WO2024088660A1 - Sicherer mobiler zugang für laststufenschaltervorrichtung - Google Patents

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WO2024088660A1
WO2024088660A1 PCT/EP2023/075996 EP2023075996W WO2024088660A1 WO 2024088660 A1 WO2024088660 A1 WO 2024088660A1 EP 2023075996 W EP2023075996 W EP 2023075996W WO 2024088660 A1 WO2024088660 A1 WO 2024088660A1
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WO
WIPO (PCT)
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control device
operating unit
load tap
changer
data connection
Prior art date
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PCT/EP2023/075996
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Lembke
Andreas Kurz
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H2009/0061—Monitoring tap change switching devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2300/00—Orthogonal indexing scheme relating to electric switches, relays, selectors or emergency protective devices covered by H01H
    • H01H2300/024—Avoid unwanted operation

Definitions

  • the invention relates to an on-load tap-changer device and a secure mobile access to an on-load tap-changer device, in particular a method for mobile access to an on-load tap-changer device.
  • the object of the invention is therefore to provide an on-load tap-changer device and a method for mobile access to an on-load tap-changer device, which enable safe and cost-effective maintenance.
  • the invention proposes an on-load tap-changer device, comprising: a control device and an on-load tap-changer; wherein the control device is designed and configured to establish a first data connection with a first operating unit; wherein the control device is designed and configured to establish a second data connection with a second operating unit; wherein the control device is designed and configured to grant access to the control device and thus to the on-load tap-changer via the respective data connection with the operating units; wherein the control device is designed and configured to prevent the second data connection between the second operating unit and the control device as long as the first data connection between the first operating unit and the control device exists.
  • the on-load tap-changer device makes it possible that as soon as a service technician on site is connected to the on-load tap-changer device via a first control unit with short-range communication, all data connections to a second control unit are blocked. Switching signals or other instructions from a second control unit, such as a remote control unit, are prevented so that only a service technician on site can operate the on-load tap-changer device or has access to it. On-site errors are avoided. A high level of safety for service technicians is guaranteed during maintenance.
  • the on-load tap changer can be designed in any way and can, for example, have a load changeover switch and selector.
  • the load changeover switch can, for example, have vacuum interrupters or semiconductor switching elements.
  • the on-load tap changer is preferably operated by means of a motor drive that is controlled by the control device.
  • the motor drive is mechanically connected directly or indirectly to the on-load tap changer.
  • the control device of the on-load tap-changer device can be designed in any way and, for example, have a first communication module, which is a short-range communication module.
  • the first communication module monitors the short-range area of the on-load tap-changer device in a radius of up to 20 meters.
  • the first communication module is preferably a Bluetooth or WLAN module.
  • the control device of the on-load tap-changer device can be designed in any way and, for example, have a second communication module, which is a long-range communication module.
  • the second communication module is preferably connected to a second control unit or has a second data connection with it.
  • the second communication module is preferably an LTE, 5G, MESH, LoRaWAN, Low Power Wide Area Network (LPWAN) such as Mioty or any mobile radio module.
  • the first operating unit can be designed in any way, for example as an external operating unit, in particular as a smartphone, PDA or notebook.
  • the first operating unit has a corresponding communication module, which corresponds to the first communication module of the control device and enables a data connection.
  • the second operating unit can be designed in any way, for example as an external operating unit, in particular as a server.
  • the second operating unit has a corresponding communication module, which corresponds to the second communication module of the control device and enables a data connection.
  • the first operating unit is granted access to the control device and thus to the on-load tap-changer device.
  • the control device is used to operate the on-load tap-changer directly or indirectly.
  • Direct means that the control device is designed and set up to independently control or operate the on-load tap-changer via the motor drive.
  • Indirect means that the control device is used as a link between the control units and enables the control units to operate the on-load tap-changer by granting access.
  • the control units can be designed in any way, for example as output units and input units.
  • Output unit means that the data and signals received by the control device are output in the form of data and diagrams.
  • Input units means that, for example, switching commands can be entered into the control unit, which are then executed by the control device after transmission via the data connection.
  • Each data connection between the operating units and the control device can transmit data, signals and/or control/switching commands; in other words, access to the control device is granted.
  • the data connections are bidirectional data connections.
  • the control device of the on-load tap-changer device is set up and designed to prevent the data connection to the second control unit when a first data connection to the first control unit is present. In this case, access to the second control unit is denied and access is granted to the first control unit. Preventing or denying in the sense of the invention means that control commands, switching commands and/or signals that are transmitted or reach the control device via the second data connection are ignored and/or not further processed and/or deleted.
  • the invention proposes a method for mobile access to an on-load tap-changer device, comprising the following steps:
  • the on-load tap-changer device located in the field is usually connected to a second operating unit, i.e. a server.
  • Data, signals, etc. from the on-load tap-changer are transmitted to the server via the second data connection using the second communication module of the control device.
  • the server i.e. the second operating unit, can process this data accordingly and derive actions from it, such as switching commands for the on-load tap-changer. These switching commands are then transmitted to the control device via the second data connection and the on-load tap-changer is actuated accordingly via the motor drive.
  • a first communication unit of the control device monitors the immediate area of the on-load tap-changer device. As soon as a service employee with a first operating unit is on site, i.e. in the immediate vicinity of the on-load tap-changer device, this is recorded by the first communication module. An attempt is made manually or automatically to establish a first data connection - a mobile access - between the first operating unit and the control device.
  • the monitoring of the close range via the first communication module of the control device can be carried out in any way, in particular permanently or at certain predetermined times.
  • the first control unit is recognized automatically.
  • the close range is understood to be a radius of approx. 20 meters.
  • the initial step to establish the connection can be carried out by the control device or the service technician via the first control unit.
  • the second operating unit is designed and configured to process the data and signals received via the second data connection and to derive actions and switching commands for the on-load tap-changer device from them. This is possible because the second operating unit has access to the control device.
  • an attempt is made to establish a secure connection. This involves checking whether there is a relationship of trust between the first operating unit and the control device.
  • the control device is designed and set up accordingly for this purpose or has the appropriate means.
  • the first operating unit is authorized and authenticated by the control device.
  • the control device is designed and set up accordingly for this purpose or has the appropriate means.
  • the commands and/or signals received from the second operating unit are either ignored by the control device and/or not further processed and/or deleted. It is important here that only signals and commands from the first operating unit are executed and transmitted by the control device. This protects the service technician on site; secure mobile access is created. This takes place after the first operating unit has been successfully connected to the control device, i.e. when the first operating unit has access to the control device.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an on-load tap-changer device
  • Fig. 2 shows a process flow
  • Figure 1 shows a first embodiment of an on-load tap-changer device 1, a first operating unit 20 and a second operating unit 30. Both the first operating unit 20 and the second operating unit 30 are external operating units.
  • the on-load tap-changer device 1 has an on-load tap-changer 2, a motor drive 3 and a control device 4.
  • the on-load tap-changer device 1 is designed and configured, in particular by the control device 4, to establish a first data connection 21 between the on-load tap-changer device 1, i.e. the control device 4, and the first operating unit 20.
  • the first operating unit 20 is preferably designed as a mobile terminal, i.e. smartphone, notebook, etc.
  • the control device 4 has a first communication module 22, which is a short-range communication module and preferably establishes a first data connection 21 via Bluetooth or WLAN with the first operating unit 20.
  • the first operating unit 20 is designed and constructed accordingly in order to be able to establish a first data connection 21 with the first communication module 22 and to grant it access.
  • the first data connection 21 is a bidirectional connection in which data can be sent and received both from the control device 4 and from the first external operating unit 20.
  • the on-load tap-changer device 1 is designed and configured in particular by the control device 4 to provide a second data connection 31 between the on-load tap-changer device 1, i.e. the control device 4 and the second external operating unit 30 and to grant it access.
  • the second operating unit 30 is preferably designed as a server, computer, etc.
  • the control device 4 has a second communication module 32, which is a long-range communication module and preferably establishes a second data connection 31 via LTE, MESH, 5G, LoRaWAN or any other mobile radio standard with the second operating unit 30.
  • the second operating unit 30 is designed and constructed accordingly in order to be able to establish a second data connection 31 with the second communication module 32.
  • the second data connection is a bidirectional connection in which data can be sent and received both from the control device 4 and from the second external operating unit 30.
  • the control device 4 of the on-load tap-changer device 1 is designed and configured to control the motor drive 3, which is coupled to the on-load tap-changer 2, and thus to actuate the on-load tap-changer 2.
  • the control device 4 has a corresponding processor and a memory for this purpose.
  • the control device 4 can also comprise a voltage regulator, with the aid of which it is decided when the on-load tap-changer 2 must be actuated.
  • the on-load tap-changer device 1 can have current sensors and voltage sensors that are connected to the control device 4. These sensors can be connected to the voltage regulator on the one hand and, on the other hand, provide measurement data and signals that are stored and processed in the control device and transmitted to each of the operating units via the corresponding data connection.
  • switching commands can be transmitted from the second control unit 30 to the control device 4; the second control unit has access to the control device 4.
  • the control device 4 grants the second control unit 30 access to the on-load tap-changer device 1 and thus to the on-load tap-changer 4.
  • the measurement data determined by the current sensors and voltage sensors are transmitted to the second control unit 30 and form a basis for possible switching commands.
  • the on-load tap-changer device 1 is thus controlled by means of the second control unit 30.
  • the measurement data can therefore be stored and processed in the control device 4 itself or in the second operating unit 30, so that the on-load tap-changer device 1 or the on-load tap-changer 2 can be controlled or actuated.
  • the second data connection 31 transmits historical operating data, which were determined by means of the control device 4 in the on-load tap-changer 2, to the second operating unit 30 and is evaluated at a later point in time.
  • the transmitted data can preferably be switching commands to the on-load tap-changer, error messages from the on-load tap-changer, measurement data from the sensors, etc.
  • the first operating unit 20 is preferably designed as a mobile device and provides, above all, the opportunity for service technicians to connect to the on-load tap-changer device 1; mobile access.
  • the service technicians are on site, i.e. in the immediate vicinity of the on-load tap-changer device 1.
  • the first operating unit 20 also has access to the on-load tap-changer device 1 and thus to or from the on-load tap-changer 4 as soon as the first data connection 21 is established.
  • the service technician can send different commands to the on-load tap-changer 4 or the on-load tap-changer device 1 via the control device 4, for example to trigger a manual switching process.
  • the service technician can transfer historical operating data, which was determined by means of the control device 4 in the on-load tap-changer 2, to his mobile device, i.e. the first operating unit 20, and carry out evaluations immediately or at a later time.
  • the control device 4 is therefore configured such that the second data connection is blocked as soon as the first data connection 21 exists between the control device 4 and the first operating unit 20. Blocking can mean, for example, that the second data connection 31 is disconnected, for example by switching off the second communication module 32. Furthermore, blocking can mean that the incoming commands that arrive via the second data connection are ignored, deleted directly, or simply not executed.
  • the control device 4 is further designed and configured to detect a connection setup and connection termination, as well as connection interruptions in the first data connection 21 and the second data connection 31.
  • Figure 2 shows a method sequence for mobile access to the on-load tap-changer device 1, in which a first operating unit 20 connects to the on-load tap-changer device 1, in particular to its control device 4.
  • the control device 4 of the on-load tap-changer device 1 monitors the short-range area (short-range communication channel) by means of the first communication module 22 of the control device 4 of the on-load tap-changer device and detects (step 40) when a first operating unit 20 attempts to establish a connection with the on-load tap-changer device 1 via this channel.
  • a secure connection is established in the next step 41.
  • the TLS protocol can be used here as an example of a secure connection.
  • an encrypted connection is established between the first control unit 20 and the on-load tap-changer device 1.
  • AES encryption can be used here and the Diffie-Hellman method can be used as the algorithm for the key exchange.
  • the trust relationship between the first control unit 20 and the on-load tap-changer device 1 is checked in order to exclude potential attacks such as man-in-the-middle attacks.
  • the RSA method can be used here as an example.
  • a signed JWT token can be used for this purpose, which contains all the information required for authorization and authentication. By checking the signature of the token, it can be ensured that the content of the token has not been changed and that it is a valid token. In addition, the additional information of the token can be used to decide whether the user is granted access to the on-load tap-changer device 1.
  • step 44 If an error occurs during the establishment of the first secure data connection; the identity of the actors involved cannot be 100% confirmed or the authorization or authentication fails, the connection is terminated (step 44). In addition, if the connection is not established successfully, all information sent during the connection establishment, such as certificates, base values for calculating the session key, etc., is deleted. Authorization and authentication take place in step 45.
  • the current state of the second data connection 31 is determined in step 47.
  • the setting is determined as to whether data arriving at the on-load tap-changer device 1 via the second data connection should be discarded or not.
  • the current state of the second data connection 31 and in particular the setting as to whether incoming data via the second data connection should be discarded or not are saved in a non-volatile memory.
  • a flash memory can serve as the non-volatile memory here.
  • the setting that signals whether incoming data via the second data connection should be discarded or not is set so that the incoming data is discarded.
  • the second data connection 31 is thus blocked in step 48 between the second external control unit 30 and the on-load tap-changer device 1.

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  • Selective Calling Equipment (AREA)

Abstract

Laststufenschaltervorrichtung (1), umfassend: - eine Steuervorrichtung (4) und einen Laststufenschalter (2); - wobei die Steuervorrichtung (4) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine erste Datenverbindung (21) mit einer ersten Bedieneinheit (20) herzustellen; - wobei die Steuervorrichtung (4) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine zweite Datenverbindung (31) mit einer zweiten Bedieneinheit (30) herzustellen; - wobei die Steuervorrichtung (4) ausgebildet und eingerichtet ist, über die jeweilige Datenverbindung (21, 31) mit den Bedieneinheiten (20, 30), einen Zugriff auf die Steuervorrichtung (4) und damit den Laststufenschalter (2) zu gewähren; - wobei die Steuervorrichtung (4) ausgebildet und eingerichtet ist, so lange die erste Datenverbindung (21) zwischen der ersten Bedieneinheit (20) und der Steuervorrichtung (4) besteht, die zweite Datenverbindung (31) zwischen der zweiten Bedieneinheit (30) und der Steuervorrichtung (4) zu unterbinden. Fig. 1

Description

Sicherer mobiler Zugang für Laststufenschaltervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Laststufenschaltervorrichtung sowie einen sicheren mobilen Zugang zu einer Laststufenschaltervorrichtung, insbesondere ein Verfahren für mobilen Zugang zu einer Laststufenschaltervorrichtung.
Für die Wartung von Laststufenschaltern ist es notwendig sämtliche Maßnahmen zu ergreifen, um Servicetechniker vor Ort während einer Wartung zu schützen. Deshalb wird nicht selten der gesamte Stufentransformator für eine Wartung vom Netz genommen. Dies ist jedoch aufwendig und kostspielig.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Laststufenschaltervorrichtung sowie ein Verfahren für mobilen Zugang zu einer Laststufenschaltervorrichtung zu schaffen, welche eine sichere und kostengünstige Wartung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Laststufenschaltervorrichtung sowie ein Verfahren für mobilen Zugang zu einer Laststufenschaltervorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt eine Laststufenschaltervorrichtung vor, umfassend: eine Steuervorrichtung und einen Laststufenschalter; wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine erste Datenverbindung mit einer ersten Bedieneinheit herzustellen; wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine zweite Datenverbindung mit einer zweiten Bedieneinheit herzustellen; wobei die Steuervorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, über die jeweilige Datenverbindung mit den Bedieneinheiten einen Zugriff auf die Steuervorrichtung und damit den Laststufenschalter zu gewähren; wobei die Steuervorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, so lange die erste Datenverbindung zwischen der ersten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung besteht, die zweite Datenverbindung zwischen der zweiten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung zu unterbinden.
Die Laststufenschaltervorrichtung ermöglicht es, dass sobald ein Servicetechniker vor Ort mittels einer ersten Bedieneinheit mit Nahbereichskommunikation mit der Laststufenschaltervorrichtung verbunden ist, sämtliche Datenverbindungen zu einer zweiten Bedieneinheit unterbunden werden. Schaltsignale oder andere Handlungsanweisungen von einer zweiten Bedieneinheit, wie z.B. von einer Fernwarte, werden so unterbunden, sodass nur ein Servicetechniker vor Ort die Laststufenschaltervorrichtung bedienen kann bzw. einen Zugriff auf oder zu dieser hat. Fehlerfälle vor Ort werden vermieden. Eine hohe Sicherheit für Servicetechniker wird während der Wartung gewährleistet.
Der Laststufenschalter kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen Lastumschalter und Wähler aufweisen. Der Lastumschalter kann beispielsweise Vakuumschaltröhren oder Halbleiterschaltelemente aufweisen. Die Betätigung des Laststufenschalters erfolgt vorzugsweise mittels eines Motorantriebs, der über die Steuervorrichtung gesteuert wird. Der Motorantrieb ist direkt oder indirekt mit dem Laststufenschalter mechanisch verbunden.
Die Steuervorrichtung der Laststufenschaltervorrichtung kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise ein erstes Kommunikationsmodul aufweisen, welches ein Nahbereichskommunikationsmodul ist. Das erste Kommunikationsmodul überwacht den Nahbereich der Laststufenschaltervorrichtung in einem Radius von bis zu 20 Metern. Das erste Kommunikationsmodul ist vorzugweise ein Bluetooth- oder WLAN-Modul.
Die Steuervorrichtung der Laststufenschaltervorrichtung kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise ein zweites Kommunikationsmodul aufweisen, welches ein Fernbereichskommunikationsmodul ist. Das zweite Kommunikationsmodul ist vorzugsweise mit einer zweiten Bedieneinheit verbunden bzw. hat mit dieser eine zweite Datenverbindung. Das zweite Kommunikationsmodul ist vorzugweise ein LTE, 5G, MESH, LoRaWAN, Low Power Wide Area Network (LPWAN) wie z.B. Mioty oder ein beliebiges Mobilfunkmodul.
Die erste Bedieneinheit kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als externe Bedieneinheit, insbesondere als ein Smartphone, PDA oder Notebook. Die erste Bedieneinheit weist ein entsprechendes Kommunikationsmodul auf, welches mit dem ersten Kommunikationsmodul der Steuervorrichtung korrespondiert und eine Datenverbindung ermöglicht.
Die zweite Bedieneinheit kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als externe Bedieneinheit, insbesondere als Server. Die zweite Bedieneinheit weist ein entsprechendes Kommunikationsmodul auf, welches mit dem zweiten Kommunikationsmodul der Steuervorrichtung korrespondiert und eine Datenverbindung ermöglicht. Nach dem Herstellen der ersten Datenverbindung wird der ersten Bedieneinheit ein Zugang zur Steuervorrichtung und damit der Laststufenschaltervorrichtung gewährt. Die Steuervorrichtung dient der direkten oder indirekten Betätigung des Laststufenschalters. Direkt heißt, dass die Steuervorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, den Laststufenschalter über den Motorantrieb eigenständig zu steuern bzw. zu betätigen. Indirekt heißt, dass die Steuervorrichtung als Bindeglied zwischen den Bedieneinheiten eingesetzt wird und den Bedieneinheiten ermöglicht, den Laststufenschalter zu betätigen; durch Gewährung eines Zugriffs.
Die Bedieneinheiten können beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als Ausgabeeinheiten und Eingabeeinheiten. Ausgabeeinheit heißt, dass die von der Steuervorrichtung empfangenen Daten und Signale in Form von Daten und Diagrammen ausgeben werden. Eingabeeinheiten heißt, dass beispielsweise Schaltbefehle in die Bedieneinheit eingegeben werden können, die dann nach der Übertragung über die Datenverbindung von der Steuervorrichtung ausgeführt werden.
Bei jeder Datenverbindung zwischen den Bedieneinheiten und der Steuervorrichtung können Daten, Signale und/oder Steuer-/Schaltbefehle übertragen werden; mit anderen Worten wird ein Zugang zur Steuervorrichtung gewährt. Bei den Datenverbindungen handelt es sich um bidirektionale Datenverbindungen.
Die Steuervorrichtung der Laststufenschaltervorrichtung ist dazu eingerichtet und ausgebildet, beim Vorliegen einer ersten Datenverbindung mit der ersten Bedieneinheit, die Datenverbindung zur zweiten Bedieneinheit zu unterbinden. Dabei wird der Zugang der zweiten Bedieneinheit verwehrt und der ersten Bedieneinheit ein Zugang gewährt. Unterbinden bzw. Verwehren im Sinne der Erfindung heißt, dass Steuerbefehle, Schaltbefehle und/oder Signale, die über die zweite Datenverbindung zur Steuervorrichtung übertragen oder gelangen ignoriert und/oder nicht weiterverarbeitet und/oder gelöscht werden.
Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren für mobilen Zugang zu einer Laststufenschaltervorrichtung, umfassend folgende Schritte vor:
Überwachen eines Nahbereichs mittels Steuervorrichtung und erkennen einer ersten Bedieneinheit;
Herstellen einer ersten Verbindung zwischen der ersten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung;
Aufbauen einer sicheren Verbindung zwischen der ersten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung;
Herstellen einer ersten Datenverbindung zwischen der ersten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung;
Unterbinden einer zweiten Datenverbindung zwischen einer zweiten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung durch die Steuervorrichtung.
Die sich im Feld befindende Laststufenschaltervorrichtung ist üblicherweise mit einer zweiten Bedieneinheit, also einem Server verbunden. Über die zweite Datenverbindung werden Daten, Signale, etc. des Laststufenschalters mit Hilfe des zweiten Kommunikationsmoduls der Steuervorrichtung an den Server übermittelt. Der Server, also die zweite Bedieneinheit, kann diese Daten entsprechend verarbeiten und daraus Handlungen, wie z.B. Schaltbefehle für den Laststufenschalter, ableiten. Diese Schaltbefehle werden dann über die zweite Datenverbindung an die Steuervorrichtung übermittelt und der Laststufenschalter entsprechend über den Motorantrieb betätigt. Eine erste Kommunikationseinheit der Steuervorrichtung überwacht den Nahbereich der Laststufenschaltervorrichtung. Sobald sich nun ein Servicemitarbeiter mit einer ersten Bedieneinheit vor Ort, also in unmittelbarer Nähe der Laststufenschaltervorrichtung, befindet wird dies von dem ersten Kommunikationsmodul erfasst. Manuell oder automatisch wird versucht eine erste Datenverbindung - ein mobiler Zugang - zwischen der ersten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung herzustellen.
Das Überwachen des Nahbereichs über das erste Kommunikationsmodul der Steuervorrichtung kann auf beliebige Art und Weise erfolgen, insbesondere permanent oder zu bestimmten vorgegebenen Zeiten. Das Erkennen der ersten Bedieneinheit erfolgt automatisch. Als Nahbereich wird ein Radius von ca. 20 Metern verstanden. Der initiale Schritt zum Verbindungsaufbau kann durch die Steuervorrichtung oder den Servicetechniker durch die erste Bedieneinheit erfolgen.
Die zweite Bedieneinheit ist dazu ausgebildet und eingerichtet, die über die zweite Datenverbindung empfangenen Daten und Signale zu verarbeiten und daraus Handlungen und Schaltbefehle für die Laststufenschaltervorrichtung abzuleiten. Dies ist deshalb möglich, weil die zweite Bedieneinheit einen Zugriff auf die Steuervorrichtung hat.
Nach dem Herstellen der ersten Verbindung wird versucht eine sichere Verbindung aufzubauen. Dabei wird ein Vertrauensverhältnis zwischen der ersten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung überprüft. Hierfür ist die Steuervorrichtung entsprechend ausgebildet und eingerichtet bzw. weist entsprechende Mittel auf.
Weiterhin wird nach dem Herstellen der sicheren Verbindung, eine Autorisierung und Authentifizierung der ersten Bedieneinheit durch die Steuervorrichtung durchgeführt. Hierfür ist die Steuervorrichtung entsprechend ausgebildet und eingerichtet bzw. weist entsprechende Mittel auf. Beim Unterbinden der zweiten Datenverbindung zwischen der zweiten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung, werden die von der zweiten Bedieneinheit ankommenden Befehle und/oder Signale von der Steuervorrichtung entweder ignoriert und/oder nicht weiterverarbeitet und/oder gelöscht werden. Hier ist es wichtig, dass nur noch Signale und Befehle von der ersten Bedieneinheit durch die Steuervorrichtung ausgeführt und übertragen werden. Damit wird der Servicetechniker vor Ort geschützt; ein sicherer mobiler Zugang entsteht. Dies erfolgt nach erfolgreicher Verbindung der ersten Bedieneinheit mit der Steuervorrichtung, also wenn die erste Bedieneinheit einen Zugriff auf die Steuervorrichtung hat.
Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Laststufenschaltervorrichtung;
Fig. 2 einen Verfahrensablauf.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Laststufenschaltervorrichtung 1, eine erste Bedieneinheit 20 und eine zweite Bedieneinheit 30. Sowohl die erste Bedieneinheit 20 als auch die zweite Bedieneinheit 30 sind externe Bedieneinheiten. Die Laststufenschaltervorrichtung 1 weist einen Laststufenschalter 2, einen Motorantrieb 3 und eine Steuervorrichtung 4 auf. Die Laststufenschaltervorrichtung 1 ist insbesondere durch die Steuervorrichtung 4 dazu ausgebildet und eingerichtet, eine erste Datenverbindung 21 zwischen der Laststufenschaltervorrichtung 1, also der Steuervorrichtung 4, und der ersten Bedieneinheit 20 herzustellen.
Die erste Bedieneinheit 20 ist vorzugsweise als mobiles Endgerät also Smartphone, Notebook, etc. ausgestaltet. Zum Herstellen der ersten Datenverbindung 21 weist die Steuervorrichtung 4 ein erstes Kommunikationsmodul 22 auf, welches ein Nahbereichskommunikationsmodul ist und vorzugsweise eine erste Datenverbindung 21 über Bluetooth oder WLAN mit der ersten Bedieneinheit 20 herstellt. Die erste Bedieneinheit 20 ist entsprechend ausgestaltet und ausgebildet, um eine erste Datenverbindung 21 mit dem ersten Kommunikationsmodul 22 eingehen zu können und dieser einen Zugriff zu gewähren. Die erste Datenverbindung 21 ist eine bidirektionale Verbindung, bei der Daten sowohl von der Steuervorrichtung 4 als auch von der ersten externen Bedieneinheit 20 gesendet und empfangen werden können.
Die Laststufenschaltervorrichtung 1 ist insbesondere durch die Steuervorrichtung 4 dazu ausgebildet und eingerichtet eine zweite Datenverbindung 31 zwischen der Laststufenschaltervorrichtung 1, also der Steuervorrichtung 4, und der zweiten externen Bedieneinheit 30 herzustellen und dieser einen Zugriff zu gewähren.
Die zweite Bedieneinheit 30 ist vorzugsweise als ein Server, Rechner, etc. ausgestaltet. Zum Herstellen der zweiten Datenverbindung 31, weist die Steuervorrichtung 4 ein zweites Kommunikationsmodul 32 auf, welches ein Fernbereichskommunikationsmodul ist und vorzugsweise eine zweite Datenverbindung 31 über LTE, MESH, 5G, LoRaWAN oder einen weiteren beliebigen Mobilfunkstandard mit der zweiten Bedieneinheit 30 herstellt. Die zweite Bedieneinheit 30 ist entsprechend ausgestaltet und ausgebildet, um eine zweite Datenverbindung 31 mit dem zweiten Kommunikationsmodul 32 eingehen zu können. Die zweite Datenverbindung ist eine bidirektionale Verbindung, bei der Daten, sowohl von der Steuervorrichtung 4 als auch von der zweiten externen Bedieneinheit 30 gesendet und empfangen werden können.
Die Steuervorrichtung 4 der Laststufenschaltervorrichtung 1 ist dazu ausgebildet und eingerichtet, den Motorantrieb 3, der mit dem Laststufenschalter 2 gekoppelt ist, zu steuern und damit den Laststufenschalter 2 zu betätigen. Die Steuervorrichtung 4 weist hierfür einen entsprechenden Prozessor und einen Speicher auf. Die Steuervorrichtung 4 kann weiterhin einen Spannungsregler umfassen, mit dessen Hilfe entschieden wird, wann der Laststufenschalter 2 betätigt werden muss.
Weiterhin kann die Laststufenschaltervorrichtung 1 Stromsensoren und Spannungssensoren aufweisen, die mit der Steuervorrichtung 4 verbunden sind. Diese Sensoren können einerseits mit dem Spannungsregler verbunden sein und andererseits Messdaten und Signale liefern, die in der Steuervorrichtung gespeichert und verarbeitet werden und an jede der Bedieneinheiten über die entsprechende Datenverbindung übertragen werden.
Bei einer bestehenden zweiten Datenverbindung 31 zwischen der Laststufenschaltervorrichtung 1 und dem zweiten Bedienteil 30, können Schaltbefehle von dem zweiten Bedienteil 30 an die Steuervorrichtung 4 übertragen werden; die zweite Bedieneinheit hat einen Zugriff auf die Steuervorrichtung 4. Die Steuervorrichtung 4 gewährt dem zweiten Bedienteil 30 einen Zugriff auf die Laststufenschaltervorrichtung 1 und damit auf den Laststufenschalter 4. Die durch die Stromsensoren und Spannungssensoren bestimmten Messdaten, werden an das zweite Bedienteil 30 übertragen und bilden eine Grundlage für mögliche Schaltbefehle. Damit wird die Laststufenschaltervorrichtung 1 mittels des zweiten Bedienteils 30 gesteuert.
Die Messdaten können also in der Steuervorrichtung 4 selbst oder aber auch in der zweiten Bedieneinheit 30 gespeichert und verarbeitet werden, sodass eine Regelung bzw. Betätigung der Laststufenschaltervorrichtung 1 bzw. des Laststufenschalters 2 erfolgen kann. Zusätzlich können über die zweite Datenverbindung 31 historische Betriebsdaten, die mittels Steuervorrichtung 4 im Laststufenschalter 2 ermittelt wurden, an die zweite Bedieneinheit 30 übertragen und zu einem späteren Zeitpunkt ausgewertet werden.
Bei den übertragenen Daten kann es sich vorzugsweise um Schaltbefehle an dem Laststufenschalter, Fehlermeldungen des Laststufenschalters, Messdaten der Sensoren etc. handeln.
Die erste Bedieneinheit 20 ist vorzugsweise als mobiles Gerät ausgestaltet und bildet vor allem für Servicetechniker die Möglichkeit sich mit der Laststufenschaltervorrichtung 1 zu verbinden; ein mobiler Zugang. Hierbei sind die Servicetechniker vor Ort, also in unmittelbarer Nähe der Laststufenschaltervorrichtung 1. Auch die erste Bedieneinheit 20 hat dann einen Zugriff auf die Laststufenschaltervorrichtung 1 und damit auf oder zu dem Laststufenschalter 4, sobald die erste Datenverbindung 21 besteht. Der Servicetechniker kann unterschiedliche Befehle an den Laststufenschalter 4 bzw. die Laststufenschaltervorrichtung 1 über die Steuervorrichtung 4 senden, um z.B. einen manuellen Schaltvorgang auszulösen. Zusätzlich kann der Servicetechniker historische Betriebsdaten, die mittels Steuervorrichtung 4 im Laststufenschalter 2 ermittelt wurden, auf sein mobiles Endgerät, also die erste Bedieneinheit 20 übertragen und sofort oder zu einem späteren Zeitpunkt Auswertungen vornehmen.
Aus Sicherheitsgründen ist es jedoch notwendig, dass sobald die erste Bedieneinheit 20, also ein Servicetechniker, mit der Laststufenschaltervorrichtung 1 verbunden ist, keine weiteren Bedieneinheiten, also damit auch keine zweite Bedieneinheit 30, Schaltbefehle an den Laststufenschalter 4 übermitteln kann. Deshalb ist die Steuervorrichtung 4 derart konfiguriert, dass die zweite Datenverbindung unterbunden wird, sobald die erste Datenverbindung 21 zwischen der Steuervorrichtung 4 und der ersten Bedieneinheit 20 besteht. Unterbinden kann beispielsweise heißen, dass die zweite Datenverbindung 31 getrennt wird, beispielsweise in dem das zweite Kommunikationsmodul 32 ausgeschaltet wird. Weiterhin kann unterbinden bedeuten, dass die eingehenden Befehle, die über die zweite Datenverbindung eingehen, ignoriert, direkt gelöscht oder einfach nicht ausgeführt werden.
Die Steuervorrichtung 4 ist weiterhin ausgebildet und eingerichtet einen Verbindungsaufbau und Verbindungsabbau, sowie Verbindungsabbrüche bei der ersten Datenverbindung 21 und der zweiten Datenverbindung 31 zu erkennen.
Figur 2 zeigt einen Verfahrensablauf für einen mobilen Zugang zur Laststufenschaltervorrichtung 1, bei dem sich eine erste Bedieneinheit 20 mit der Laststufenschaltervorrichtung 1, insbesondere mit deren Steuervorrichtung 4, verbindet. Die Steuervorrichtung 4 der Laststufenschaltervorrichtung 1 überwacht den Nahbereich (Nahbereichs- Kommunikationskanal) mittels des ersten Kommunikationsmoduls 22 der Steuervorrichtung 4 der Laststufenschaltervorrichtung und erkennt (Schritt 40), wenn eine erste Bedieneinheit 20 über diesen Kanal versucht, eine Verbindung mit der Laststufenschaltervorrichtung 1 herzustellen.
Nachdem eine erste Verbindung von der ersten Bedieneinheit 20 zur Laststufenschaltervorrichtung 1 hergestellt wurde, wird im nächsten Schritt 41 eine sichere Verbindung aufgebaut. Als Beispiel für eine sichere Verbindung kann hier das TLS-Protokoll herangezogen werden. Hier wird im ersten Schritt eine verschlüsselte Verbindung zwischen der ersten Bedieneinheit 20 und der Laststufenschaltervorrichtung 1 hergestellt. Als Beispiel kann hier eine AES-Verschlüsselung verwendet werden und als Algorithmus für den Schlüsselaustausch kann das Diffie-Hellman-Verfahren verwendet werden.
Im nächsten Schritt 42 wird noch das Vertrauensverhältnis zwischen der ersten Bedieneinheit 20 und der Laststufenschaltervorrichtung 1 geprüft, um potenzielle Angriffe wie Man-In-The-Middle-Attacken auszuschließen. Beispielhaft kann hier das RSA-Verfahren verwendet werden.
Im nächsten Schritt 43 muss noch geprüft werden, ob sich der Benutzer überhaupt an der Laststufenschaltervorrichtung anmelden darf (Autorisierung) und welche Rechte dieser Benutzer besitzt (Authentifizierung). Dazu kann ein signierter JWT-Token verwendet werden, der alle für die Autorisierung und Authentifizierung benötigten Informationen enthält. Durch die Überprüfung der Signatur des Tokens kann sichergestellt werden, dass der Inhalt des Tokens nicht verändert wurde und es sich um einen validen Token handelt. Zusätzlich kann mit den weiteren Informationen des Tokens entschieden werden, ob dem Benutzer Zugriff auf die Laststufenschaltervorrichtung 1 gewährt wird.
Sollte während des Aufbaus der sicheren ersten Datenverbindung ein Fehler auftreten; die Identität der beteiligten Akteure nicht 100%ig bestätigt werden können oder die Autorisierung bzw. Authentifizierung fehlschlagen, wird die Verbindung beendet (Schritt 44). Zusätzlich werden bei einem erfolglosen Verbindungsaufbau, alle während des Verbindungsaufbaus versendeten Informationen wie Zertifikate, Basiswerte zur Berechnung der Session-Schlüssel, usw. gelöscht. In Schritt 45 erfolgt eine Autorisierung und Authentifizierung.
Nachdem sich die erste Bedieneinheit 20 erfolgreich mit der Laststufenschaltervorrichtung 1 verbunden hat, also eine erste Datenverbindung hergestellt wurde (Schritt 46), wird der aktuelle Zustand der zweiten Datenverbindung 31 in Schritt 47 ermittelt. Dabei wird insbesondere die Einstellung ermittelt, ob Daten, die über die zweite Datenverbindung an der Laststufenschaltervorrichtung 1 eintreffen, verworfen werden sollen oder nicht. Der aktuelle Zustand der zweiten Datenverbindung 31 und insbesondere die Einstellung, ob eintreffende Daten über die zweite Datenverbindung verworfen werden sollen oder nicht, werden auf einem nicht flüchtigen Speicher gesichert. Als nicht flüchtiger Speicher kann hier ein Flash-Speicher dienen. Die Einstellung, die signalisiert, ob eintreffende Daten über die zweite Datenverbindung verworfen werden sollen oder nicht, wird so gesetzt, dass die eintreffenden Daten verworfen werden. Damit wird die zweite Datenverbindung 31 in Schritt 48 zwischen der zweiten externen Bedieneinheit 30 und der Laststufenschaltervorrichtung 1 unterbunden.
Bezugszeichenliste
1 Laststufenschaltervorrichtung
2 Laststufenschalter
3 Motorantrieb 4 Steuervorrichtung
20 erste Bedieneinheit
21 erste Datenverbindung
22 erstes Kommunikationsmodul
30 zweite Bedieneinheit 31 zweite Datenverbindung
32 zweites Kommunikationsmodul

Claims

Patentansprüche
1. Laststufenschaltervorrichtung (1), umfassend: eine Steuervorrichtung (4) und einen Laststufenschalter (2); wobei die Steuervorrichtung (4) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine erste Datenverbindung (21) mit einer ersten Bedieneinheit (20) herzustellen; wobei die Steuervorrichtung (4) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine zweite Datenverbindung (31) mit einer zweiten Bedieneinheit (30) herzustellen; wobei die Steuervorrichtung (4) ausgebildet und eingerichtet ist, über die jeweilige Datenverbindung (21, 31) mit den Bedieneinheiten (20, 30) einen Zugriff auf die Steuervorrichtung (4) und damit den Laststufenschalter (2) zu gewähren; wobei die Steuervorrichtung (4) ausgebildet und eingerichtet ist, so lange die erste Datenverbindung (21) zwischen der ersten Bedieneinheit (20) und der Steuervorrichtung (4) besteht die zweite Datenverbindung (31) zwischen der zweiten Bedieneinheit (30) und der Steuervorrichtung (4) zu unterbinden.
2. Laststufenschaltervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die erste Bedieneinheit (20) eine externe Bedieneinheit ist.
3. Laststufenschaltervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die zweite Bedieneinheit (30) eine externe Bedieneinheit ist.
4. Laststufenschaltervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuervorrichtung (4) ein erstes Kommunikationsmodul (22) aufweist, welches ein Nahbereichskommunikationsmodul ist; die erste Bedieneinheit (20) über das erste Kommunikationsmodul (22) die erste Datenverbindung (21) mit der Steuervorrichtung (4) herstellt.
5. Laststufenschaltervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuervorrichtung (4) ein zweites Kommunikationsmodul (22) aufweist, welches ein Fernbereichskommunikationsmodul ist; die zweite Bedieneinheit (30) über das zweite Kommunikationsmodul (22), die zweite Datenverbindung (31) mit der Steuervorrichtung (4) herstellt.
6. Verfahren für mobilen Zugang zu einer Laststufenschaltervorrichtung (1), umfassend folgende Schritte:
Überwachen eines Nahbereichs mittels Steuervorrichtung (4) und erkennen einer ersten Bedieneinheit (20);
Herstellen einer ersten Verbindung zwischen der ersten Bedieneinheit (20) und der Steuervorrichtung (4);
Aufbauen einer sicheren Verbindung zwischen der ersten Bedieneinheit (20) und der Steuervorrichtung (4);
Herstellen einer ersten Datenverbindung (21) zwischen der ersten Bedieneinheit (20) und der Steuervorrichtung (4);
Unterbinden einer zweiten Datenverbindung (31) zwischen einer zweiten Bedieneinheit (30) und der Steuervorrichtung (4) durch die Steuervorrichtung (4). Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Überwachen des Nahbereichs mittels eines ersten Kommunikationsmoduls (22) der Steuervorrichtung (4) erfolgt, welches die erste Bedieneinheit (20) erkennt. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7 , wobei nach dem Aufbau der sicheren Verbindung ein Vertrauensverhältnis zwischen der ersten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung (4) überprüft wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei vor dem Herstellen einer ersten Datenverbindung (21) eine Autorisierung und Authentifizierung der ersten Bedieneinheit (20) durch die Steuervorrichtung (4) erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei beim Unterbinden der zweiten Datenverbindung (31) zwischen einer zweiten Bedieneinheit (30) und der Steuervorrichtung (4), die von der zweiten Bedieneinheit ankommenden Befehle und/oder Signale von der Steuervorrichtung (4) entweder ignoriert und/oder nicht weiterverarbeitet und/oder gelöscht werden.
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