Einheit zum bidirektionalen, automatischen Datentransfer auf Basis modemer Informationstechnologien (Kommunikatϊonstransmitter) Unit for bidirectional, automatic data transfer based on modern information technologies (communication transmitter)
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Erfassung und bidirektionalen Übertragung von Daten, aufweisend eine erste Schnittstelle für den Dateneingang, eine zweite Schnittstelle für den Datenausgang sowie eine Übersetzungseinheit zur Bearbeitung der DatenThe invention relates to a device for the automatic acquisition and bidirectional transmission of data, comprising a first interface for data input, a second interface for data output and a translation unit for processing the data
Die in privaten Haushalten in Gewerbe- oder Industriebetrieben befindlichen Endgeräte, wie Gas-, Wasser- und Stromzähler werden in der Regel einmal pro Jahr durch den zuständigen Energieversorger abgelesen. Der Energieversorger muss die Daten manuell von einem Mitarbeiter oder dem Endverbraucher ablesen lassen. Diese Daten werden anschließend überwiegend manuell in einen Rechner übertragen, was viele Fehlerquellen in sich birgt. Im Rechner bilden sie die Grundlage der Abrechnung. Nach der Erfassung der Daten besitzt der Verbraucher nur sehr eingeschränkt die Möglichkeit, seinen spezifischen Verbrauch bezüglich Spitzenlast oder Schleichlast zu überprüfen, bzw. die Daten im Vergleich mit Vergangenheitswerten zu betrachten. Des weiteren sind Regel- oder Steuereingriffe der Energieversorgungsunternehmen (EVU) in das aktuelle Konzept der Energieversorgung z. B. bzgl. Lastmanagement oder Mehrwertdienste praktisch unmöglich. Einen weiteren Einsatzfall bildet die Energiemengenbilanzierung bis zur Transportnetzebene für ein gesamtes Regelgebiet.The end devices in private households in commercial or industrial companies, such as gas, water and electricity meters, are generally read once a year by the responsible energy supplier. The energy supplier must have the data read manually by an employee or the end user. This data is then mostly transferred manually to a computer, which has many sources of error. They form the basis of billing in the computer. After collecting the data, the consumer has only very limited possibility to check his specific consumption with regard to peak load or creeping load, or to view the data in comparison with past values. Furthermore, regulation or control interventions of the energy supply companies (EVU) in the current concept of energy supply z. B. regarding load management or value-added services practically impossible. Another application is the energy balance up to the transport network level for an entire control area.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Gerät zu schaffen, welches zeitgleich verschiedene Schnittsteilen und Protokolle verwalten kann und damit eine variable, zeitnahe und automatische Auslesung von Daten, sowie Eingriffe zur Steuerung oder Regelung ermöglicht (z. B. Laststeuerung,The invention had for its object to provide a simple and inexpensive device which can simultaneously manage different interfaces and protocols and thus enables variable, prompt and automatic reading of data, as well as interventions for control or regulation (e.g. load control,
Lastprofilüberwachung, Mehrwertdienste der EVU, Fahrplanüberwachung oder Bezugsleistungsüberwachung).Load profile monitoring, value-added services of the EVU, schedule monitoring or reference performance monitoring).
ERSATZBLAIT (REGEL 26>
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass durch die erste Schnittstelle ein busfähiges System ankoppelbar ist, an das ein oder mehrere Endgeräte nach der jeweiligen Buscharakteristik anschließbar sind, dass die zweite Schnittstelle eine Schnittstelle zum ISDN-Telefonnetz oder zumREPLACEMENT BLAIT (RULE 26> This object is achieved according to the invention by a device of the type mentioned at the outset, which is characterized in that a bus-capable system can be coupled through the first interface, to which one or more terminal devices can be connected according to the respective bus characteristic, and that the second interface is an interface to ISDN -Telephone network or
Kabelfernsehnetz oder zur Satellitenübertragung oder zu Wide Area Network (WAN) ist und dass die intelligente Übersetzungseinheit aus einem oder mehreren individuell programmierbaren Prozessoren besteht, die so verschaltet und programmiert sind, dass die Übersetzungseinheit eine Datenkommunikation über die zweite Schnittstelle erkennen kann und eine Datenanfrage über die ersteCable television network or for satellite transmission or to Wide Area Network (WAN) and that the intelligent translation unit consists of one or more individually programmable processors, which are interconnected and programmed so that the translation unit can recognize data communication via the second interface and a data request via the first
Schnittstelle an das busfähige System zur Weiterleitung an das oder jedes Endgerät senden kann und eine Datenantwort von dem oder jedem Endgerät über das busfähige System lesen, bearbeiten und an die zweite Schnittstelle weitergeben kann.Can send interface to the bus-compatible system for forwarding to the or each terminal and can read, edit and forward a data response from the or each terminal via the bus-compatible system and forward it to the second interface.
Gegenstand der Erfindung ist daher eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen offenbart. Es können auch einzelne oder mehrere dieser Ausgestaltungen jeweils für sich oder in Kombination Lösungen der erfindungsbegründenden Aufgabe darstellen und es sind auch die offenbarten Merkmaie beliebig kombinierbar.The subject of the invention is therefore a device according to claim 1. Preferred embodiments are disclosed in the subclaims. It is also possible for individual or more of these configurations, either individually or in combination, to provide solutions to the problem based on the invention, and the disclosed features can also be combined in any way.
Vorzugsweise besteht die intelligente Übersetzungseinheit aus mindestens zwei, individuell programmierbaren Prozessoren.The intelligent translation unit preferably consists of at least two individually programmable processors.
Gegenstand der Erfindung ist weiter eine elektronische Vorrichtung zur automatischen, bidirektionalen Datenkommunikation, aufweisend sechs physikalische Ein / Ausgabe Schnittstellen zur intelligenten Kommunikation mit end- bzw. übergeordneten Systemen, dargestellt durch:The invention further relates to an electronic device for automatic, bidirectional data communication, comprising six physical input / output interfaces for intelligent communication with end or higher-level systems, represented by:
• eine erste intelligente Schnittstelle zur bidirektionalen Kommunikation mit Feldgeräten über z. B. M-Bus (Standardbus), • eine zweite intelligente Schnittstelle zur vom Datenverkehr der Schnittstellen• a first intelligent interface for bidirectional communication with field devices via e.g. B. M-Bus (standard bus), • a second intelligent interface for the data traffic of the interfaces
1 ,3,4, 5 und 6 unabhängigen Datenkommunikation mit übergeordneten Systemen,1, 3, 4, 5 and 6 independent data communication with higher-level systems,
ERSATZBLÄΓT (REGEL 26)
• eine dritte intelligente Schnittstelle zur Kommunikation mit Erweiterungselementen,SPARE BLADE (RULE 26) A third intelligent interface for communication with expansion elements,
• eine vierte Schnittstelle zur Ansteuerung externer Systeme über Relais,A fourth interface for controlling external systems via relays,
• eine fünfte Schnittstelle zum Einlesen digitaler Impulse, • eine sechste optionale Schnittstelle zur individuellen bidirektionalen• a fifth interface for reading digital pulses, • a sixth optional interface for individual bidirectional
Kommunikation mit weiteren standardisierten Bussystemen, sowie Einheiten zur Realisierung der Kommunikationsstruktur (Prozessoren, Programme und Protokolle), dargestellt durch:Communication with other standardized bus systems and units for implementing the communication structure (processors, programs and protocols), represented by:
• eine Communication Unit zur Systemsteuerung, zur inneren Verarbeitung der Daten, sowie zur direkten Kommunikation mit den notwendigen Schnittstellen• a communication unit for system control, for internal processing of the data, as well as for direct communication with the necessary interfaces
• dem Busmaster zur Kommunikation mit dem standardisierten Bussystem• the bus master for communication with the standardized bus system
• dem Communication Controller zur Kommunikation mit übergeordneten Systemen• the Communication Controller for communication with higher-level systems
• dem Modul zur Erweiterung der inneren Funktionalität des Systems.• the module to expand the internal functionality of the system.
Die letzt genannten Einheiten zur Realisierung der Kommunikationsstruktur (Prozessoren, Programme und Protokolle) werden im folgenden Übersetzungseinheit genannt.The latter units for realizing the communication structure (processors, programs and protocols) are referred to below as the translation unit.
Die Gesamteinheit, bestehend aus den Einheiten zur Realisierung der Kommunikationsstruktur (Übersetzungseinheit), sowie den sechs Schnittstellen, wird im folgenden als Kommunikationstransmitter bezeichnet.The entire unit, consisting of the units for implementing the communication structure (translation unit) and the six interfaces, is referred to below as the communication transmitter.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer beispielhaften Ausgestaltung gemäß den Figuren 1 - 4 näher erläutert (physikalisch und Protokolle). Eine Beschränkung in irgend einer Weise ist dadurch nicht beabsichtigt.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment according to FIGS. 1-4 (physical and protocols). It is not intended to limit it in any way.
Es zeigt :It shows :
• Figur 1 : Eine schematische Übersicht der Erfindung und• Figure 1: A schematic overview of the invention and
• Figur 2 : eine beispielhafte Detail- und Funktionsskizze• Figure 2: an exemplary detailed and functional sketch
ERSATZBLATT (REGEL 261
• Figur 3 : einen beispielhaften Stromverlauf in Abhängigkeit der Zeit der fünften SchnittstelleREPLACEMENT SHEET (RULE 261 • Figure 3: an exemplary current curve depending on the time of the fifth interface
• Figur 4 : einen beispielhaften Protokollaufbau der zweiten Schnittstelle• Figure 4: an exemplary protocol structure of the second interface
Die Protokolle werden alle in der Communication Unit abgebildetThe logs are all mapped in the Communication Unit
Ein / Ausgabe Module (physikalische Ausprägung und Software Protokoll) :Input / output modules (physical form and software protocol):
• Erste Schnittstelle :• First interface:
Die erste Schnittstelle wird direkt über den Bus Master on Board abgebildet.The first interface is mapped directly via the bus master on board.
An die erste Schnittstelle ist ein Bussystem, z. B. M-Bus, zur bidirektionalenA bus system, e.g. B. M-Bus, for bidirectional
Kommunikation mit Sensoren und Aktoren angekoppelt. Die intelligente Schnittstelle kann den bidirektionalen Datenverkehr in Abhängigkeit der Communication Unit bearbeiten, jedoch zeitlich und datentechnisch unabhängig von dem Datenverkehr der weiteren Schnittstellen.Communication with sensors and actuators coupled. The intelligent interface can process the bidirectional data traffic depending on the communication unit, however, in terms of time and data technology, it is independent of the data traffic of the other interfaces.
Der Anschluss des Bussystems kann entweder über dem des Bussystems eigenenThe bus system can either be connected above that of the bus system
Ubertragungsmedium oder mittels Lichtwellenleiter erfolgen, wobei die Umwandlung der elektrischen Signale in Lichtsignale, bzw. der Lichtsignale in elektrische SignaleTransmission medium or by means of optical fibers, the conversion of the electrical signals into light signals, or the light signals into electrical signals
Bestandteil der logischen Einheit des Bus Masters ist.It is part of the logical unit of the bus master.
Die Signalübertragung von dem Bus Master in Richtung Sensorik und Aktorik bzw. von Sensorik und Aktorik in Richtung Bus Master wird auf das entsprechendeThe signal transmission from the bus master in the direction of sensors and actuators or from sensors and actuators in the direction of bus masters is changed to the corresponding one
Bussystem abgestimmt.Bus system coordinated.
Vor bzw. nach Wandlung der Datenströme in das entsprechenden Busformat (je nach Datenrichtung) können die Daten gemäß einer gesicherten Übertragung nachBefore or after converting the data streams into the corresponding bus format (depending on the data direction), the data can be backed up according to a secure transmission
Vorgabe des OSI - Referenzmodells zur Schnittstellenbeschreibung wie folgt intern verarbeitet werden (die tatsächliche Belegung der einzelnen Schichten ist jedoch von der jeweiligen Buscharakteristik abhängig und wird im Rahmen desSpecification of the OSI reference model for the interface description can be processed internally as follows (the actual assignment of the individual layers, however, depends on the respective bus characteristic and is determined within the framework of the
Protokollauf baus gehandelt):
Beispielhafte Belegung der Layer für den M - BusProtocol construction traded): Exemplary assignment of the layers for the M-Bus
Der Zyklus des Datentransfers ist von dem Maximum durch das entsprechende Bussystem und im Minimum durch entsprechend Konfiguration vorgegeben.The cycle of the data transfer is predetermined by the maximum through the corresponding bus system and in the minimum by the corresponding configuration.
• Zweite Schnittstelle:• Second interface:
Die zweite Schnittstelle handelt den bidirektionalen Datenverkehr zu dem überlagerten System, bildet jedoch mehrere Funktionalitäten im Gesamtsystem abThe second interface deals with the bidirectional data traffic to the higher-level system, but maps several functions in the overall system
(physikalisch und Protokollgeneriert):(physically and protocol generated):
• Physikalische Ausprägung : Stecker RJ 45, nach IEC 8867 Verbindung : nach ITU - T I.430
Die externen Kommunikationen erfolgen über ISDN - Netz oder Kabelfernsehnetz oder GSM Datenfunk oder mittels WAN.• Physical version: RJ 45 connector, according to IEC 8867 connection: according to ITU - T I.430 External communications take place via ISDN network or cable television network or GSM data radio or via WAN.
Bei ailen Verbindungsmögiichkeiten wird TCP IP als verbindungsorientiertes Protokoll verwendet. Die Gesamtstruktur wird beispielhaft an der Übertragung über das ISDN Netz erläutert (PPP und TCPIP over ISDN) : Beispielhafter Aufbau siehe Figur 4.In all connection options, TCP IP is used as the connection-oriented protocol. The overall structure is explained using the example of transmission over the ISDN network (PPP and TCPIP over ISDN): For an example of a structure, see Figure 4.
Das Point to Point Protokoll (PPP) ist ein Standardprotokoll für synchrone und asynchrone Einwählverbindungen. Die drei Hauptkomponenten werden nach RFC 1661 angegeben und vollständig mit der Schnittstelle sechs realisiert:The Point to Point Protocol (PPP) is a standard protocol for synchronous and asynchronous dial-up connections. The three main components are specified according to RFC 1661 and are fully implemented with interface six:
• Kapselung von Multiprotokoll Datagrammen• Encapsulation of multiprotocol datagrams
• Ein Link Control Protokoll (LCP)• A link control protocol (LCP)
• Eine Gruppe von Network Control Protokollen (NCP's)• A group of network control protocols (NCP's)
Im Falle einer ISDN Basic Rate Interface (BRI) - Verbindung verfügt der User überIn the case of an ISDN Basic Rate Interface (BRI) connection, the user has
2 B-Kanäle mit einer Bandbreite von jeweils 64 Kbps. Ein Aufteilen, Rekombinieren und Ordnen der Datenströme über beide B-Kanäle ermöglicht ein spezielles PPP Multilink Protokoll (MP). Hierfür wurde das Format mit der langen Folgenummer eingeführt. Der paketorientierte Datentransfer erfolgt über folgende Protokolle der verbindungsorientierten Protokollfamilie TCPIP:2 B channels with a bandwidth of 64 Kbps each. A special PPP Multilink protocol (MP) enables the data streams to be divided, recombined and arranged over both B channels. The format with the long sequence number was introduced for this. The packet-oriented data transfer takes place via the following protocols of the connection-oriented protocol family TCPIP:
• Transmission Control Protocol (TCP)Transmission Control Protocol (TCP)
• Internet Protocol (IPv4)Internet Protocol (IPv4)
• Internet Control Message Protocol (ICMP)Internet Control Message Protocol (ICMP)
Im Protokoll ICMP werden nur folgende Messages für den ordnungsgemäßen Betrieb implementiert :Only the following messages are implemented in the ICMP protocol for correct operation:
• 0 = Echo Reply• 0 = Echo Reply
• 3 = Destination Unreachable• 3 = Destination Unreachable
ERSÄΓZBLAΓT ΓREGEL 26)
• 8 = Echo (Ping)REPLACEMENT BLADE RULE 26) • 8 = echo (ping)
• 1 1 = Time Exceeded• 1 1 = Time Exceeded
• 12 = Parameter Problem• 12 = parameter problem
• 13 = Timestamp• 13 = timestamp
• 14 = Timestamp Reply• 14 = Timestamp Reply
Zusätzlich zu den Funktionen Verbindungsaufbau und verbindungsorientierterIn addition to the functions connection establishment and connection-oriented
Paketgenerierung bildet die zweite Schnittstelle die Funktionalitäten Kryptologie, undPacket generation forms the second interface of the functionalities cryptology, and
Authentifizierung (unabhängig des eingesetzten Übertragungsweges) ab. Im Baustein Kryptologie werden die Daten, ankommend von der externen Einheit entschlüsselt, sowie die Daten, abgehend zur externen Einheit mit einem 128 bitAuthentication (regardless of the transmission path used). In the cryptology block, the data arriving from the external unit is decrypted, as well as the data going out to the external unit with a 128 bit
Algorithmus verschlüsselt.Encrypted algorithm.
Der Baustein Kryptologie wird oberhalb der TCPIP Schicht und unterhalb derThe cryptology component is above the TCPIP layer and below the
Applikation implementiert.Application implemented.
Da eine eindeutige Authentifizierung über die vorgenannten Kommunikationswege nicht sicher realisiert werden kann, wird diese Funktion über ein asymmetrischesSince a clear authentication via the aforementioned communication channels cannot be reliably implemented, this function is performed via an asymmetrical one
Verfahren (public und privat Key) realisiert.Process (public and private key) implemented.
Die Authentifizierung kann entweder direkt innerhalb des PPP Rahmens, oder oberhalb des Bausteins Krytologie und unterhalb der Applikationsschicht implementiert werden.Authentication can either be implemented directly within the PPP framework, or above the cryptology module and below the application layer.
Ein unautorisierter Zugriff führt zu einer unverzüglichen Trennung des Systems von dem anrufenden System. Des weiteren wird ein Alarmruf an das übergeordneteUnauthorized access leads to an immediate disconnection of the system from the calling system. Furthermore, an alarm call is sent to the parent
System durch das System generiert.System generated by the system.
Vor bzw. nach Wandlung der Datenströme in das entsprechenden Kommunikationsformat (je nach Datenrichtung) werden die Daten gemäß einer gesicherten Übertragung nach Vorgabe des ISO - Referenzmodells zur Schnittstellenbeschreibung wie folgt intern verarbeitet:
Before or after converting the data streams into the appropriate communication format (depending on the data direction), the data is processed internally according to a secure transmission in accordance with the ISO reference model for interface description as follows:
• Dritte Schnittstelle :• Third interface:
Die dritte Schnittstelle wird, parallel zu der sechsten Schnittstelle über den Systembus der Communikation Unit abgebildet.The third interface is mapped in parallel to the sixth interface via the system bus of the communication unit.
Die intelligente Schnittstelle dient der Kommunikationssteuerung zu einem Modul (z. B. SIM Karte) zur Erhöhung der inneren Funktionalität des Gesamtsystems.The intelligent interface is used to control communication with a module (e.g. SIM card) to increase the internal functionality of the overall system.
Gemäß der Funktionserweiterung erfolgt ein Datentransfer zwischen Communication Unit und Erweiterungsmodul, jedoch völlig unabhängig vom zeitlichen Veriauf der Datenströme über die weiteren Schnittstellen.According to the functional expansion, data is transferred between the communication unit and expansion module, however, completely independently of the temporal course of the data streams via the other interfaces.
ERSATZBLAΓT (REGEL 26)
Die Datenverkehr ist an das OSI Referenzmodell angelehnt.SPARE BLADE (RULE 26) The data traffic is based on the OSI reference model.
• Vierte Schnittstelle :Fourth interface:
Die vierte Schnittstelle dient zur Ausgabe von SchaltimpulsenThe fourth interface is used to output switching pulses
Zur Realisierung von Schalthandlungen erfüllen die Relays folgender Spezifikationen :To implement switching operations, the relays meet the following specifications:
• Spulendaten o Spulenendspannung U DC 24 V o Ansprechleistung P DC 54 mW
• Kontaktdaten o Kontaktbestückung = Schließer o Nennlast U = AC 250 V o Kontaktstrom I = 5 A o Schaltspannung, max. U = AC 270 V• Coil data o Final coil voltage U DC 24 V o Response power P DC 54 mW • Contact data o Contact configuration = make contact o Nominal load U = AC 250 V o Contact current I = 5 A o Switching voltage, max. U = AC 270 V
DC 125 VDC 125 V
• Fünfte Schnittstelle :Fifth interface:
Die fünfte Schnittstelle dient dem Einlesen von Impulsen aus impulsfähigenThe fifth interface is used to read pulses from pulse-capable
Messeinrichtungen.Measuring equipment.
Die Spezifikation dieser Schnittstelle richtet sich streng nach DIN 43864 „Stromschnittstelle für die Impulsübertragung zwischen Impulsgeberzähler und Tarifgerät" . Die Schnittstelle wird mit „SO" bezeichnet.The specification of this interface is strictly based on DIN 43864 "Current interface for the pulse transmission between the pulse counter and the tariff device". The interface is referred to as "SO".
Die Schnittstelle vier des Kommunikationstransmitters wird durch eine zweiadrige Leitung mit dem Impulsgeberzähler verbunden und versorgt den wie ein passiver elektrischer Zweipol arbeitenden Impulsgeber mit einer Gleichspannung.Interface four of the communication transmitter is connected to the pulse generator counter by a two-wire line and supplies the pulse generator, which works like a passive electrical two-pole system, with a DC voltage.
• Grenzbedingungen an der Schnittstelle :• Boundary conditions at the interface:
Maximale Spannung U = DC 27 VMaximum voltage U = DC 27 V.
Maximaler Strom I = DC 27 mAMaximum current I = DC 27 mA
Maximale Leitungsiänge I = 0,5 mMaximum cable length I = 0.5 m
Die Abhängigkeit des Stromverlaufes von der Zeit ist in Figur 3 dargestellt:The dependence of the current profile on time is shown in Figure 3:
ERSÄΓZBLAΓT (REGEL 26)
Sechste SchnittstelleERSÄΓZBLAΓT (RULE 26) Sixth interface
Die sechste Schnittstelle wird über den Systembus der Communication Unit abgebildet.The sixth interface is mapped via the communication unit's system bus.
An die sechste Schnittstelle ist ein, von dem System der Schnittstelle 1 unabhängigem Bussystem, einschließlich des entsprechenden Busmasters zur bidirektionalen Kommunikation mit Sensoren und Aktoren ankoppelbar. Ein paralleler Betrieb über Schnittstelle 1 und Schnittstelle 2 ist möglich. Die intelligente Schnittstelle kann den bidirektionalen Datenverkehr in Abhängigkeit der Communication Unit bearbeiten, jedoch zeitlich und datentechnisch unabhängig von dem Datenverkehr der weiteren Schnittstellen. Der Anschluss eines zweiten Bussystems kann entweder über dem des Bussystems eigenen Ubertragungsmedium oder mittels Lichtwellenleiter erfolgen, wobei die Umwandlung der elektrischen Signale in Lichtsignale, bzw. der Lichtsignale in elektrische SignaleA bus system that is independent of the system of interface 1, including the corresponding bus master, can be coupled to the sixth interface for bidirectional communication with sensors and actuators. Parallel operation via interface 1 and interface 2 is possible. The intelligent interface can process the bidirectional data traffic depending on the communication unit, however, in terms of time and data technology, it is independent of the data traffic of the other interfaces. The connection of a second bus system can take place either via the transmission medium specific to the bus system or by means of optical fibers, with the conversion of the electrical signals into light signals or the light signals into electrical signals
Bestandteil der logischen Einheit Bus Masters ist.Is part of the logical unit Bus Masters.
Vor bzw. nach Wandlung der Datenströme in das entsprechenden Busformat (je nach Datenrichtung) werden die Daten gemäß einer gesicherten Übertragung nach Vorgabe des OSI - Referenzmodells zur Schnittstellenbeschreibung wie folgt intern verarbeitet (die tatsächliche Belegung der einzelnen Schichten ist jedoch von der jeweiligen Buscharakteristik abhängig und wird im Rahmen des Protokollaufbaus gehandelt):Before or after converting the data streams into the corresponding bus format (depending on the data direction), the data is processed internally according to a secure transmission in accordance with the specification of the OSI reference model for the interface description as follows (the actual assignment of the individual layers depends on the respective bus characteristics and is traded as part of the protocol structure):
Der Zyklus des Datentransfers ist von dem Maximum durch das entsprechende Bussystem und im Minimum durch entsprechend Konfiguration vorgegeben.The cycle of the data transfer is predetermined by the maximum through the corresponding bus system and in the minimum by the corresponding configuration.
Weitere Erläuterungen :Further explanations:
Der Zyklus des Datentransfers von bzw. zu dem überlagerten System ist zyklisch konfigurierbar bzw. streng ereignisabhängig.The cycle of data transfer from or to the higher-level system can be configured cyclically or is strictly event-dependent.
Übersetzungseinheit • Bus MasterTranslation unit • Bus master
Der Bus Master (on Board) regelt die Funktionalität des für dieses System Standardisierten Bussystems: o Protokollgenerierung o Weiterleitung der Daten zu dem Zwischenspeicher Communication Controller o Transparenter Buszugriff o Konfigurierung Busteilnehmer
Zusätzlich zu diesen Funktionen erfolgt einer Plausibilisierung der über das Bussystem eingelesenen Daten auf Grundlage deskriptiver Statistik. Die Methoden der deskriptiven Statistik entsprechen standardisierten und allgemeingültigen Algorithmen (Analysis für Ingenieure; Fachbuchverlag Leipzig), welche jedoch auf das entsprechende Bussystem abgestimmt sind.The bus master (on board) regulates the functionality of the bus system standardized for this system: o Protocol generation o Forwarding of the data to the communication controller buffer o Transparent bus access o Configuration of bus users In addition to these functions, the data read in via the bus system is checked for plausibility based on descriptive statistics. The methods of descriptive statistics correspond to standardized and generally applicable algorithms (analysis for engineers; Fachbuchverlag Leipzig), which are, however, coordinated with the corresponding bus system.
• Communication Controller• Communication controller
Mittels des Communication Controllers wird die zweite Schnittstelle zu den externen Systemen (ISDN, GSM oder Kabelfernsehnetz) dargestellt.The second interface to the external systems (ISDN, GSM or cable television network) is displayed using the communication controller.
Die interne Funktionalität richtet sich nach den Subsystemen.The internal functionality depends on the subsystems.
Das Handling der Daten bzgl. Verbindungsauf und -abbau, sowie zur Generierung des verbindungsorientierten Pakettransfers wurde unter „zweite Schnittstelle" beschrieben. Der Communication Controller stellt z. B. den sogenannten Socket zur Verfügung.The handling of the data with regard to establishing and clearing the connection and for generating the connection-oriented packet transfer was described under "second interface". The communication controller provides, for example, the so-called socket.
• Modul zur Erweiterung der inneren Funktionalität des Systems• Module to expand the internal functionality of the system
Die Implementierung von Erweiterungen der inneren Systemfunktionalität erfolgt hardwaremäßig über die dritte Schnittstelle und wird realisiert mittels einer SIMThe implementation of extensions to the internal system functionality is implemented via the third interface and is implemented using a SIM
Steckkarte bzw. mittels einem Flash ROM. Die zusätzlichen Funktionalitäten werden im Folgen aufgelistet: o zusätzlicher Programmspeicher o zusätzlicher Datenspeicher o Implementierung eines private Key o Implementierung eines künstlichen neuronalen Netzes zur intelligenten und vorausschauenden Auswertung der Energiedaten o Implementierung weiterer statistischer Methoden zur intelligenten Auswertung der Energiedaten o Flüchtiger Speicher zur Ablage von KonfigurationsfilesPlug-in card or using a flash ROM. The additional functionalities are listed below: o Additional program memory o Additional data memory o Implementation of a private key o Implementation of an artificial neural network for intelligent and forward-looking evaluation of energy data o Implementation of further statistical methods for intelligent evaluation of energy data o Volatile memory for storing configuration files
ERSÄTZBLATT (REGEL 26)
• Communication Unit :REPLACEMENT BLADE (RULE 26) • Communication Unit:
Die Communication Unit teilt sich auf in die Bereiche Prozessor, interner Bus undThe Communication Unit is divided into the areas processor, internal bus and
Dual Port Memory (DPM). Auf Anforderung (peripherer Initiative, Direct Memory Access (DMA)) der ersten und der sechsten Schnittstelle werden Daten in den DPM geschrieben bzw. ausgelesen.Dual port memory (DPM). At the request (peripheral initiative, direct memory access (DMA)) of the first and the sixth interface, data is written or read into the DPM.
Durch intelligente Anordnung des internen Busses innerhalb des Multilayerboards werden Datentransferraten von mehreren Millionen Bytes pro Sekunde erreicht. DerThe intelligent arrangement of the internal bus within the multilayer board enables data transfer rates of several million bytes per second. The
DMA ist als Dual Port Memory ausgebildet, um einen gleichzeitigen Zugriff von zwei Schnittstellen auf den Speicher zu gewährleisten.DMA is designed as a dual port memory to ensure simultaneous access to the memory by two interfaces.
Der Dual Port Memory ist als FIFO (first in first out) realisiert, um immer die letzten aktuellen Datenbestände im System vorzuhalten.The dual port memory is implemented as a FIFO (first in first out) in order to always keep the latest data in the system.
Die Communication Unit realisiert die einzelnen Prozessabläufe mittels einesThe Communication Unit implements the individual process flows using a
Multitasking Real Time Betriebssystems. Die über das Bussystem bzw. über die Impulseingänge eingelesenen Energiedaten werden einschließlich des Datums und Uhrzeit der Erfassung in dem Dual PortMultitasking real time operating system. The energy data read in via the bus system or via the pulse inputs, including the date and time of acquisition in the dual port
Memory so lange gespeichert, bis die Daten von dem übergeordneten System abgerufen werden.Memory stored until the data is retrieved from the higher-level system.
Auf Grundlage des Betriebssystems werden die Auswertefunktionen mittels statistischer Methoden oder genetischer Algorithmen zur stochastischen Optimierung, Alarmfunktionen sowie Schalt- und Regelfunktionen implementiert.On the basis of the operating system, the evaluation functions are implemented using statistical methods or genetic algorithms for stochastic optimization, alarm functions as well as switching and control functions.
Wesentliche math. Funktionen werden im Folgenden aufgelistet: o Mittelwert nach VDEW (Verein deutscher Elektrizitäts Wirtschaft)Essential math. Functions are listed below: o Average according to VDEW (Association of the German Electricity Industry)
Zählerlastenheft o Integral o Differenzial o Konstante o Nat. Logarithmus
o Potenz zur Basis e o 10 er Logarithmus o Addition o Subtraktion o Multiplikation o Division o Quadrat o N - Potenz o Quadratwurzel o Trigonometrische Funktionen o Spezielle Wertezuweisungen o Alarmgenerierungen o und weitereMeter specification o Integral o Differential o Constant o Nat. logarithm o Power to the base eo 10 logarithm o Addition o Subtraction o Multiplication o Division o Square o N - Power o Square root o Trigonometric functions o Special value assignments o Alarm generation o and others
Die Berechnungen erfolgen wahlweise mit den jeweils eingelesenen Onlinedaten oder mit bereits abgespeicherten Daten unter Berücksichtigung der jeweiligen Zeitstempel. Die berechneten Daten werden identisch zum Zeitstempel der Rohdaten in den Dual Port Memory eingefügt.The calculations are carried out either with the online data read in or with data that has already been saved, taking into account the respective time stamp. The calculated data is inserted into the dual port memory in the same way as the time stamp of the raw data.
Die gespeicherten Daten können bei Bedarf von einem übergeordneten System abgerufen werden. Alle Kommunikationsfunktionen mit dem überlagerten System sind streng nach dem Master Slave Verfahren aufgebaut, wobei die Erfindung immer (auch im Alarmfalle) den Part des Slave übernimmt.The stored data can be called up from a higher-level system if required. All communication functions with the higher-level system are structured strictly according to the master-slave procedure, whereby the invention always takes over the part of the slave (even in the event of an alarm).
Gegenstand der Erfindung ist daher ebenfalls eine Vorrichtung zur automatischen Erfassung und bidirektionalen Übertragung von Daten, aufweisend eine erste, eine sechste und eine fünfte Schnittstelle für den Dateneingang, eine zweite Schnittstelle für den Datenausgang zu übergeordneten Systemen, eine vierte Schnittstelle zur Ansteuerung externer Systeme, eine dritte Schnittstelle zur Erweiterung derThe invention therefore also relates to a device for automatic acquisition and bidirectional transmission of data, comprising a first, a sixth and a fifth interface for data input, a second interface for data output to higher-level systems, a fourth interface for controlling external systems, a third interface to expand the
ERSÄTZBLATT (REGEL 26)
Systemfunktionen, sowie eine Übersetzungseinheit zur Bearbeitung der Daten, dadurch gekennzeichnet,REPLACEMENT BLADE (RULE 26) System functions, as well as a translation unit for processing the data, characterized in that
- dass durch die erste Schnittstelle ein erstes busfähiges System ankoppelbar ist, an das ein oder mehrere Endgeräte nach der jeweiligen Buscharakteristik anschließbar sind,that a first bus-compatible system can be coupled through the first interface, to which one or more terminal devices can be connected according to the respective bus characteristic,
- dass durch die sechste Schnittstelle ein weiterer Busmaster ankoppelbar ist, über den ein weiteres busfähiges System, an das ein oder mehrere Endgeräte nach der jeweiligen Buscharakteristik anschließbar sind,that a further bus master can be coupled through the sixth interface, via which another bus-capable system to which one or more terminal devices can be connected according to the respective bus characteristics,
- dass durch die dritte Schnittstelle ein System zur Erweiterung der inneren Funktionalität (z. B: SIM Karte), ankoppelbar ist,that a system for expanding the internal functionality (e.g. SIM card) can be coupled through the third interface,
- dass durch die fünfte Schnittstelle ein impulsfähiges System ankoppelbar ist, an das ein oder mehrere Endgeräte zur Impuiserfassung anschließbar sind,that a pulse-capable system can be coupled through the fifth interface, to which one or more terminals for pulse detection can be connected,
- dass durch die vierte Schnittstelle ein via Relais ansteuerbares System ankoppelbar ist, an das ein oder mehrere Endgeräte anschließbar sind, - dass die zweite Schnittstelle eine Schnittstelle zum ISDN-Telefonnetz oder zum- That the fourth interface can be used to connect a system which can be controlled via a relay and to which one or more terminal devices can be connected, - That the second interface is an interface to the ISDN telephone network or to
Kabelfernsehnetz oder zur Satelitenübertragung oder zu Wide Area Network (WAN) ist undCable television network or for satellite transmission or to Wide Area Network (WAN) is and
- dass die intelligente Übersetzungseinheit aus einem oder mehreren individuell programmierbaren Prozessoren besteht, welche die hardwaremäßig realisierten oder logischen Module Busmaster 1 , Communication Unit, Communication- That the intelligent translation unit consists of one or more individually programmable processors, which the hardware-implemented or logical modules Busmaster 1, Communication Unit, Communication
Controller und Dual Port Memory, abbildet , die so verschaltet und programmiert sind, dass die Übersetzungseinheit eine Datenkommunikation über die zweite Schnittstelle erkennen kann und eine Datenanfrage über eine oder mehrere Schnittstellen an ein angekoppeltes System zur Weiterleitung an das oder jedes Endgerät senden kann und eine Datenantwort von dem oder jedem Endgerät über das angekoppelte System lesen, bearbeiten und an die zweite Schnittstelle weitergeben kann.Controller and dual port memory, which are connected and programmed in such a way that the translation unit can recognize data communication via the second interface and can send a data request via one or more interfaces to a coupled system for forwarding to the or each terminal device and a data response read from the or each terminal device via the connected system, edit it and pass it on to the second interface.
- Die Daten werden in der Übersetzungseinheit vorverarbeitet und mittels statistischen Methoden lokal analysiert und ausgewertet. Des weiteren können aus der Auswertung heraus Schalthandlungen über die Schnittstelle 2.4 initiiert- The data are preprocessed in the translation unit and locally analyzed and evaluated using statistical methods. Furthermore, switching operations can be initiated via the interface 2.4 from the evaluation
ERSÄTZBLATT (REGEL 26)
werden, als auch Alarmmeidungen in einen Alarmspeicher geschrieben oder an einen Alarmserver 7 übermittelt werden.REPLACEMENT BLADE (RULE 26) are, as well as alarm messages written in an alarm memory or transmitted to an alarm server 7.
Die Erfindung bietet folgende Vorteile:The invention offers the following advantages:
Durch die automatische Ablesung aller relevanter Daten, realisiert über eine ISDN Kopplung, entfällt die manuelle Vorort Ablesung durch einen Mitarbeiter des Energieversorgers oder den Endverbraucher. Femer besteht für den Verbraucher die Möglichkeit zu jedem Zeitpunkt seine Verbrauchsdaten über einen Rechner und Internet einzusehen und z. B. mit Vergangenheitswerten zu vergleichen. DieDue to the automatic reading of all relevant data, implemented via an ISDN connection, manual on-site reading by an employee of the energy supplier or the end user is no longer necessary. Furthermore, there is the possibility for the consumer to view his consumption data at any time via a computer and the Internet and, for. B. to compare with past values. The
Ausleseeinheit zeichnet sich zudem dadurch aus, dass für die Auslesung der Daten keine eigene Telefonleitung (Rufnummer) benötigt wird, sondern eine bereits bestehender ISDN - Anschluss mitbenutzt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit Vorteil zur Übertragung der Daten über moderne Kommunikationsnetze, insbesondere über das Kabelfernsehnetz oder zurThe readout unit is also characterized by the fact that no separate telephone line (phone number) is required for reading out the data, but that an existing ISDN connection can be used. The device according to the invention can advantageously be used to transmit the data via modern communication networks, in particular via the cable television network or
Satellitenübertragung, verwendet werden. Für den Anschluss an das Kabelfernsehnetz und zur Satellitenübertragung eignet sich als zweite Schnittstelle z. B. eine sogenannte Set-Top-Box.Satellite transmission. For the connection to the cable television network and for satellite transmission is suitable as a second interface z. B. a so-called set-top box.
Die neue Anordnung ermöglicht es, Zählerstände zeitnah und kostengünstig über einThe new arrangement enables meter readings to be promptly and inexpensively
ISDN-Netz, ohne Schaltung einer eigenen Rufnummer oder einer Standleitung, auszulesen.ISDN network can be read out without switching an own number or a dedicated line.
Die Ausieseeinheit kann unterschiedliche Daten (Gas-, Wasser-, Stromverbräuche) flexibel, automatisch und zeitnah erfassen, umsetzen und weiterleiten. Durch dieThe metering unit can record, implement and forward various data (gas, water, electricity consumption) flexibly, automatically and promptly. Through the
Benutzung der vorhandenen Infrastruktur ist eine geringe Verkabelung, leichte Zugänglichkeit und hohe Verfügbarkeit gewährleistet.Using the existing infrastructure, low cabling, easy accessibility and high availability are guaranteed.
Diese Art der bidirektionalen Kommunikation ermöglicht völlig neue Perspektiven in der Energie- und Prozessplanung, sowohl für den Endverbraucher, als auch für dasThis type of bidirectional communication enables completely new perspectives in energy and process planning, both for the end user and for that
EVU (schnelle und transparente Bearbeitung, Femwartung, Überwachung und Leckagenortung, Last- und zeitabhängige Abrechnungsverfahren, Laststeuerung, zeitgerichtete Verbrauchsermittlung im liberaiisierten Energiemarkt etc.)EVU (fast and transparent processing, remote maintenance, monitoring and leak detection, load and time-dependent billing procedures, load control, timely consumption determination in the liberalized energy market etc.)
ERSÄTZBLÄΓT (REGEL 26)
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausgestaltungsbeispiele näher beschrieben.ERSÄTZBLÄΓT (RULE 26) The device according to the invention is described in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 2.
Die Erfindung besteht im Beispiel aus einem Kommunikationstransmitter 1 zur zeitnahen, automatischen Erfassung und Übertragung von Daten, geeignet für private Endkunden, kommunale und mittelständische Betriebe.In the example, the invention consists of a communication transmitter 1 for prompt, automatic acquisition and transmission of data, suitable for private end customers, municipal and medium-sized businesses.
Das Gesamtsystem besteht aus:The overall system consists of:
• den Energieerfassungsgeräten 4.0 • dem Kommunikationstransmitter 1.0• the energy recording devices 4.0 • the communication transmitter 1.0
• dem ISDN Telefonnetz 5.0• the ISDN telephone network 5.0
• dem Erfassungsserver 6The acquisition server 6
• dem Alarmserver 7• the alarm server 7
• den Web Server 8 • dem User bezogenen Visualisierungsrechner 10• the web server 8 • the visualization computer 10 related to the user
Der Kommunikationstransmitter 1 wird beim Verbraucher, dies kann ein Energieverbraucher sein, an die vorhandene Infrastruktur angeschlossen. Die Infrastruktur kann aus verschiedenen Endgeräten 4, im einzelnen können das Gas-, Wasser-, und/oder Stromzähler sein und dem ISDN-Telefonnetz 5 bestehen. DieThe communication transmitter 1 is connected to the existing infrastructure at the consumer, which can be an energy consumer. The infrastructure can consist of various end devices 4, in particular the gas, water and / or electricity meter and the ISDN telephone network 5. The
Energieverbraucher (z. B. Haushalte) können hierzu mit Gas- , Wasser- und/oder Stromzählern mit integriertem Bus, (z. B. M - oder LON - Bus) oder Impulsausgängen sein, ausgerüstet werden. Die Endgeräte 4 werden über eine Bus- Leitung mit der eingangsseitigen ersten Schnittstelle 2.1 des Kommunikationstransmitters 1 verbunden. Ausgangsseitig ist derFor this purpose, energy consumers (e.g. households) can be equipped with gas, water and / or electricity meters with an integrated bus (e.g. M or LON bus) or pulse outputs. The terminals 4 are connected via a bus line to the input-side first interface 2.1 of the communication transmitter 1. The output side is the
Kommunikationstransmitter 1 über eine Standard - Leitung über die zweite Schnittstelle 2.2 mit dem ISDN-Netz 5 verbunden. Für die Bearbeitung der eingehenden Signale und deren Umsetzung ist eine Übersetzungseinheit 2 vorgesehen, die mit der Eingangsschnittstellen 2.1 und optional 2.6 und 2.5 und der Ausgangsschnittstelle 2.2 verbunden ist. Die Übersetzungseinheit 2 hat dieCommunication transmitter 1 connected to the ISDN network 5 via a standard line via the second interface 2.2. A translation unit 2 is provided for the processing of the incoming signals and their implementation, which is connected to the input interfaces 2.1 and optionally 2.6 and 2.5 and the output interface 2.2. The translation unit 2 has the
ERSÄTZBLATT (REGEL 26)
Aufgaben der Signalpegelumsetzung, der bidirektionalen Umsetzung verschiedener Protokollarten (kann M-Bus auf S0-Bus (ISDN) sein), sowie der Interpretation der bidirektional ankommenden Protokolle, mit dem Ziel die für den Kommunikationstransmitter 1 bestimmte Information herauszufiltern und weiterzuleiten. Diese Aufgaben können durch einen programmierbaren Prozessor oder mehreren gekoppelte Prozessoren 3.1 , 3.2, 3.3 und 3.4 realisiert werden. Hierbei kann eine Aufteilung erfolgen in den Bus Master 3.1 , realisiert mit einem Zilog oder Hitachi Baustein, die Communication Unit 3.2, realisiert mit einem N586L oder Hitachi Baustein und einem ISDN-Controller 3.3, realisiert mit Max240 oder Siemens Baustein, sowie einem Dual Port Memory, realisiert mit einem Hitachi oderREPLACEMENT BLADE (RULE 26) Tasks of signal level conversion, the bidirectional conversion of different protocol types (can be M-Bus to S 0 bus (ISDN)), as well as the interpretation of the bidirectionally arriving protocols, with the aim of filtering out and forwarding the information intended for the communication transmitter 1. These tasks can be realized by a programmable processor or several coupled processors 3.1, 3.2, 3.3 and 3.4. This can be divided into the bus master 3.1, implemented with a Zilog or Hitachi module, the communication unit 3.2, implemented with a N586L or Hitachi module and an ISDN controller 3.3, implemented with Max240 or Siemens module, as well as a dual port memory , realized with a Hitachi or
Texas Instrument Baustein.Texas instrument building block.
An den Kommunikationstransmitter 1 können gleichzeitig unterschiedliche Endgeräte 4 parallel über eine Bus-Leitung an die eingangsseitige Schnittstelle 2.1 , sowie Endgeräte zur impuiserfassung an die eingangsseitige Schnittstelle 2.5, sowieAt the same time, different terminals 4 can be connected to the communication transmitter 1 in parallel via a bus line to the input-side interface 2.1, as well as terminals for pulse detection to the input-side interface 2.5, and
Endgeräte an den über die Schnittstelle 2.6 angebrachten optionalen Busmaster 2, sowie an der Schnittstelle 2.4 ausgangsseitig angebrachten Endgeräte zur Auslösung von Schalthandlungen angeschlossen werden. Die Daten werden in der Übersetzungseinheit vorverarbeitet und mittels statistischen Methoden lokal analysiert und ausgewertet. Des weiteren können aus derTerminal devices can be connected to the optional bus master 2 attached via the interface 2.6, as well as to the terminal devices attached on the output 2.4 to trigger switching operations. The data is preprocessed in the translation unit and locally analyzed and evaluated using statistical methods. Furthermore, from the
Auswertung heraus Schalthandlungen über die Schnittstelle 2.4 initiiert werden, als auch Alarmmeldungen in einen Alarmspeicher geschrieben oder an einen Alarmserver 7 übermittelt werden. Die vorverarbeiteten und aufbereitete Daten können zeitnah automatisch über den ISDN-Anschluss ausgelesen und auf einem zentralen Rechner 6 archiviert und über weitere Tools ausgewertet (Kostenstellenzuordnung, Rechnungslegung, Verbrauchsprofilerstellung, Generierung weiterer individueller Schalt- und Regeihandlungen, statistische Abweichungsbetrachtungen usw.) werden. Die Visualisierung der userbezogenen Daten erfolgt auf einem internetfähigem Rechner des Users 10 mittels einen Standard Internet Browser (z. B. NetscapeEvaluation switching operations can be initiated via the interface 2.4, as well as alarm messages are written to an alarm memory or transmitted to an alarm server 7. The preprocessed and processed data can be automatically read out via the ISDN connection in a timely manner and archived on a central computer 6 and evaluated using other tools (cost center allocation, billing, consumption profile creation, generation of further individual switching and control actions, statistical deviation considerations, etc.). The visualization of the user-related data takes place on an internet-capable computer of the user 10 by means of a standard internet browser (e.g. Netscape
Navigator oder MS Internet Explorer) über sogenannte Web Sites. Üblicherweise wählt sich der Enduser über eine Telefonverbindung 5 (ISDN oder analog) in ein
internetfähiges Netzwerk 9 ein und erhält somit Zugriff über einen Web Server 8 seine userbezogenen Daten auf dem Erfassungsserver 6. Über eine eindeutige Authentifizierung des Users auf dem Web Server, sowie einer weiteren Authentifizierung zum Einlesen der userbezogenen Daten und einer Datenübertragung über sogenannte https Web Sites ist ein Schutz der Daten vor unberechtigtem Zugriff sichergestellt.Navigator or MS Internet Explorer) via so-called web sites. The end user usually dials in via a telephone connection 5 (ISDN or analog) Internet-enabled network 9 and thus receives access via a web server 8 its user-related data on the acquisition server 6. Via a clear authentication of the user on the web server, as well as a further authentication for reading in the user-related data and a data transmission via so-called https web sites protection of data against unauthorized access is ensured.
ERSÄTZBLATT (REGEL 26)
REPLACEMENT BLADE (RULE 26)