专利名称：具有现场设备和互感器装置的设备及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种设备，该设备具有至少一个现场设备、特别是保护设备， 和至少一个与该现场设备相连接的、适合于连接到能量传输导线的互感器装置。
背景技术：
用于能量传输系统的保护设备例如由西门子公司以产品名SIPROTEC见 诸于市场。在保护设备SIPROTEC中，通过对设备进行参数化，可以从外部经 过网络接头或者数据总线接头在启动之前设置工作方式。在保护设备运行期间 将数字采样数据馈入到保护设备中并进行分析。如果在该分析中保护设备确定， 采样数据显示有故障，则产生故障信号或者报警信号。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，对本文开始部分所述类型的设备进一步进行 扩展，使得可以特别简单地测试保护设备的功能性。
按照本发明，上述技术问题是通过权利要求1所述特征部分解决的。本发 明设备的优选实施方式在从属权利要求中给出。
按照本发明，现场设备和互感器装置经过闭合的数据传输环互相连接。
本发明设备的主要优点在于，可以在设备内部测试现场设备，而不会出现 现场设备和互感器装置之间数据通信的中断。由于本发明的数据传输环，保证 了可以将测试装置从外部连接到装置并且由此连接到现场设备，而无需断开在 现场设备和互感器装置之间的数据连接。也就是数据传输环由于其环形结构而 总是具有在现场设备和互感器装置之间的两个数据传输支路，从而可以断开该 两个数据传输支路中的一个，以便将测试装置连接到数据传输环；在此在现场 设备和互感器装置之间仍然保持数据连接，因为还保留着另 一个数据传输支路 用于现场设备和互感器装置之间的连接。总而言之，按照本发明在现场设备和 互感器装置之间的环形的和由此冗余的连接使得在设备的运行期间可以连接测试装置，而无需进行设备的关断或者承受数据连接的中断。
为了实现特别快速并且简单地将测试装置连接到数据传输装置，优选在数 据传输环上连接附加的开关装置，该开关装置适合于作为连接测试装置的接口 并且是相应可使用的。
考虑到特别高的数据传输速率优选通过光学工作的环来构成数据传输环； 因为光学工作的数据传输环可以传输直至千兆比特范围的数据分组。
数据传输环优选是以太网环，从而可以采用在数据传输技术领域公知的以
太网4支术。例如为了传输通信协议采用IEC61850标准，优选基于实时以太网 方法和IEC61784-2标准。特别优选地，数据传输环以所谓的实时工作，例如基 于Profmet-i—RTE标准。
已经提到的开关装置作为数据传输环的附加组件优选地通过以三端口开 关形式的以太网开关构成，如在德国专利公开文件DE10260806A1中描述的那 样。这样的三端口开关优选通过整体集成的组件，特别是以FPGA或者ASIC 结片勾而片勾成。 "
如果要节省用于连接测试装置的附加开关装置，也可以将测试装置直接连 接到数据传输环上；因为如本文开头已经解释的，可以为了连接测试装置断开 数据传输环，而不会发生数据丢失，因为总有数据传输环的一个传输支路保持 通信。
此外也可以将测试装置安置在互感器装置中，以便可以用互感器装置对现 场设备进行测试。
特别优选地这样构造现场设备，使得现场设备在测试运行中以应用程序拷 贝(Applikationsk叩ie )的形式产生其现场设备应用程序(Feldgeraeteapplikation ) 的拷贝，由此在专业术语上该拷贝是指用于控制现场设备的功能的软件。由此 在通过测试装置进行设备测试期间可以保持现场设备运行不变例如在设备测 试期间测试应用程序拷贝；作为替换还可以在设备测试期间测试现场设备应用 程序，其中在这种情况下基于应用程序拷贝继续进行现场设备的运行。
特别优选地这样构造现场设备，该现场设备可以在现场设备应用程序和应 用程序拷贝之间来回转换，以便既可以检查现场设备应用程序又可以检查应用 程序拷贝。在这种情况下，现场设备运行的保持有时是基于应用程序的拷贝有 时是基于现场设备应用程序；以相应的方式，有时测试现场设备应用程序有时 测试应用程序拷贝，并且例如一直进行，直到现场设备应用程序和应用程序拷贝都完全^:测试。
优选设备运行和测试运行在现场设备应用程序和应用程序拷贝之间的来
回转换"飞行(onthefly)"地进行，也就是无中断地进行，从而可以在正常的 设备运行期间进行完整的以及重复的设备测试。
此外本发明还涉及一种用于测试设置在如本文开头描述的设备中的现场 设备的方法。
与此相关地根据本发明，用连接在数据传输环上的测试装置产生测试频率 并通过数据传输环传输到现场设备。
本发明方法的优选实施方式在从属权利要求中给出。 关于本发明方法的优点请参阅本发明设备的上述实施方式。 此外需要指出的是，上面描述的现场设备的实施方式被视为独立的发明。 具体来说这样实施的现场设备同样被视为发明，即，该现场设备为了测试运行 以应用程序拷贝的形式产生其现场设备应用程序的拷贝，并且在通过测试装置
设备的运行。不管现场设备是否经过闭合的数据传输环或者以其它的、例如预 先已知的方式与互感器装置相连，现场设备的该实施方式由此都被视为发明。
通过对测试运行或者对设备运行采用应用程序拷贝，来测试处于运行期间 的现场设备的测试方法，也被视为独立的发明，并且不管现场设备是否经过闭 合的数据传输环或者以其它、例如预先已知的方式与互感器装置相连。
下面根据实施例详细解释本发明。在此举例示出
图1示出了将测试装置通过附加开关装置连接到数据传输环的本发明设备 的实施例，
图2示出了将测试装置直接连接到数据传输环的本发明设备的第二实施 例，以及
图3示出了将用于测试现场设备的测试装置包含在互感器装置内的本发明 设备的第三实施例。
在图1至3中为清楚起见对相同的或类似的组件始终采用相同的附图标记。
具体实施例方式
从图1中可以看出具有保护设备20以及现场操作设备(Fddleitgeraet) 30 的设备10,该保护设备20和现场操作设备30通过实时以太网环形式的闭合数 据传输环40既互相连接又与互感器装置50相连。
此外在数据传输环40上连接了附加开关装置60，该开关装置是三端P开 关形式的以太网开关。该以太网开关60例如可以通过三端口开关构成，如在德 国专利^^开文件DE10260806A1中描述的那样。
此外从图l中还可以看出，可以将测试装置.70连接到以太网开关60，用 该测试装置70可以测试保护设备20或者现场操作设备30。下面以对保护设备 20进行测试为例。
在互感器装置50上连接了用附图标记80表示的电流和电压互感器。该电 流和电压互感器80与为清楚起见而在图1中未进一步示出的能量传输导线相 连，并采集电流值和电压值，该电流值和电压值由互感器装置50采集并且以以 太网数据分组的形式传输到保护设备20或者现场操作设备30。
按照图1的设备IO例如如下运行
如果要对保护设备20进行设备测试，则例如将测试装置70连接在以太网 开关60上，而不用断开保护设备20和互感器装置50之间的数据连接。之所以 排除了数据中断，是因为以太网开关60已经是数据传输环40的组成部分，并 且因为数据传输环40在保护设备20和互感器装置50之间总共具有两个传输支 路，也就是一个在图1中左边的第一传输支路100以及一个在图1中右边的传 输支路IIO。因此就是当两个传输支路100或110中的一个短时地断开时，也 可以由此保持保护设备20和互感器装置50之间的连接。
在将测试装置70连接到传输环40之后，由测试装置70产生测试序列或 者测试电文序列，并且经过数据传输环40传输到保护设备20。
为了使得保护设备20即使在这样的设备测试期间也可以不中断地保持其 保护功能，这样构造按照图1的保护设备20，使得该保护设备20对设备测试 制作其保护设备应用程序的拷贝，并且作为应用程序拷贝供使用。由于该应用 程序拷贝的存在，保护设备20既可以在正常的保护设备运行(以下称为正常运 行)下运行也可以与此并行地被测试。例如可以基于应用程序拷贝来进行磁测 试运行，因为应用程序拷贝优选地表示现场设备应用程序的1: l拷贝，并且由 此优选地与现场设备应用程序相同。在这样的测试模式中保护设备20可以基于据。 "
作为替换，保护设备20还可以基于应用程序拷贝保持正常运行，并且借
助应用程序拷贝在保护设备20中继续处理互感器装置50的数据；也就是在该 过程中基于原始的现场设备应用程序来进行设备测试。
此外还可以既测试现场设备应用程序又测试应用程序拷贝；在此这样的完 整测试可以这样进行即首先测试现场设备应用程序并且然后测试应用程序拷 贝(或者反过来)；作为替换可以进行"并行"测试。这样的并行测试例如通过 定期地在现场设备应用程序和应用程序拷贝之间来回转换来进行，从而交替地 部分地测试现场设备应用程序和应用程序拷贝，并且以相应转置的方式交替地 基于应用程序拷贝和现场设备应用程序进行正常运行。
以相应的方式也可以用测试装置70测试现场4乘作i殳备30。
优选数据传输环40基于根据正C61850标准的通信协议工作，优选基于实 时以太网标准方案正C61748.2或基于光学数据传输的类似的标准方案。
互感器装置50例如可以通过互感器电子单元来构成，该互感器电子单元 包括次级电流和电压互感器和/或进一步处理数字数据形式的电流测量值和电 压测量值。为了将互感器装置50产生的数字互感器数据传输到保护设备20或 者现场操作设备30，在实时以太网通道上形成该数字互感器数据并经过数据传 输环40传输到保护设备20或者现场操作设备30。数据传输环40优选形歲冗 余的、确定的和具有实时能力的通信系统，使得通信环的中断不会导致保护设 备20或者现场操作设备30的保护功能的消失。
图2示出了设备的第二实施例。可以看出通过数据传输环40互相连接的 保护设备20、现场操作设备30以及互感器装置50。与按照图1的第一实施例 不同，测试装置70不是经过以太网开关60连接到数据传输环40上，而是通过 断开传输支路110以及在中间连接测试装置70而连接到数据传输环40上。传 输支路110在此短时地被中断，由此可以将测试装置70集成到数据传输环40 中。但是在此并不会出现在保护设备20、现场操作设备30以及互感器装置50 之间的数据传输的中断，因为传输支路100不中断地继续可供使用。
在这种情况下以太网开关60可以被用于连接其它设备；当不需要它来连 接其它组件时，还可以省去以太网开关60。
图3示出了设备的第三实施例。仍可以看出在其上连接了保护设备20'、现场操作设备30以及互感器装置50的数据传输环40。为了测试保护设备20或 者现场操作设备30将测试装置70集成在互感器装置50中并且形成互感器装置 50的互感器电子电路的集成的组成部分。因此互感器装置50能够将测试序列 传输到保护设备20或者现场操作设备30，以便对保护设备20或者现场搡作设 备30进行测试。在按照图3的实施例中为了连接其它组件也可以引入或去除以 太网开关60。
保护设备20和现场操作设备30优选分别包含具有存储器的微处理器装 置，在该存储器中可以存储由微处理器装置为设备测试而产生的现场设备应用 程序的应用程序拷贝。
权利要求
1. 一种设备(10)，具有至少一个现场设备、特别是保护设备(20，30)和至少一个与该至少一个现场设备相连的、适合于连接到能量传输导线的互感器装置(50)，其特征在于，该现场设备和该互感器装置经过闭合的数据传输环(40)相连。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述数据传输环上连接附 加的开关装置(60),该开关装置(60)适合于作为连接用于测试所述现场设备 的测试装置(70)的接口。
3. 根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述开关装置由以太网 开关、特别是三端口开关构成。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述互感器装置 包含用于测试所述现场设备的测试装置。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，这样构成所述现 场设备，该现场设备对设备测试以应用程序拷贝形式产生其现场设备应用程序 的拷贝，并且在设备测试期间所述现场设备继续运行。
6. 根据权利要求5所述的设备，其特征在于，这样构成所述现场设备，在 设备测试期间可以测试所述应用程序拷贝。
7. 根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，这样构成所述现场设备， 使得在设备测试期间可以测试现场设备应用程序。
8. 根据权利要求5至7中任一项所述的设备，其特征在于，这样构成所述 现场设备，使得在设备测试期间现场设备的运行部分时间基于所述现场设备应 用程序、部分时间基于所述应用程序拷贝，并且在设备测试期间既测试所述现 场设备应用程序又测试所述应用程序拷贝。
9. 根据权利要求5至S中任一项所述的设备，其特征在于，这样构成所述 现场设备，使得在设备测试期间现场设备的运行不中断地继续进行。
10. —种用于测试根据上述权利要求中任一项所述设备(10)的现场设备 (20， 30)的方法，其特征在于，利用连接到lt据传输环(40)上的测试装置 (70)产生测试序列，并通过该数据传输环传输给所述现场设备。
11. 根据权利要求IO所述的方法，其特征在于，为了测试运行产生应用程序拷贝形式的现场设备的现场设备应用程序的拷贝，并且在设备测试期间继续 运行所述现场设备。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述设备测试期间测试 所述应用程序拷贝。
13. 根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在所述设备测试期 间测试所述现场i殳备应用程序。
14. 根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，在所述设 备测试期间所述现场设备的运行部分时间基于所述现场设备应用程序、部分时 间基于所述应用程序拷贝，并且在所述设备测试期间既测试所述现场设备应用 程序又测试所述应用程序拷贝。
15. 根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，在所述设 备测试期间所述现场设备的运行不中断地继续进行。
全文摘要
本发明涉及一种设备(10)，其具有至少一个现场设备、特别是保护设备(20，30)和至少一个与该至少一个现场设备相连的、适合于连接到能量传输导线的互感器装置(50)。根据本发明，所述现场设备和互感器装置经过闭合的数据传输环(40)相连。
文档编号H04L12/26GK101438537SQ200680054573
公开日2009年5月20日 申请日期2006年5月12日 优先权日2006年5月12日
发明者克莱门斯·霍格, 格哈特·兰 申请人:西门子公司