DE3236812A1

DE3236812A1 - Fernwirksystem

Info

Publication number: DE3236812A1
Application number: DE19823236812
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Klenner (FH), 7257 Ditzingen; Peter Dipl.-Ing. Maas (FH), 7530 Pforzheim; Werner Dipl.-Ing. Poschmann (FH), 7253 Renningen; Günter Dipl.-Ing. Wattach (FH), 7519 Walzbachtal
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1982-10-05
Filing date: 1982-10-05
Publication date: 1984-04-05
Also published as: GB2128388A; CH661399A5; GB2128388B; GB8326609D0; ES8500699A1; DE3236812C2; ES526274A0; AT380116B; US4628437A; ATA352583A

Description

Fernwi rksystem

Die Erfindung betrifft ein Fernwirksystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Fernwirksysteme werden zur Fernsteuerung und Fernüberwachung von Versorgungs- und Nachrichtennetzen, sowie zur Steuerung und überwachung umfangreicher IndustrieanLägen und GebäudekompLexe eingesetzt.

In der SEL-Firmendruckschrift "Die Fernwirk-Systemfami Lie" (IST 26/EZM 26) ist z.B. ein Fernwirk-System der o.g. Art beschrieben. - In AbbiLdung 6 auf Seite 15 und der zugehörigen Beschreibung Seite 16 und 17 wird besonders auf die Unterstation IST 26 eingegangen, deren Steuerwerk bereits* einen Mikroprozessor enthäLt. MeLdungseingabe und BefehLsausgabe erfoLgen bei dieser Unterstation über Zwischenspeicher, die auf steckbaren Lei terpLatten (Baugruppen) angeordnet und mit dem Mikroprozessor des Steuerwerks über einen paraLLeLen Mikroprozessorbus verbunden sind.

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Die Aufschaltung des parallelen Mikroprozessorbusses auf viele steckbare Baugruppen kann dann von Nachteil sein, wenn sich die Unterstation in stark störungsverseuchter Umgebung, z.B. in der Nähe geschalteter induktiver Lasten befindet. Es kann dann trotz vorhandener galvanischer Trennungen zwischen den zu überwachenden Einrichtungen und der Unterstation zu elektromagnetischen Einstreuungen kommen, die weitere aufwendige Entstorungsmaßnahmen erforderlich werden lassen.

Beim Fernwirksystem nach der Erfindung, das durch die Merkmale des Anspruchs 1 beschrieben ist, wird der genannte Nachteil vermieden, indem dort eine serielle Datenverbindung zwischen den Steuerwerken, der jeweiligen Unterstationen und den zugeordneten Meldungseingabe/Befehlsausgabe-Baugruppen (Interface-Baugruppen) besteht und der Mikroprozessorbus die Steuerwerks-Baugruppe nicht mehr zu verlassen braucht. Der serielle Datenbus kann, im Gegensatz zu einem parallelen Mikroprozessorbus, nach einem gegenüber Störungen weitgehend unempfindlichen Verfahren (z.B. antivalente Datenübertragung) betrieben werden und es kann die zu übertragende Information durch Anwendung beliebiger Codesicherungsverfahren gegen Verfälschung gesichert werden.

Die Unempfindlichkeit des seriellen Datenbusses gestattet außerdem, die einzelnen Interface-Baugruppen von der Unterstation abzusetzen und z.B. in nächster Nähe des zu übei— wachenden oder zu steuernden Objekts unterzubringen.

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SchLießLich können auch Störungen, die durch den Steckvorgang bei Entnahme oder zusätzlichem Einfügen von Interface-Baugruppen in eine Unterstation während des Betriebes entstehen, unterdrückt werden, so daß solche Eingriffe den Betrieb der Unterstation nicht (nachhaLtig) stören und das System bei Ausbauveränderungen deshalb nicht abgeschattet zu werden braucht.

Durch die Ausstattung der Interface-Baugruppen mit eigenem Mikrorechner und die Absetzbarkeit der Baugruppen von dem steuernden Rechner der Unterstation uTi rd es überdies möglich, Meldungseingaben und/oder Befehlsausgaben zu bzw. von der Zentrale ohne Zwischenschaltung einer Unterstätion zu tätigen, indem einzelne Interface-Baugruppen über den seriellen Bus mit dem Rechner der Zentrale direkt verbunden werden. Die betreffenden Interface-Baugruppen nehmen dann selbst die Funktion einer Unterstation wahr.

Eine Ausgestaltung des Fernwirksystems nach der Erfindung betrifft die Aufteilung der Interface-Baugruppen und ist in Anspruch 2 beschrieben. Diese Aufteilung in einen den Mikrorechner entha Itenden,invarianten Schaltungsteil und einen die Anpassungsbaue lemente an die zu überwachende oder zu steuernde Einrichtung enthaltenden, problemangepaßten Schaltungsteil ermöglicht eine rationellere Herstellung der Interface-Baugruppen (Einschränkung der Typen Vielfalt) und in vielen Fällen, wenn nicht neue spezielle Anpassungsbauelemente erforderlich sind, eine nachträgliche Änderung der Funktion einer Interface-Baugruppe. Eine solche Funktionsänderung kann dann z.B. ohne Eingriffe in die Hardware der Baugruppe durch Umprogram- ■ mieren des Funktionscodespeichers vorgenommen werden.

Eine Ausgestaltung des Fernwirksystems nach der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 3 und stellt sicher, daß sowohl die Unterstationen a Is auch die Zentrale alle gesteckten Interface-Baugruppen nach Adresse und Funktion kennen. Eingriffe Unbefugter in das Fernwirksystem, z.B. Entfernen einer Interface-Baugruppe wird so sofort bemerkt. Versetzen einer Baugruppe an einen anderen Steckplatz (Verwechslung der Steckplätze) wird ebenfalls bemerkt und führt zu einer den Betrieb weiter nicht störenden Änderung der Baugruppenadresse in den Speichern von Zentrale und Unterstation.

Anspruch 4 enthä.lt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fernwi rksystems mit deren Hi If. e die Aufnahme einer neu gesteckten Interface-Baugruppe beschleunigt wird.

Eine Weiterbildung des Fernwirksystems nach der Erfindung ist schließlich im Anspruch 5 enthalten und stellt sicher> daß eine defekte Interface-Baugruppe, die das System stört, aber selbst nicht mehr ansprechbar ist, von der Zentrale aus abgeschaltet werden kann.

Anhand von drei Figuren soll nun ein Ausführungsbeispiel des Fernwirksystems nach der Erfindung beschrieben und seine Funktion erklärt werden.

Figur 1 zeigt schematisch ein Fernwirksystem nach der Erfi ndung '

Figur 2 zeigt eine Unterstation mit Interface-Baugruppen

Figur 3 zeigt eine Interface-Baugruppe

In Figur 1 ist ein Fernwirksystem nach der Erfindung dargestellt. Es besteht aus einer Zentrale L und zwei Unterstationen U1, U2 mit jeweils mehreren zugeordneten Intel— face-Baugruppen IFB1 bis IFB7. Zusätzlich ist eine mit der Zentrale direkt verbundene Interface-Baugruppe IFB8 vorhanden. Die Zentrale enthält einen Zentralen-Rechner LR mit für die Ausübung der Zentralenfunktion erforderlichen Speichern SP und Peripheriegeräten wie Dateneingabe DE, Datensichtgerät DS, Drucker SD und MosaikbiIdansteuerung MB. Die Datenübertragung zwischen der Zentrale und den Unterstationen erfolgt über der "ZentraIe und den Unterstationen zugeordnete Übertragungseinrichtungen UE und eine serielle Datenverbindüng DV. Die Übertragungseinrichtungen sind dabei entsprechend dem Übertragungsmedium (Draht, Funk , Lichtwellenleiter) und dem übe rtragungs,-verfahren (WT, PDM, PCM) in bekannter Weise ausgebildet.

Jede Unterstation - es können, je nach Ausbau der Zentra-le, eine nahezu beliebig große Zahl von Unterstationen an eine Zentrale angeschlossen werden - enthält neben einem Steuei— werk STW1, STW2 eine Reihe von steckbaren Interface-Baugruppen IFB1 bis IFB7, von denen jede einem bestimmten Meldungsgeber oder Befehlsempfänger in der zu überwachenden und/oder zu steuernden Einrichtung zugeordnet ist. In besonderen Fällen, z.B. wenn sehr einfache Meldungen geringen Informationsinhaltes zu übernehmen sind, kann eine Interface-Baugruppe auch zwei oder mehr MeIdungsgebern zugeordnet sein.

Die Steuerwerke der Unterstationen und alle Interface-Baugruppen enthalten Mikrorechner. Die Mikrorechner der Interface-Baugruppen jeder Unterstation sind über einen seriellen Datenbus SB untereinander und mit dem Steuerwerk der betreffenden Unterstation verbunden. Dieser serielle Datenbus, der z.B. über Norm-Schnittstellen nach EIA-Empfehlung RS 422 an die Mikrorechner angekoppelt ist, ermöglicht sowohl eine zyklische Abfrage von in den Interface-Baugruppen zwischengespeicherten Meldungen als auch die übermittlung von Steuerbefehlen vom Steuerwerk an die Interface-Baugruppen und die ihnen zugeordneten Ei"hri chtungen. Die serielle Datenübertragung kann dabei in Telegrammform erfolgen und läßt nahezu alle Codesicherungsverfahren zu. Damit ist die Datenübertragung wesentlich unempfindlicher . gegenüber Störungen als dies der Fall wäre, wenn, wie beim Stand der Technik, ein paralleler Bus des Steuerwerksmikroprozessors zu allen Steckplätzen der Unterstation geschleift wäre. Aufgrund der Störunempfindlichkeit des seriellen Busses Lassen sich die Datentelegramme auch über längere Kabelstrecken übertragen, so daß es möglich ist, wie dies in Figur 1 mit der Interface-Baugruppe IFB7 geschehen ist, Interface-Baugruppen von der Unterstation abzusetzen und direkt an der gesteuerten oder überwachten Einrichtung anzubringen oder aber, wie die Interface-Baugruppe IFB8 ohne eine Unterstation direkt an den Rechner der Zentrale anzuschließen, wenn dieser zuvor mit einer geeigneten Schnittstelle versehen wurde.

Die Adressierung der Interface-Baugruppen einer Unterstation erfolgt über ihre Steckplätze. An diesen dient eine bestimmte Anzahl von Steckkontakten der Adressencodierung

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BeispieLsweise Lassen sich mittels binärer Anschaltung von fünf Einzelkontakten 30 verschiedene Adressen codierenDer Mikrorechner einer frisch gesteckten Interface-Baugruppe kann durch Abfragen dieser Kontakte die seinem Platz zugeordnete Adresse erfragen und abspeichern.

In Figur 2 ist schematisch der Aufbau einer Unterstation dargestellt. Das Steuerwerk STW ist mittels des.serieL len Busses SB mit verschiedenartigen Interface-Baugruppen KA, ZE, HE, MES verbunden. Die Interface-Baugruppen erfüllen verschiedene Funktionen. SO dient die Baugruppe KA der Steuerbefehlsausgabe z.B. an einen nicht dargestellten Schalter oder ein Stellglied, die Baugruppe ME dient der Meldungseingabe und greift z.B. die Stellung eines Schalters ab. Weitere Baugruppen dienen d'er Eingabe von Meßwerten (Baugruppe MES) oder Zählwerten (Baugruppe ZE).

Der serielle Bus, der im Normalfalle als Kabelverbindung realisiert ist. Läßt sich auch ohne Schwierigkeiten in ein anderes Übertragungsmedium überführen. So enthält die in Figur 2 dargesteUte Unterstati on eine besondere Umsetzbaugruppe LWU1, die die auf dem seriellen Bus geführten Datentelegramme in Lichtimpulsfο Igen umsetzt und über einen Lichtwellenleiter LL ausgibt. An entfernter Stelle werden die Lichtleiter-Datentelegramme in der Umsetzbaugruppe LWU2 wieder in die ursprüngliche elektrisehe Form zurückgewandelt. Die Führung über Lichtwellen-Leiter ermöglicht es, den seriellen Bus durch stark störungsverseuchte Bereiche oder in unter Hochspannung stehende Fernwirkbereiche zu führen. An die Stelle einer Umsetzung auf Lichtwellenleiter kann auch die Umsetzung

auf einen Funk- oder Richtfunkkanal treten, wenn eine Kabelverbindung zu der zu steuernden oder zu überwachenden Einrichtung nicht möglich (bewegliche Objekte) oder sehr aufwendig ist.

Die Unterstation nach Figur 2 enthält als weitere Besonderheit einen zusätzlichen Datenspeicher DSP und einen zusätzlichen Programmspeicher PSP. Die Speicher sind über einen parallelen Bus PB des Steuerwerks-Mikroprozessors mit dem Steuerwerk verbunden und dienen zu dessen Erweiterung und damit zur Erweiterung der Unterstation.

Figur 3 zeigt eine Interface-Baugruppe in vereinfachter Darstellung. Die Baugruppe ist steckbar und besteht aus einem invarianten Teil IT und einem problemangepaßten Teil PT. Der invariante Teil enthält einen Mikrorechner MR mit Programmspeicher ROM und nicht dargestelltem Arbeitsspeicher. Zusätzlich ist ein Funktionscodespeicher FCS vorgesehen, der je nach der gewünschten- Funktion der Baugruppe programmiert werden kann (EPROM, Codierstecker). Der invariante Teil der Interface-Baugruppe enthält weiterhin einen Schnittstellen-Baustein SCH, welcher vom Mikrorechner parallel ausgegebene Daten in serielle Daten umsetzt und über ein galvanisches Trennelement GT auf den seriellen Datenbus SB ausgibt. In Gegenrichtung werden seriell ankommende Daten in parallele Daten umgesetzt Telegrammverarbeitung und Codesicherungsmaßnahmen erfolgen dabei durch den Mikrorechner. Der Mikrorechner verarbeitet und speichert auch die durch die Steckerkodierung vorgegebene Adresse. Er fragt hierzu für die Steckkerkodierung reservierte Steckerkontakte SC ab.

Der prob lemangepaßte Teil PT der Interface-Baugruppe enthält z.B. Relaiskontakte RK zur BefehLsausgabe und Optokoppler OK zur Meldungseingabe. Die Relais werden vom Mikrorechner über nicht dargestellte Ausgangstreiber angesteuert. Sowohl Relaiskontakte als auch Optokoppler bewirken eine sichere galvanische Trennung zwischen der Interface-Baugruppe und der zu steuernden oder zu überwachenden Einrichtung. Ihre Anschlüsse sind über einen Frontstecker FS der Baugruppe zugänglich.

Die Interface-Baugruppe weist zusätζ Iich-einen Interrupt-Ausgang auf, über den dem Steuerwerk der Unterstation die Belegung eines Steckplatzes signalisiert wird, sobald eine neu gesteckte Interface-Baugruppe ihre volle Betriebsspannung erreicht. Das Steuerwerk der Unterstation wird hierdurch zu einem alle Steckplätze umfassenden Abfragezyklus angereizt.

Jede Interface-Baugruppe besitzt einen Abschalteeingang AE und einen Abschaltausgang AA. Der Abschaltausgang einer Baugruppe ist jeweils mit dem AbschäIteingang einer Nachbarbaugruppe verbunden. Auf diese Weise wird erreicht, daß jede Interface-Baugruppe eine Nachbarbaugruppe abschalten kann und andererseits selbst von einer anderen Nachbarbaugruppe abgeschaltet werden kann. Die Abschaltung erfolgt auf Befehl des Steuerwerks, wenn falsches und störendes Arbeiten einer Baugruppe festgestellt wird.

Das oben beschriebene erfindungsgemäße Fernwirksystem arbeitet wie folgt: Die Zentrale fragt gemäß dem ihr vorgegebenen Arbeitsprogramm über die Datenverbindung DV

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ständig zyklisch alle angeschlossenen Unterstationen nach Meldungen ab. Ist eine Meldung in einer Unterstation gespeichert, so wird diese der Zentrale in einem Antworttelegramm mitgeteilt. Ist keine Meldung gespeichert, so antwortet die Unterstation mit einem Statustelegramm, welches besagt, daß die Unterstation normal arbeitet oder gegebenenfalls gestört ist.

Ein ganz ähnlicher Abfragezyklus wie zwischen Zentrale und Unterstationen, jedoch unabhängig von der Zentrale, läuft zwischen jeder Unterstation und den ihr zugeordneten Interface-Baugruppen ab. Dabei werden die in den Interface-Baugruppen zwischengespeicherten Meldungen in den Speicher des Steuerwerks der Unterstation übernommen, wo sie für die Abfrage der Zentrale zur Verfügung stehen.

Alle Meldungen werden mit der Adresse der Interface-Baugruppe, von der sie stammen, und zusammen mit deren Funktionscode abgespeichert. Wenn die Meldungen zur Zentrale übermittelt werden, tritt zu der Adresse und dem Funktionscode der Interface-Baugruppe noch die Adresse der Unterstation hinzu. Auf diese Weise erfährt die Zentrale zu jeder Meldung den Ursprungsort. Sie speichert die Adresse der jeweiligen Baugruppen im Interface-Baugruppenregister. Da bei der Abfrage der Interface-Baugruppen auch leere Steckplätze abgefragt werden können, muß eine Zeitschaltung vorhanden sein, die bei Ausbleiben einer Antwort nach Aufruf eines Steckplatzes ein Kennzeichen dafür ausgibt, daß der Steckplatz nicht besetzt ist. Damit bemerkt die Zentrale durch Vergleich mit dem Inhalt des Interface-Baugruppenregisters, wenn eine Bau- gruppe, die zuvor vorhanden war, entfernt worden ist.

Zur Ausgabe von Steuerbefehlen sendet die Zentrale ein Telegramm mit besonderer Kennung, das die Adressen von Unterstation und Interface-Baugruppe des anzusteuernden Schalters oder Stellgliedes enthält. Die Abfragezyklen der Zentrale und der angesprochenen Unterstation werden hiermit unterbrochen und erst weiter fortgeführt, wenn der Steuerbefehl ausgegeben und eine Rückmeldung der Interface-Baugruppe über den fehlerfreien Empfang des Steuerbefehls an die Zentrale gelangt ist.

Das Rechnersystem der Zentrale wertet alle abgespeicherten Meldungen laufend aus und zeigt den Zustand der zu überwachenden und/oder zu steuernden Einrichtungen auf einem Datensichtgerät an. Dateneingaben, z.B. manuelle Eingaben von Steuerbefehlen, können über eine Eingabetastatur erfolgen. Störungen werden auf einem Drucker ausgedruckt.

Ist mit der Zentrale eine Interface-Baugruppe direkt, ohne ZwischenschaLtung einer Unterstation verbunden, so wird diese innerhalb des Abfragezyklus über den zwischen Zentralenrechner und Interface-Baugruppen bestehenden seriellen Bus SB abgefragt.

Die Längen der zwischen Zentrale und Unterstation sowie zwischen Unterstationen und Interface-Baugruppen auszutauschenden DatenteLegramme können unterschiedlich sein.

Claims

STANDARD ELEKTRIK LORENZ AKTIENGESELLSCHAFT STUTTGART Patentansprüche

1.) Fernwirksystem mit mindestens einer Zentrale und mehreren, mit der Zentrale über Datenübertragungseinrichtungen verbundenen Unterstationen, bei dem jede Unterstation ein mit einem Mikrorechner ausgestattetes Steuerwerk und mindestens eine mit dem Steuerwerk verbundene, steckbar angeordnete Interface-Baugruppe zur Meldungsoder Meßwerteeingabe und/oder Befehlsausgabe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß alle Interface-Baugruppen (JFB1, ..., JFB8) mit Mikrorechnern (MR) ausgestattet sind und daß sowohl das Steuerwerk (STW1, STW2) als auch alle Interface-Baugruppen einer UnterstationCUi, U2) Schnittstellen (SCH) zu einem Datensicherungsmaßnahmen zulassenden, seriellen Datenbus (SB) besitzen und über diesen Datenbus miteinander verbunden si nd.

2. Fernwirksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Interface-Baugruppe einen invarianten Schaltungsteil (IT) und einen problemangepaßten Schaltungsteil (PT) aufweist, daß der invariante Schaltungs-

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teil für alle Interface-Baugruppen gleich ist und neben dem Mikrorechner (MR) mit Arbeitsspeicher und Programmspeicher und der zum seriellen Datenbus (SB) führenden Schnittstelle (SCH) einen Funktionscodespeicher (FCS) enthält, in dem die Funktion der jeweiligen Interface-Baugruppe durch Codierung festlegbar ist und daß der problemangepaßte SchaLtungsteiI (PT) alle diejenigen Bauelemente (RK, OK) umfaßt, die zur Anpassung an die zu überwachende oder zu steuernde technische Einrichtung erforderlichsind.

3. Fernwirksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrale und die Steuerwerke der Unterstationen Interf ace-r.Baugruppenregi ster besitzen, in denen alle gesteckten Interface-Baugruppen mit ihrem Funktionscode und einer dem benutzten Steckplatz zugeordneten Adresse eingespeichert sind.

4. Fernwirksystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vom Steuerwerk der Unterstation an alle Steckplätze der Interface-Baugruppen eine Interrupt-Leitung (IRR) geführt ist, auf die jede neu gesteckte Baugruppe ein Anwesenheitssignal abgibt, sobald ihr Mikrorechner die erforderliche Betriebsspannung erreicht und einen definierten Zustand eingenommen hat und daß das Steuerwerk durch das Anwesenheitssignal zu einem Abfragezyklus für alle Steckplätze angereizt wird, dabei neu gesteckte Baugruppen in das Interface-Baugruppenregister aufnimmt und nicht mehr gesteckte, im Interface-Baugruppenregister registrierte Baugruppen meldet.

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5. Fernwirksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Interface-Baugruppen AbschaLteinrichtungen besitzen, die mit je einer benachbarten Interface-Baugruppe verbunden und von dieser aus steuerbar sind.

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