DE3236812C2

DE3236812C2 - Fernwirksystem

Info

Publication number: DE3236812C2
Application number: DE3236812A
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: 1987-01-08
Also published as: AT380116B; DE3236812A1; CH661399A5; US4628437A; GB2128388B; ES526274A0; GB8326609D0; ES8500699A1; GB2128388A; ATA352583A

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Fernwirksystem, dessen Unterstationen neben einem Steuerwerk steckbar angeordnete Interface-Baugruppen zur Meldungs- oder Meßwerteingabe wie auch zur Befehlsausgabe enthalten. Hierbei sind sowohl das Steuerwerk als auch die Interface-Baugruppen mit Mikrorechnern ausgestattet und über geeignete Schnittstellen an einem gemeinsamen seriellen Datenbus angeschlossen. Infolge Vorhandenseins des seriellen Datenbusses brauchen die parallelen Busse der Mikrorechner die einzelnen Baugruppen nicht zu verlassen, was die Störanfälligkeit der Datenübertragung herabsetzt. Der serielle Datenbus läßt außerdem die verschiedensten Datensicherungsmaßnahmen zu, so daß es sogar möglich wird, einzelne Baugruppen von der Unterstation abzusetzen. Die Interface-Baugruppen gliedern sich in einen für alle Baugruppen gleichen, invarianten Teil und einen von der jeweils wahrzunehmenden Aufgabe abhängigen, problemangepaßten Teil.

Description

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 Industrieanlagen und Gebäudekomplexe eingesetzt.
In der SEL-Firmendruckschrift "Die Fernwirk-Systemfamilie" (IST 26/EZM 26) ist z. B. ein Fernwirk-System der obengenannten 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 Leiterplatten ( Baugruppen) angeordnet und mit dem Mikroprozessor des Steuerwerks über einen parallelen Mikroprozessor verbunden sind.
In einem Artikel in "Technische Rundschau", Bern Nr. 4, 23. Januar 1979 ist ein ganz ähnliches Fernwirksystem beschrieben. Auch hier werden in den Zentralen und Unterzentralen wie auch in den Unterstationen - hier nur als Stationen bezeichnet - Mikrocomputer eingesetzt. Die Zentralen und Stationen tauschen ihre Informationen über serielle Datenverbindungen aus, während die Kommunikation zwischen einer Station und ihrer Peripherie durch den auf einer besonderen CPU-Karte befindlichen Stationscomputer gesteuert, über steckbare Eingangs- und Ausgangskarten erfolgt. Dabei enthalten die Eingangs- und Ausgangskarten keine eigene Intelligenz. Sie dienen lediglich der Anpassung der einzelnen Steuerelemente, Meßwert- oder Meldungsgeber an den parallelen Bus des Stationscomputers.
Abweichend von den genannten Fernwirksystemen ist in der DE-AS 15 88 669 eine Schaltungsanordnung beschrieben, welche die selektive Übertragung von Nachrichten zwischen einer Zentrale und einer Vielzahl von Stationen ermöglicht und bei der die Zentrale die Adressierung der Stationen mittels Taktimpulsen vornimmt, die in den Stationen gezählt werden. Eine Station gibt eine Nachricht aus, wenn eine in der Station voreingestellte Anzahl von Taktimpulsen gezählt wurde. Diese Schaltungsanordnung erfordert einen besonders geringen Schaltungsaufwand, eignet sich aber wegen der Gefahr der Einstreuung von Störimpulsen nicht für Fernwirkanlagen mit weit voneinander entfernt angeordneten Stationen.
Bei den erstgenannten Fernwirksystemen kann die Aufschaltung des parallelen Mikroprozessorbusses auf viele steckbare Baugruppen 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 Trennung zwischen den zu überwachenden Einrichtungen und der Unterstation zu elektromagnetischen Einstreuungen kommen. Veränderungen an einer Station wie Entfernen oder Einsetzen von Interface- Baugruppen können während des Betriebes nicht vorgenommen werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Fernwirksystem der vorstehend beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß die Interface-Baugruppen einer Unterstation während des Betriebes gesteckt und entnommen werden können und jede derartige Veränderung selbsttätig registriert wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Das Fernwirksystem nach der Erfindung ist weitgehend unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Einstreuungen, da 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 ermöglicht nicht nur die Unterdrückung der beim Steckvorgang entstehenden Störungen, sie gestattet es sogar, die einzelnen Interface-Baugruppen von der Unterstation abzusetzen und z. B. in nächster Nähe des zu überwachenden oder zu steuernden Objekts unterzubringen. Damit ist eine optimale Anpassung an den jeweiligen Einsatzfall gewährleistet.
Durch die Ausstattung der Interface-Baugruppen mit eigenem Mikrorechner und die Absetzbarkeit der Baugruppen von dem steuernden Rechner der Unterstation wird es überdies möglich, Meldungseingaben und/oder Befehlsausgaben zu bzw. von der Zentrale ohne Zwischenschaltung einer Unterstation 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 enthaltenden, invarianten Schaltungsteil und einen die Anpassungsbauelemente an die zu überwachende oder zu steuernde Einrichtung enthaltenden, problemangepaßten Schaltungsteil ermöglicht eine rationelle Herstellung der Interface-Baugruppen (Einschränkung der Typenvielfalt) 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 Umprogrammieren des Funktionscodespeichers vorgenommen werden.
Eine weitere Ausgestaltung des Fernwirksystems nach der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 3 und stellt sicher, daß sowohl die Unterstationen als auch die Zentrale alle gesteckten Interface-Baugruppen nach Adresse und Funktion kennen. Eingriffe Unbefugter in das Fernwirksystem, z. B. Entfernen einer Interface-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.
Eine Weiterbildung des Fernwirksystems nach der Erfindung ist schließlich im Anspruch 4 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.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Fernwirksystem nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Unterstation mit Interface- Baugruppen und
Fig. 3 zeigt eine Interface-Baugruppe.
In Fig. 1 ist ein Fernwirksystem nach der Erfindung dargestellt. Es besteht aus einer Zentrale L und zwei Unterstationen U 1, U 2 mit jeweils mehreren zugeordneten Interface-Baugruppen IFB 1 bis IFB 7. Zusätzlich ist eine mit der Zentrale direkt verbundene Interface-Baugruppe IFB 8 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 Mosaikbildansteuerung MB. Die Datenübertragung zwischen der Zentrale und den Unterstationen erfolgt über der Zentrale und den Unterstationen zugeordnete Übertragungseinrichtungen UE und eine serielle Datenverbindung DV. Die Übertragungseinrichtungen sind dabei entsprechend dem Übertragungsmedium (Draht, Funk, Lichtwellenleiter) und dem Übertragungsverfahren (WT, PDM, PCM) in bekannter Weise ausgebildet.
Jede Unterstation - es können, je nach Ausbau der Zentrale, eine nahezu beliebig große Zahl von Unterstationen an eine Zentrale angeschlossen werden - enthält neben einem Steuerwerk STW 1, STW 2 eine Reihe von steckbaren Interface-Baugruppen IFB 1 bis IFB 7, 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 Meldungsgebern 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 Einrichtungen. 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 Fig. 1 mit der Interface-Baugruppe IFB 7 geschehen ist, Interface-Baugruppen von der Unterstation abzusetzen und direkt an der gesteuerten oder überwachten Einrichtung anzubringen oder aber, wie die Interface-Baugruppe IFB 8, 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.
Beispielsweise lassen sich mittels binärer Anschaltung von fünf Einzelkontakten 30 verschiedene Adressen codieren. Der Mikrorechner einer frisch gesteckten Interface- Baugruppe kann durch Abfragen dieser Kontakte die seinem Platz zugeordnete Adresse erfragen und abspeichern.
In Fig. 2 ist schematisch der Aufbau einer Unterstation dargestellt. Das Steuerwerk STW ist mittels des seriellen Busses SB mit verschiedenartigen Interface-Baugruppen KA, ZE, ME, 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 der 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 Fig. 2 dargestellte Unterstation eine besondere Umsetzbaugruppe LWU 1, die die auf dem seriellen Bus geführten Datentelegramme in Lichtimpulsfolgen umsetzt und über einen Lichtwellenleiter LL ausgibt. An entfernter Stelle werden die Lichtleiter-Datentelegramme in der Umsetzbaugruppe LWU 2 wieder in die ursprüngliche elektrische Form zurückgewandelt. Die Führung über Lichtwellenleiter 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 Fig. 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.
Fig. 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 Steckerkodierung reservierte Steckerkontakte SC ab.
Der problemangepaßte 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 zusätzlich 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 Unterseite 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 Abschalteingang einer Nachbarbaugruppe verbunden. Auf diese Weise wird erreicht, daß jede Interface-Baugruppe eine Nachbarbaugruppe abschalten kann und andererseits 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 DVständig 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-Baugrupen 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 Baugruppe, 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

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 Meldungs- oder Meßwerteeingabe und/oder Befehlsausgabe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Steuerwerk (STW 1, STW 2) als auch alle Interface-Baugruppen einer Unterstation (U 1, U 2) Schnittstellen (SCH) zu einem Datensicherungsmaßnahmen zulassenden, seriellen Datenbus (SB) besitzen und über diesen Datenbus miteinander verbunden sind, daß vom Steuerwerk der Unterstation an alle Steckplätze der Interface-Baugruppen ein Interrupt-Kanal (IRR) vorgesehen ist, auf den jede neugesteckte Baugruppe ein Anwesenheitssignal abgibt, sobald die Baugruppe ihre 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 neugesteckte Baugruppen in ein Interface-Baugruppenregister aufnimmt und nicht mehr gesteckte, im Interface-Baugruppenregister registrierte Baugruppen meldet.

2. Fernwirksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Interface-Baugruppe einen invarianten Schaltungsteil (IT) und einen problemangepaßten Schaltungsteil (PT) aufweist, daß der invariante Schaltungsteil für alle Interface-Baugruppen gleich ist und neben einem 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 Schaltungsteil (PT) alle diejenigen Bauelemente (RK, OK) umfaßt, die zur Anpassung an die zu überwachende oder zu steuernde technische Einrichtung erforderlich sind.

3. Fernwirksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nicht nur jedes Steuerwerk einer Unterstation, sondern auch die Zentrale ein Interface-Baugruppenregister besitzt und daß in den Interface-Baugruppenregistern alle gesteckten Interface- Baugruppen mit ihrem Funktionscode und einer dem benutzten Steckplatz zugeordneten Adresse eingespeichert sind.

4. 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.