im Falle einer gestörten oder fehlenden der Funktionsfähigkeit Kommunikationseinrichtung kommunikationstechnisch aus dem Kommunikationsnetzwerk entfernt werden kann, um auf diese Weise die Funktionstüchtigkeit des gesamten Kommunikationsnetzwerks aufrecht zu er- halten.
Das Verfahren startet in einem ersten Schritt 40. Hier wird
beispielsweise werden dabei Wer- te für eine Zeitverzögerung tv und eine Unterbrechungszeit tu auf Null gesetzt. In einem nachfolgenden Schritt 41 wird von der Überwachungseinrichtung 37 die Funktionsfähigkeit der Kommunikationseinrichtung 32 der Netzwerkkomponente llf überprüft. Dies kann beispielsweise durch Überwachung von regel¬ mäßig von der Steuereinrichtung 33 an die Kommunikationsports übermittelten Triggersignalen erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Funktionstüchtigkeit des in der Steu¬ ereinrichtung 33 vorgesehenen Kommunikationsprozessors, z.B. anhand des Auftretens der Prozessortakte, überwacht werden. Wenn die Überwachungseinrichtung 37 in Schritt 41 eine feh- lende oder gestörte Funktionsfähigkeit der Kommunikationsein¬ richtung 32 erkennt, so wird seitens der Überwachungseinrichtung 37 ein Fehlersignal erzeugt und das Verfahren wird mit Schritt 42 fortgesetzt. Falls in Schritt 41 hingegen keine gestörte oder fehlende Funktionsfähigkeit der Kommunikations- einrichtung 32 erkennt, so startet das Verfahren erneut bei Schritt 40.
In Schritt 42 wird ein Zeitglied (in Figur 3 nicht gezeigt) gestartet, das beispielsweise als Teil der Überwachungsein- richtung 37 ausgebildet sein kann. Mit dem Zeitglied wird ei¬ ne vorgegebene Zeitverzögerung Sv implementiert, die dazu dienen soll, dass eine lediglich kurz andauernde Störung nicht sofort zu einer Entfernung der Netzwerkkomponente aus
dem Kommunikationsnetzwerk 10 führt. In Schritt 42 wird entsprechend überprüft, ob ein mit dem Auftreten des Fehlersig¬ nals gestartete Timer tv die vorgegebene Zeitverzögerung Sv erreicht hat. Ist dies nicht der Fall, dann wird das Verfah- ren erneut bei Schritt 41 fortgesetzt und überprüft, ob die Störung - und damit das Fehlersignal - noch ansteht. Wird bei Schritt 42 erkannt, dass der Timer tv die Zeitverzögerung Sv erreicht hat, so wird das Verfahren bei Schritt 43 fortge¬ setzt. Die Zeitverzögerung Sv kann beispielsweise auf einen Wert zwischen etwa 10ms und 100ms gesetzt werden.
In Schritt 43 werden die Kommunikationsverbindungen zwischen der Netzwerkkomponente llf und den mit den Kommunikations¬ ports 35a, 35b unmittelbar verbundenen benachbarten Netzwerk- komponenten lle und 11g vorübergehend unterbrochen. Die Unterbrechung wird während einer vorgegebenen Unterbrechungszeit Su aufrecht erhalten und dient dazu, den benachbarten Netzwerkkomponenten lle, 11g eine Verbindungsunterbrechung darzustellen, die gemäß den Redundanzmechanismen zu einer Neukonfigurierung des Kommunikationsnetzwerks 10 führen muss. Der Wert für die Unterbrechungszeit Su kann z.B. zwischen et¬ wa 10ms und etwa 100ms gewählt werden.
Im folgenden Schritt 44 wird geprüft, ob ein zum Zeitpunkt des Beginns der Unterbrechung gestarteter Timer tu bereits die Unterbrechungszeit Su erreicht hat. Wenn dies nicht der Fall ist, so wird das Verfahren bei Schritt 43 fortgesetzt und die Unterbrechung damit aufrecht erhalten. Ist die Unterbrechungszeit Su erreicht, so wird die Unterbrechung in
Schritt 45 beendet und das Verfahren bei Schritt 46 fortge¬ setzt. In Schritt 46 werden die Kommunikationsports 35a und 35b der Kommunikationseinrichtung 32 über die Schalteinrichtung 38 miteinander kurzgeschlossen. Damit wird quasi eine Direktverbindung zwischen den Kommunikationsports 35a und 35b hergestellt, die die Netzwerkkomponente llf überbrückt, so dass diese nicht mehr kommunikationstechnisch an das Kommunikationsnetzwerk 10 angeschlossen ist.
Durch die im Zuge der Unterbrechung der Kommunikationsverbindungen in Schritt 43 bewirkte Neukonfigurierung des Kommunikationsnetzwerks 10 haben sich die benachbarten Netzwerkkomponenten, die durch das Kurzschließen der Kommunikationsports 35a und 35b mittlerweile zu unmittelbar benachbarten Netzwerkkomponenten geworden sind, entsprechend an die neue Konfiguration angepasst. Dies ist in Figur 5 gezeigt, in der die Netzwerkkomponente llf nur noch gestrichelt angedeutet ist, was bedeuten soll, dass sie nicht mehr aktiver Bestandteil des Kommunikationsnetzwerks 10 ist. Gleichzeitig sind die
Netzwerkkomponenten 11g und lle nunmehr über die Direktverbindung aufgrund der kurzgeschlossenen Kommunikationsports 35a, 35b der Netzwerkkomponente llf direkt miteinander ver¬ bunden, so dass auch die Netzwerkkomponenten llc-e weiterhin mit dem restlichen Kommunikationsnetzwerk 10, insbesondere den Netzwerkkomponenten IIa, IIb, 11g und 11h, verbunden bleiben .
Durch die beschriebene Vorgehensweise kann sehr schnell (Re- aktionszeit deutlich kleiner als ls) eine Netzwerkkomponente mit fehlender oder gestörter Kommunikationsfähigkeit vorübergehend aus dem Kommunikationsnetzwerk 10 entfernt werden, so dass zumindest die Kommunikationsfähigkeit des übrigen Kommu¬ nikationsnetzwerks 10 gewährleistet bleibt. Insbesondere im sensiblen Bereich der Automatisierungstechnik kann hierdurch die Zuverlässigkeit einer Automatisierungsanlage entscheidend erhöht werden.
Dadurch dass die aus dem Kommunikationsnetzwerk 10 kommunika- tionstechnisch entfernte Netzwerkkomponente llf physikalisch noch mit dem Kommunikationsnetzwerk 10 verbunden ist, kann sie - nach einer Behebung der Störung - in einfacher Weise erneut in das Kommunikationsnetzwerk 10 integriert werden. Hierzu trennt die Schalteinrichtung 38 die kurzgeschlossenen Kommunikationsports 35a, 35b wieder auf, wodurch eine erneute Neukonfigurierung des Kommunikationsnetzwerks ausgelöst wird.
Die Behebung der Störung kann entweder vor Ort am Gerät durch entsprechendes Servicepersonal erfolgen. In manchen Fällen würde es jedoch ausreichen, lediglich einen Neustart der Gerätesoftware der Kommunikationseinrichtung zu veranlassen. Dies kann durch ein - beispielsweise von der Workstation 13 (vgl. Fig. 1) ausgesendetes - Neustart-Telegramm erfolgen. Hierzu muss die Kommunikationseinrichtung dazu eingerichtet sein, auch bei kurzgeschlossenen Kommunikationsports (35a, 35b) den über diese übertragenen Datenverkehr „mitzuhören" und auf das Neustart-Telegramm mit einem Neustart ihrer Gerätessoftware zu reagieren. Auf diese Weise können auch andere Fernsteuer- oder Ferndiagnoseinformationen an die nach dem Kurzschließen der Kommunikationsports (35a, 35b) nicht mehr aktiv an der Kommunikation im Kommunikationsnetzwerk (10) teilnehmende Netzwerkkomponente zu übermitteln.
Claims
1. Verfahren zum Betreiben einer Netzwerkkomponente (lla-h) in einem paketvermittelten Kommunikationsnetzwerk (10), wobei die Netzwerkkomponente (z.B. llf) eine Kommunikationseinrichtung (32) mit mindestens zwei Kommunikationsports (35a, 35b) aufweist, mit denen sie mit anderen Netzwerkkomponenten (z.B. lla-e, llg-h) des Kommunikationsnetzwerkes (10) zur Übertra¬ gung von Datentelegrammen in einer Spannbaum-Konfiguration verbunden ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- eine Überwachungseinrichtung (37) der Netzwerkkomponente (llf) die Funktionsfähigkeit der Kommunikationseinrichtung (32) überwacht und bei fehlender oder gestörter Funktionsfä- higkeit ein Fehlersignal abgibt; und
- bei vorliegendem Fehlersignal eine Schalteinrichtung (38) der Kommunikationseinrichtung (32) die zumindest zwei Kommunikationsports (35a, 35b) kurzschließt.
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
- eine Steuereinrichtung (33) der Kommunikationseinrichtung (32) regelmäßig Triggersignale an die Kommunikationsports (35a, 35b) sendet; und
- die Überwachungseinrichtung (37) eine fehlende oder gestörte Kommunikationsfähigkeit der Kommunikationseinrichtung (32) dann erkennt, wenn die Triggersignale ausbleiben.
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 Überwachungseinrichtung (37) auch dann eine fehlende oder gestörte Kommunikationsfähigkeit der Kommunikationsein¬ richtung (32) erkennt, wenn eine Fehlfunktion eines Prozessors der Kommunikationseinrichtung (32) vorliegt.
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 - bei vorliegendem Fehlersignal zunächst ein Zeitglied ge¬ startet wird, das dann einen Schaltbefehl an die Schalteinrichtung (38) abgibt, wenn nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitverzögerung (Sv) das Fehlersignal immer noch ansteht.
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
- unmittelbar vor dem Kurzschließen der zumindest zwei Kommunikationsports (35a, 35b) eine Kommunikationsverbindung mit den benachbarten Netzwerkkomponenten (z.B. lle, 11g) für eine vorgegebene Unterbrechungszeit (Su) aufgetrennt wird; und
- erst nach Ablauf der Unterbrechungszeit (Su) die Kommunika¬ tionsports (35a, 35b) durch die Schalteinrichtung (38) kurzgeschlossen werden.
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
- die Kommunikationseinrichtung (32) auch nach dem Kurzschließen der Kommunikationsports (35a, 35b) über die kurzge- schlossenen Kommunikationsports (35a, 35b) übermittelte Da¬ tentelegramme empfängt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- bei Empfang eines Neustart-Telegramms über die kurzge¬ schlossenen Kommunikationsports (35a, 35b) die Kommunikati¬ onseinrichtung einen Neustart ihrer Gerätesoftware veranlasst .
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
- die Kommunikationseinrichtung (32) einen Betrieb in einem redundanten Kommunikationsnetzwerk (10) nach dem RSTP- oder dem MSTP-Standard ermöglicht.
9. Netzwerkkomponente (z.B. llf) zum Betreiben in einem paketvermittelten, in einer Spannbaum-Konfiguration aufgebauten Kommunikationsnetzwerk (10), wobei die Netzwerkkomponente (llf) eine Kommunikationseinrichtung (32) mit mindestens zwei Kommunikationsports (35a, 35b) zur Übertragung von Datentele¬ grammen mit anderen Netzwerkkomponenten (z.B. lla-e, llg-h) des Kommunikationsnetzwerks (10) aufweist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Kommunikationseinrichtung (32) eine Überwachungseinrichtung (37) aufweist, die zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Kommunikationseinrichtung (32) und zur Abgabe eines Fehlersignals bei fehlender oder gestörter Funktionsfä- higkeit eingerichtet ist; und
- die Kommunikationseinrichtung (32) eine Schalteinrichtung (38) aufweist, die dazu eingerichtet ist, bei vorliegendem Fehlersignal die zumindest zwei Kommunikationsports (35a, 35b) kurzzuschließen.
10. Netzwerkkomponente (llf) nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Kommunikationseinrichtung (32) ein Zeitglied aufweist, das bei vorliegendem Fehlersignal gestartet wird, und das dann einen Schaltbefehl an die Schalteinrichtung (38) abgibt, wenn nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitverzögerung (Sv) das Fehlersignal immer noch ansteht.
11. Netzwerkkomponente nach Anspruch 9 oder 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Kommunikationseinrichtung (32) dazu eingerichtet ist, unmittelbar vor dem Kurzschließen der zumindest zwei Kommunikationsports (35a, 35b) eine Kommunikationsverbindung mit den benachbarten Netzwerkkomponenten (z.B. lle, 11g) für eine vorgegebene Unterbrechungszeit (Su) aufzutrennen und erst nach Ablauf der Unterbrechungszeit (Su) die Kommunikations¬ ports (35a, 35b) durch die Schalteinrichtung (38) kurzzuschließen .
12. Netzwerkkomponente nach einem der Ansprüche 9-11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Kommunikationseinrichtung (32) dazu eingerichtet ist, auch nach dem Kurzschließen der Kommunikationsports (35a, 35b) über die kurzgeschlossenen Kommunikationsports (35a, 35b) übermittelte Datentelegramme zu empfangen.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Kommunikationseinrichtung (32) dazu eingerichtet ist, bei Empfang eines Neustart-Telegramms über die kurzgeschlos¬ senen Kommunikationsports (35a, 35b) einen Neustart ihrer Ge¬ rätesoftware zu veranlassen.
14. Netzwerkkomponente (llf) nach einem der Ansprüche 9-13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Kommunikationseinrichtung (32) zum Betrieb in einem redundanten Kommunikationsnetzwerk (10) nach dem RSTP- oder dem MSTP-Standard eingerichtet ist.
15. Netzwerkkomponente (llf) nach einem der Ansprüche 9-14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Netzwerkkomponente (llf) ein elektrisches Schutzgerät oder Feldleitgerät ist, das zum Betreiben in einem Kommunika¬ tionsnetzwerk einer Automatisierungsanlage eines elektrischen Energieversorgungsnetzes eingerichtet ist.
16. Automatisierungsanlage eines elektrischen Energieversor- gungsnetzes mit einem Kommunikationsnetzwerk und einer Mehrzahl von Netzwerkkomponenten (llf) nach einem der Ansprüche 9-15.
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| PCT/EP2011/065530 WO2013034188A1 (de) | 2011-09-08 | 2011-09-08 | Verfahren zum betreiben einer netzwerkkomponente in einem kommunikationsnetzwerk und netzwerkkomponente |
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