专利名称：保护或控制技术设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于供电设备的保护或控制技术设备，其中，多个设备内 部的设备模块为进行数据交换而彼此相连。
背景技术：
数字开关设备控制及保护技术领域的设备优选配备有模块化硬件平台，因 此所述设备能够针对结构和功能等级筒单且成本优化地适应有关需求。这种需 求在于例如通信接口的类型和性能、二进制输入和输出的数目、以及设备的功 能密度和性能。保护或控制技术设备的平台特性目前是在硬件侧通过内部设备
总线提供的。关于这点，公知的例如有西门子公司的如下保护设备该设备的 以产品名SIPROTEC进行销售，并配备有并行地址、数据及控制总线。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种保护或控制技术设备，该设备 具有模块化结构并能够在需要时简单且成本低廉地更换设备模块或者向该设备 中添加附加的设备模块；尽管如此在保护或控制技术设备内部应该保证极其高 的数据可靠性等级。
根据本发明，该技术问题如下地解决设备内部的设备模块分别通过以太 网开关与设备内部的以太网环相连并通过该以太网环交换它们的数据。
本发明的保护或控制技术设备的一个显著优点在于，该设备在设备内部的 模块连接方面采用公知的以太网技术，这使得可以采用一^L可得到的和成熟的 驱动组件。
本发明的保护或控制技术设备的另 一个显著优点在于，该设备由于有设备 内部的以太网环而保证了很高的数据可靠性，因为由于环状结构而存在冗余 即，如果以太网环在一个位置有意或意外地断开，则仍然保持与该环相连的设 备模块之间的数据连接，因为该环使绕过断点位置的数据传输得以实现。
如果采用三端口开关作为以太网开关，例如在德国/^开文献DE 10260806 Al中所描述的那样，则可以尤其成本低廉并有利地为保护或控制技术设备配备 以太网环。三端口开关优选地由单片式集成组件、尤其是由FPGA或ASIC设 计构成。
针对要在保护或控制技术设备中处理时间关键的数据，有利地将以太网环 构造为具有实时能力。例如，以太网环可以按照公知的Profinet标准"i - RTE" 工作。
针对最大数据传输速率，有利的是，如果以太网开关按照所谓的"直通交 换(Cut-Through)"方法工作。这种方法在技术文献中也被称作"直通交换路 由(Cut^Through-Routing)"。直通交换方法是指这样一种方法，其中，如果确 定数据不是用于与有关开关相连的设备模块，则到达以太网开关的数据不经临 时存储即被继续传递。
为了使保护或控制技术设备实现一种特别简单的机械结构，有利地将设备 模块固定在所谓的带顶盖导轨(Hutschiene)上，如同保险盒等公知的那样；这
种带顶盖导轨使得附加的设备模块能够通过将带顶盖导轨上的设备模块与所希 望的连接点移动到一起，或者通过使附加的设备模块安放在带顶盖导轨的外边
缘并使其与以太网环上的其余的设备模块相连，而以 一种简单的方式集成到以 太网环内。
以太网开关优选地由FPGA或ASIC器件构成；这种类型的器件使得低的 生产成本得以实现。
对于尤其低的生产成本有利的是，两个或多个以太网开关集成在同一个单 片式集成器件、例如FPGA或ASIC器件中，并构成给一个完整的集成以太网 环。在这种情况下，数据传输如下地以一种简单的方式实现设备内部的模块 从外部与单片式集成器件相连；这样就在单片式集成器件内实现了基于环的数 据传输。
此外，集成电子器件、尤其是FPGA或ASIC器件被作为独立的发明，其 中，(例如为了在保护或控制技术设备中的实现)完整的数据传输环这样地集成
并且数据可以从所述至少两个环元件开关中的一个传输到所述至少两个环元件 开关中的另一个。在所述器件中，优选地一个完整的以太网环集成有多个以太
网开关；这些开关优选地全部都可以从外部电气地访问并控制，并且使得彼此 间数据传输得以实现。
此外，带顶盖导轨被视为独立的发明，在该带顶盖导轨中这样地集成以太 网适用的环导线，使得安放在带顶盖导轨上的以太网开关可以利用以太网适用 的环导线构成以太网环。对于带有这种带顶盖导轨的以太网环的一种简单的机 械构造，有利的是，与以太网环相连的以太网开关具有设在侧面的网络端子， 该网络端子当以太网开关在带顶盖导轨上被移动到一起时在它们之间建立数据 连接。
以下结合实施例更详细地解释本发明。在附图中
图1示出了带有集成开关以太网环的保护或控制技术设备的实施例，
图2示出了图1所示设备的机械构造的实施例，
图3示出了适用于图l所示设备的器件的实施例，其中，单片式地集成了 完整的以太网环。
具体实施例方式
由图1可见保护或控制技术设备10 (以下简称为保护设备10),该设备配 备有主CPU20以及其它的设备内部的设备模块，即，二进制输入模块30、通 信模块40、测量值模块50以及指令模块60。
主CPU 20以及四个设备内部的设备模块通过具有实时能力的开关以太网 环70彼此相连。主CPU 20以及四个设备内部的设备模块30、 40、 50、 60与 以太网环70的连接分别通过以太网开关80实现。如图l所示，每个以太网开 关80分别由一个三端口开关构成。三端口开关的内部构造可以例如与文献DE 10260806 Al中所公开的相对应。
三端口开关80 (如其名称所表示的那样)分别具有三个端子。所述端子中 的两个以参考标记A80表示，用于实现以太网环的环结构。第三个端子S80使 得设备内部的设备^^块或主CPU20与以太网环70相连；第三个端子S80可以 例如构成按照Mil标准的接口 。
如图1所示，以太网环70的工作方式对应于通常的以太网标准，因此可以相应地引用相关的4支术文献。以太网环70例如以一个吉比特/秒的数据率、 并尤其优选是按照Profinet标准i - RTE工作。
为了实现高的数据传输率，三端口开关80分别被设计为按照所谓的直通 交换方法工作。这意味着，如果确定数据不是用于与有关特定开关相连的设备 模块，那么通过以太网环传输的数据不经临时存储即直接传递；这种不经临时 存储的直接传递要求对所输入的数据迅速进行处理，因为三端口开关必须实时 检验，输入数据中的哪些对于特定的设备内部的设备模块是有关的而哪些则是 无关的。
图2中示出了图1所示保护设备10的机械构造的实施例。图中示出了带 顶盖导轨100、在该带顶盖导轨上插有设备模块30、 40、 50、 60以及主CPU 20。 在每个设备模块以及主CPU 20上设有分别位于侧面的两个网络端子L110和 RllO。在图2中左侧的网络端子以参考标记L110标识，而右侧的网络端子则 以参考标记R110标识。
在将设备模块插到带顶盖导轨100上之后，这些设备模块沿带顶盖导轨100 的纵向Z这样地插接到一起，使得网络端子L110/R110 (光学地或电气地)相 互接触并且闭合图1所示的以太网环70。具体而言，例如二进制输入模块30 的右网络端子R110与通信模块40的左网络端子L110插接到一起。所有设备 模块30至60在带顶盖导轨100上的插接都以相应的方式实现。主CPU 20可 以以相应的方式插在带顶盖导轨100上并与设备内部的模块30至60相连。
闭合以太网环70的环导线(图1中以参考标记200标识)可以例如集成 在带顶盖导轨200内。这示意地通过虚线在图2中以参考标记200表示。
如图2中所示，设备内部的设备模块分别通过印刷电路板210构成，在印 刷电路板上有一个或多个电子组件220、例如微处理器等。
在图3中示出了集成电子器件300的实施例，所述器件例如是FPGA或 ASIC器件。在器件300中，以太网环70单片式地集成。而且，连接在以太网 环70上的以太网开关80 (例如三端口开关)也单片式地集成在器件300中。
器件300向外提供有多个端子A300，它们由以太网开关80的数据端子S80 构成。在所述端子A300上可以分别连接一个设备模块，以便建立与单片式集 成以太网环70的连接。器件300因此允许多个设备模块与器件300的空间星形 连接，其中，所连接的设备^^块通过集成的以太网环70以一种"环形，，相互
电气地数据连接。
图3所示单片式集成器件300可以例如用于图1所示保护或控制技术设备 10。在这种环境下，主CPU 20以及设备内部的设备模块30至60分别与器件 300的端子A300中的一个相连。
另外，在器件300中也可以例如集成微处理器或CPU400,如在图3中示 例性地示出的那样。CPU400可以例如构成图1所示的主CPU20。
权利要求
1.一种用于供电设备的保护或控制技术设备(10)，其中，多个设备内部的设备模块(30、40、50、60)为进行数据交换而彼此相连，其特征在于，所述设备内部的设备模块(30、40、50、60)分别通过以太网开关(80)与设备内部的以太网环(70)相连并且通过该以太网环交换它们的数据。
2. 根据权利要求1所迷的保护或控制技术设备，其特;^雖于，至少一个所述以太 网开关、伊O选所有的以太网开关由三端口开关(80)构成。
3. 根据权利要求1或2所述的保护或控制技术设备，其特4正在于，所迷以太网环 (70)具有实时能力。
4. 根据权利要求3所述的保护或控制技术设备，其特^iL^于，所述以太网环(70) 按照Profinet标准i-RTE工作。
5. 根据权利要求1至4中任一项所迷的保护或控制技术设备，其特征在于，所述 以太网开关(80)按照直通交换方法工作。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的保护或控制技术设备，其特征在于，所述 设备模块固定在带顶盖导轨(100)上。
7. 冲艮据权利要求1至6中任一项所述的保护或控制技术设备，其特征在于，所述 以太网开关中的至少一个由单片式集成器件、尤其是FPGA或ASIC器件构成。
8. 根据权利要求7所述的保护或控制技术设备，其特征在于，两个或多个所述以 太网开关(80)集成在同一个单片式集成器件(300)中，并且构成一个集成的以太网 环(70)、至少是这种环的一部分。
9. 一种集成电子器件(300)，尤其是FPGA或ASIC器件，其中，这样地集成带 有多个环元件开关(80)的完整的数据传输环(70),使得至少两个所述环元件开关可 以从外部电气地访问和控制，并且数据可以A^斤述至少两个环元件开关中的一个传输 至所述至少两个环元件开关中的另 一个。
10. 根据权利要求9所述的集成电子器件，其特征在于，所述数据传输环是以太 网环(70)，并且所述环元件开关分别由以太网开关(80)构成。
11. 根据权利要求10所述的集成电子器件，其特4正在于，所有以太网开关(80) 都可以/"卜部访问和控制，并且数据可以通过每个所述以太网开关通过所述以太网环(70)传输至每个其它的所述以太网开关。
全文摘要
本发明涉及特别一种用于供电设备的保护或控制技术设备(10)，其中，多个设备内部的设备模块(30，40，50，60)为进行数据交换而彼此相连。根据本发明，设备内部的设备模块(30，40，50，60)分别通过以太网开关(80)与设备内部的以太网环(70)相连并且通过该以太网环交换它们的数据。
文档编号H04L12/56GK101356780SQ200680050756
公开日2009年1月28日 申请日期2006年3月29日 优先权日2006年1月12日
发明者克莱门斯·霍戈, 戈茨·诺伊曼, 格哈特·兰 申请人:西门子公司