专利名称：自动化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动化系统，其带有至少一个连接在自动化过程上的 测量值采集装置和至少一个与该至少一个测量值采集装置相连的现场设备 以及一个与该至少一个现场设备相连的主控计算机。
背景技术：
这种自动化系统例如由西门子^^司的订货号为E5001-U113-A230/1的 信息报"SICAM HV - Digitale Leistungsschaltersteuemng (Digital Breaker Control DBC)"而已知。该信息报示出了 一种具有多个总线层面(Busebenen) 的用于自动化过程的自动化系统，在此情形下是关于一个供电网络。通过 所谓的过程总线，作为测量值采集装置的变换器和开关控制器与按照过程 控制设备和保护设备形式的现场设备相连。现场设备再通过所谓的现场总 线与作为主控计算机的近程控制器(Nahsteuerung)相连。通常，除用于开 关控制器的控制指令以外，还通过过程总线将从变换器采集到的测量数据、 如电流和电压测量值传送到现场设备。此外，该现场设备可以通过现场总 线从主控计算机获取控制指令并沿相反方向将关于该自动化过程的信息传 递到该近程控制器上，例如以便在控制室内的显示系统上进行信息显示。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，进一步简化本文开头部分提到的自 动化系统的结构。
根据本发明，该技术问题是通过一种上述类型的自动化系统解决的， 其中，至少一个测量值采集装置、至少一个现场设备和一个主控计算机与 一个公用的数据传输网络相连，该数据传输网络是为了根据第一通信协议 从至少 一个测量值采集装置向该至少 一个现场设备传输数字测量数据以及 为了根据第二通信协议在该至少一个现场设备和主控计算机之间传输数字 控制数据而建立的。替代两套彼此独立的总线系统的是，根据本发明的自
动化系统仅具有一个数据传输网络，该自动化系统的所有部件都与该数据 传输网络相连。为了可以通过该数据传输网络既传输数字测量数据也传输 数字控制数据，该网络适于根据不同的通信协议传输各自的数据。由于仅 存在一个该自动化系统的所有部件都与其相连的网络，因而该自动化系统 的结构被进一步地筒化。
按照根据本发明的自动化系统的一种优选的实施方式，该数据传输网 络是一种实时以太网。实时以太网的应用由于高的传输率和可预见的传输 持续时间而使得实时应用程序可以在该自动化系统中执行。此外，可以通 过实时以太网进行在数据传输网络上传输的测量数据与控制指令的同步。
此外，在本发明的自动化系统的一种优选扩展中，致动器装置也与该 数据传输网络相连，该装置的输出端与该自动化过程相连。在这种情况下， 致动器、例如断路器控制器也接入到该公用的数据传输网络中。
在本发明的自动化系统的另一种优选实施方式中，数据传输网络被构 造成环形结构。这种网络结构多数情况下最佳地与自动化系统的结构和位 置条件相对应。
根据本发明的另 一种优选实施方式，该数据传输网络由至少两个彼此 冗余地构造的子网络组成。以这种方式可以进一步提高设备的可用性和可 靠性。
此外，根据本发明的自动化系统的一种优选实施方式，该至少一个测 量值采集装置具有一个模/数转换器和一个用于连接到数据传输装置的网络 连接装置。按照这种方式可以特别简单且不用附加部件地将测量值采集装 置连接到数据传输网络上。
为了能够在根据本发明的自动化系统中运行也已经存在的测量值采集 装置，根据一种可选的实施方式，该至少一个测量值采集装置与一个其输 出端与该数据传输网络相连的转换装置相连，以便按照该第 一通信协议对 测量数据进行转换。
最后，在本发明的自动化系统的另一种优选实施方式中，该至少一个 现场设备和/或该至少一个测量值采集装置分别通过一个网络连接装置与该 数据传输网络相连，其中，网络连接装置具有恰好一个与该至少一个现场 设备或测量值采集装置相连的内部端口和恰好两个与数据传输网络相连的
外部端口。这种网络连接装置(例如由DE 10260806A1公开的那种)确保
了现场设备和/或测量值采集装置能够简单地连接在数据传输网络上。
为进一步阐释本发明，在图1中按照示意图示出了自动化系统的构造。
具体实施例方式
图1在此以高度的示意图示出了未详细规定的自动化过程1。这种自动 化过程1可以例如是化学的、工艺技术的或生物技术的过程、工业制造过 程或者甚至是用于输送和分配水、煤气或电能的过程。对于下列实施应假 定，过程1是指用于输送和分配电能的过程、例如电能输送网络。除了致
动器装置11 (例如断路器控制器)以外，测量值采集装置2a至2c与该过 程相连。这种测量值采集装置可以是传感器以及传统的电流或电压变换器、 例如环形磁心测试变压器，或者是所谓的非传统的变换器、例如罗高夫斯 基(Rogowski)线圈或光学变换器。测量值采集装置2a至2c在其相应方式 的实施中与过程l相连；这在图中以虚线示出。此外，测量值采集装置2a 至2c还直接或间接地与由两个彼此冗余地构造的子网络3a和3b组成的数 据传输网络3相连，其中，为清楚起见，在图中以虚线示出子网络3b。尽 管在此实施例中涉及两个子网络，但在实践中显然可以存在任意多个子网 络。按照图l子网络3a、 3b是环形结构的网络；显然也可以替代地使用一 种传统的星形结构。两个子网络3a和3b通过开关4彼此相耦合，因此数据 可以从一个子网络3a传输到另 一个子网络3b和反向地传输。数据传输网络 3优选是按照所谓实时以太网形式的以太网。当前，IEC的一个国际工作组 被4受权对该以太网标准进4亍标准化。
此外，数据传输网络3与现场设备5和6相连接。在此，现场设备5 可以例如是一种电保护设备，而现场设备6是一种过程控制设备。而且， 主控计算机7与数据传输网络3相连，该主控计算机例如是站主控计算机 或是在所谓调度台的中央主控计算机。
下面将解释所述自动化系统的功能方式。
通过测量值采集装置2a至2c采集描述过程1的测量值，在此可以是 例如电流或电压测量值。在此，测量值采集装置2a和2c已具有模数转换装 置和用于网络连接的装置。因此，测量值采集装置2a和2c可以被直接与数
据传输网络3相连接，并且根据第一通信协议向数据传输网络3提供与所
接收到的测量值相对应的数字测量数据。该第 一通信协议可以是例如通信
协议IEC 61850-9-2， IEC利用该协议确定数字采样值在根据IEC 61850规范 设计的系统中的传输。
相反，测量值采集装置2b不具有集成的模数转换器或网络连接，因此 该测量值采集装置首先将其接收到的测量值传输给一个转换装置8、也即所 谓的"合并单元"，该转换装置随后进行模数转换并根据在该数据传输网络 3中所使用的第一通信协议将测量值转换成数字测量数据。转换装置具有网 络连接，该转换装置可以将测量数据通过该网络连接直接传送给数据传输 网络3。
数字测量数据在数据传输网络3中被传输给现场设备5和6,利用该现 场设备基于所传输的测量数据执行自动化和控制功能。该现场设备5和6 可以接着将控制数据引入到数据传输网络3中，所述控制数据根据一种第 二通信协议(例如正C 61850-8-1通信协议)进行传输。IEC已利用该协议 为符合IEC-61850的系统确定数字传输数据、控制数据和调度台数据的传 输，这些数据在此统称为控制数据。数字控制数据可以一方面传输到主控 计算机7，该主控计算机可以对数据进行进一步的处理、归档和加工。此外， 数字控制数据可以被传输到致动器装置、例如断路器控制器，该致动器装 置可以接着影响该过程。这样，现场设备5和6就可以通过数据传输网络3 直接向过程1施加影响。
在如同在此示出的自动化系统的工业自动化系统中，单个通过数据传 输网络3传输的数据在时间上的同步通常起到相当重要的作用。在现有的 自动化系统中大多必须为此建立一个单独的同步化网络，该网络把由中央 时钟发生器产生的脉冲(例如每秒一个脉冲)分配给自动化系统的单个部 件，使得通过该网络可以为所发送和接收的数据设立精确的时间戳。实时 以太网标准并不要求这种单独的同步化网络。在此，在网络连接内的所有 与数据传输网络相连的部件方面采用相应的控制器或专门设计的、形式为 ASIC (特殊用途集成电3各)、FPGA (现场可编程门阵列)、或EPLD (电可 编程逻辑设备)的集成开关组件，它们可以根据实时以太网标准对数字测 量数据或数字控制数据进行相应的时间标识。由此，决定性地筒化了自动 化系统的结构。
如图中仅示意性地示出的那样，现场设备5和6的网络接入可以例如
具有一个带有恰好两个外部端口 9a、 9b的网络连接装置，该现场设备利用 这些外部端口与数据传输网络3相连接。此外，网络连接装置可以具有恰 好一个内部端口 10，该网络连接装置利用该内部端口和与之相应的现场设 备相连。端口 9a、 9b和IO通过相应地固定布线的电路相互连接，该电路例 如在德国专利申请DE 10260806 Al中描述。这种网络连接装置同时为切换 功能做好准备，使得所发送出和接收到的数据可以在网络连接装置的各个 端口之间无延迟地传输，并由此在数据传输网络3中传输数据时不产生重 要的时间损失。在测量值采集装置2a、 2b、 2c和/或致动器装置11中可以 存在相应的网络连接装置。
权利要求
1.一种自动化系统，其具有至少一个连接在自动化过程(1)上的测量值采集装置(2a，2b，2c)和至少一个与该至少一个测量值采集装置(2a，2b，2c)相连的现场设备(5，6)以及一个与该至少一个现场设备(5，6)相连的主控计算机(7)，其特征在于，-该至少一个测量值采集装置(2a，2b，2c)、该至少一个现场设备(5，6)和该主控计算机(7)与一个公用的数据传输网络(3)相连，该数据传输网络是为了根据第一通信协议从该至少一个测量值采集装置(2a，2b，2c)向该至少一个现场设备(5，6)传输数字测量数据并且为了根据第二通信协议在该至少一个现场设备(5，6)和该主控计算机(7)之间传输数字控制数据而建立的。
2. 根据权利要求1所述的自动化系统，其特征在于， -所述数据传输网络(3)是一个实时以太网。
3. 根据权利要求1或2所述的自动化系统，其特征在于，-所述数据传输网络(3)也与致动器装置(11)相连，该致动器装置 的输出端与该自动化过程(1)相连。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的自动化系统，其特征在于， -所述数据传输网络(3)被构造成环形结构。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的自动化系统，其特征在于，-所述数据传输网络(3)由至少两个彼此冗余地构造的子网络(3a, 3b)组成。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的自动化系统，其特征在于，-所述至少一个测量值采集装置(2a, 2b, 2c)具有一个模/数转换器和一个用于连接到该数据传输装置的网络连接装置。
7. 根据权利要求1至5中任一项所述的自动化系统，其特征在于，-所述至少一个测量值采集装置(2a， 2b, 2c)与一个其输出端与该数 据传输网络(3)相连的转换装置(8)相连，以便按照所述第一通信协议 对测量数据进行转换。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的自动化系统，其特征在于，-所述至少一个现场设备(5， 6)和/或所述至少一个测量值采集装置 (2a, 2b, 2c)分别通过一个网络连接装置与所述数据传输网络(3)相连， 其中，网络连接装置具有恰好一个与该至少一个现场设备(5, 6)或该测 量值采集装置(2a， 2b, 2c)相连的内部端口 ( 10 )和恰好两个与该数据传 输网络(3)相连的外部端口 (9a， 9b)。
全文摘要
本发明涉及一种自动化系统，其具有至少一个连接在自动化过程(1)上的测量值采集装置(2a，2b，2c)和至少一个与该至少一个测量值采集装置(2a，2b，2c)相连的现场设备(5，6)以及一个与该至少一个现场设备(5，6)相连的主控计算机(7)。为了尽可能地简化这种自动化系统的结构，根据本发明建议，该至少一个测量值采集装置(2a，2b，2c)、该至少一个现场设备(5，6)和该主控计算机(7)与一个公用的数据传输网络(3)相连，该数据传输网络是为了根据第一通信协议从该至少一个测量值采集装置(2a，2b，2c)向该至少一个现场设备(5，6)传输数字测量数据并且为了根据第二通信协议在该至少一个现场设备(5，6)和该主控计算机(7)之间传输数字控制数据而建立的。
文档编号G05B19/418GK101107578SQ200680002421
公开日2008年1月16日 申请日期2006年1月6日 优先权日2005年1月17日
发明者戈茨·纽曼, 格哈特·兰, 迪特尔·克雷默 申请人:西门子公司