用于以太網(wǎng)的具有切換功能的單元的制作方法
【專利摘要】用于以太網(wǎng)的切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)具有：以太網(wǎng)的多個有源元件(32)，所述有源元件借助于切換功能單元(34)組合為一個功能單元；和至少三個相互獨(dú)立的用于給所述有源元件(32)供電的電源(40、41、42)，其中，所述至少三個電源(40、41、42)中的第一個電源構(gòu)成為切換功能單元(34)的本地電源(40)，所述至少三個電源(40、41、42)中的第二個電源構(gòu)成為經(jīng)由切換功能單元(34)的以太網(wǎng)(42)的第一外來電源，而所述至少三個電源中的第三個電源構(gòu)成為經(jīng)由切換功能單元(34)的以太網(wǎng)(41)的第二外來電源。
【專利說明】用于以太網(wǎng)的具有切換功能的單元
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于以太網(wǎng)的具有切換功能的單元，并且特別是涉及一種包括多個具有切換功能的有源元件的單元，該單元用于具有長的空間延展的基于以太網(wǎng)的并且高度可用的網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0002]也稱為實(shí)時以太網(wǎng)的工業(yè)以太網(wǎng)是用于追求使以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)可用于在工業(yè)環(huán)境中、例如在工業(yè)制造中應(yīng)用的儀器的聯(lián)網(wǎng)的概念。
[0003]在這樣的環(huán)境中，一般可以將多個相互通信并且交換數(shù)據(jù)的儀器相互聯(lián)網(wǎng)。特別是在此通常必須將控制儀器相互連接，終端設(shè)備或通信參與者又可連接到這些控制儀器上。經(jīng)常地為此將多個具有控制功能(控制儀器)的網(wǎng)絡(luò)儀器共同連接在一個環(huán)形拓?fù)渲?，并且終端設(shè)備或通信參與者又與相應(yīng)的控制儀器連接。
[0004]在環(huán)形拓?fù)涞那闆r下，冗余已經(jīng)由其基本的功能方式產(chǎn)生，根據(jù)此(簡言之)數(shù)據(jù)包或所謂的幀或令牌沿著環(huán)移動并且首先在環(huán)的每個節(jié)點(diǎn)處停止。假如一個節(jié)點(diǎn)想要傳輸數(shù)據(jù)，則該節(jié)點(diǎn)給數(shù)據(jù)包添加目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)地址以及數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包隨后繼續(xù)繞該環(huán)循環(huán)，尋求目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。如果找到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，那么將相應(yīng)的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)包交出，并且如所述那樣繼續(xù)該循環(huán)周期。
[0005]在環(huán)單重中斷的情況下，例如由于布線中的故障，數(shù)據(jù)包也可以沿反方向通過所述環(huán)并且由此還總是到達(dá)所有的環(huán)節(jié)點(diǎn)。雙環(huán)結(jié)構(gòu)對此進(jìn)一步保護(hù)，其方式是可以利用雙環(huán)的至少一部分作為單重環(huán)的中斷的部段的橋接，或者雙環(huán)的每個環(huán)可以具有中斷，而總體上不中斷網(wǎng)絡(luò)。
[0006]在一個這樣的網(wǎng)絡(luò)中主要的注意力在于借助于該網(wǎng)絡(luò)有待實(shí)現(xiàn)的可用性。此外，隨著越來越多待相互聯(lián)網(wǎng)的元件而上升的復(fù)雜度要求越來越高的帶寬和/或比特率。
[0007]用于在空間上分布的設(shè)備或可耦聯(lián)的車輛的控制儀器的制造者、例如軌道車輛或用于軌道車輛的系統(tǒng)的制造者在增多數(shù)量的待聯(lián)網(wǎng)的儀器或控制儀器和/或變長的電纜長度的情況下觸及到至今使用的總線系統(tǒng)的極限，該極限在例如對于各個網(wǎng)絡(luò)參與者不再足夠的帶寬和/或網(wǎng)絡(luò)的要求的高可用性的實(shí)現(xiàn)中表現(xiàn)出來。
[0008]圖1簡化地示出了軌道車輛的示例性的組合體，該組合體也稱為編組，包括在兩個端部上的各一個驅(qū)動車2例如機(jī)車以及在驅(qū)動車2之間的多個車廂或車皮4。電纜長度L的總線或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)6延伸通過整個的耦聯(lián)的軌道車輛組合體，該總線或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括參與者8例如至少一個在驅(qū)動車2的至少之一內(nèi)的控制儀器以及在車廂4中的至少之一內(nèi)的至少一個另外的網(wǎng)絡(luò)參與者例如另一控制儀器、通信參與者和/或終端設(shè)備。
[0009]簡言之，至今的通常基于總線結(jié)構(gòu)例如CAN的聯(lián)網(wǎng)形式的帶寬問題導(dǎo)致在沖突情況下通常必須考慮在總線上的運(yùn)行時間。因?yàn)橹挥性谶\(yùn)行時間過去之后才可以在評價裝置、例如具有主機(jī)功能的位置或用于仲裁或沖突解決的機(jī)構(gòu)上決定例如網(wǎng)絡(luò)部段或網(wǎng)絡(luò)儀器的正常工作或故障。如果總線由于更大的聯(lián)網(wǎng)長度變得更長，例如通過由于更大量的網(wǎng)絡(luò)儀器而要供給的更大范圍和/或通過變大的電纜或聯(lián)網(wǎng)長度決定地，如其可能例如在軌道車輛組合體中由于各個車廂耦聯(lián)成長列車而出現(xiàn)的那樣，那么可用的數(shù)據(jù)傳輸率或比特率由于變得更長的運(yùn)行時間而下降。增多數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)參與者一它們附加地生成數(shù)據(jù)傳輸率一進(jìn)一步加劇了對于網(wǎng)絡(luò)參與者可用的數(shù)據(jù)傳輸率的降低。
[0010]根據(jù)圖1，在假定車廂4的長度為25米和例如16輛車耦聯(lián)、也就是說列車長度為大約400米的情況下，總線或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的電纜長度L包括敷設(shè)余量在內(nèi)由例如適合的或需要的布線或安全因素、由總的軌道車輛組合體決定地可以毫無問題地達(dá)到800米。
[0011]迄今為止的總線系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、例如04“控制器局域網(wǎng)絡(luò))、？1'0打13118、1^8(多功能車輛總線)和類似技術(shù)在這樣的電纜長度時可能不再保障需要的帶寬，并且因此在必要時必須被分區(qū)并且設(shè)計(jì)成具有用于連接各分區(qū)的附加的等級架構(gòu)。由此可以在必要時保持必要的數(shù)據(jù)傳輸率。但是，由于附加的耗費(fèi)和又與之相關(guān)的更高的故障概率，網(wǎng)絡(luò)的可用性不期望地下降。
[0012]而基于以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)因其寬的分布和經(jīng)濟(jì)的可用性、從原則上可能的數(shù)據(jù)傳輸率的角度是適合的，還提供改善的功能，并且此外可以成本經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)。
[0013]實(shí)時能力在這樣的以太網(wǎng)中可借助于所謂的被切換的以太網(wǎng)或工業(yè)以太網(wǎng)或者說開關(guān)的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。為了避免沖突，在此所有網(wǎng)絡(luò)元件以點(diǎn)對點(diǎn)的方式連接。
[0014]然而以太網(wǎng)通常受到將100米的電纜長度作為元件間的最大可能的間距的限制并且由此僅僅有條件地適合作為總線系統(tǒng)。電纜長度為100米以上的網(wǎng)絡(luò)通常必須借助于中間連接的用于連接局域 網(wǎng)中的多個網(wǎng)絡(luò)參與者或網(wǎng)絡(luò)分區(qū)的電子轉(zhuǎn)換儀器、所謂的開關(guān)或開關(guān)集線器以具有切換功能的有源的(切換或轉(zhuǎn)換)元件建立。但是作為以太網(wǎng)相對于沒有有源元件的經(jīng)典總線系統(tǒng)的缺點(diǎn)，一個有源元件的失靈中斷通信連接。有源元件如開關(guān)和類似物以及其基本的功能方式充分已知，從而在這此處不再贅述。
[0015]圖2簡化地示出了用于在軌道車輛中例如在列車中應(yīng)用的基本的以太網(wǎng)示例拓?fù)?。在此，所謂的基于列車的網(wǎng)絡(luò)ZBN通常延伸通過軌道車輛組合體。環(huán)形線路是與基于列車的網(wǎng)絡(luò)ZBN耦聯(lián)的并且包含多個有源元件SK。在各個有源元件SK上例如以星形拓?fù)溆诌B接有多個終端設(shè)備例如元件、制動器、門、空調(diào)設(shè)備、廁所裝置、架空線路集電器以及類似物。
[0016]如果現(xiàn)在基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)在例如一個鐵路列車、亦即由多輛相互耦聯(lián)的軌道車組成的組合體或編組中代替迄今為止的總線系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，那么出發(fā)點(diǎn)可以是，軌道車輛組合體的每個車廂如此構(gòu)造，使得每個車廂可耦聯(lián)在組合體中的每個任意的位置處(亦即已經(jīng)基于受限的電纜長度而不必注意，在組合體中的哪個位置處可以或必須耦聯(lián)一個車廂，以便產(chǎn)生可控的整個系統(tǒng))。因此，例如在一個組合體的每個一那么“獨(dú)立的”一車廂中分別存在至少一個有源(開關(guān))元件和至少一個通信參與者，所述至少一個有源元件和至少一個通信參與者供給和控制相應(yīng)車廂的相應(yīng)的(子)設(shè)備和系統(tǒng)，例如制動系統(tǒng)、空調(diào)設(shè)備、通信和顯示或娛樂系統(tǒng)和類似物。換言之因此確保，在軌道車輛組合體的各個車廂的任意組裝中不超越在基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中為100米的最大分區(qū)電纜長度。應(yīng)該說明，車廂也可以沒有通信參與者地存在。在這種情況下，有源元件可以作為所謂的中繼器工作。
[0017]不過，在軌道車輛組合體的運(yùn)行中可能出現(xiàn)如下的運(yùn)行情況，在所述運(yùn)行情況下至少短時間地不能確保各個車廂的供電。這樣的運(yùn)行情況是例如在兩個車廂之間經(jīng)由插拔連接器或離合器引導(dǎo)的供電線上出現(xiàn)的中斷或接觸故障或者架空線路的集電裝置的故障。在這樣的情況下，整個供電包括車廂的有源元件在內(nèi)并由此還有其系統(tǒng)例如行車制動器的控制可能至少短時是有故障的或甚至持續(xù)更長時間地崩潰。
[0018]特別是在用于具有對于安全重要的功能的敏感設(shè)備和系統(tǒng)例如在軌道車輛中的制動器和門的網(wǎng)絡(luò)中，這是不可忍受的，并且因此要求高的可用性。
[0019]一種用于成本經(jīng)濟(jì)地至少給參與以太網(wǎng)的儀器和裝置供以電能或功率的方案是稱為以太網(wǎng)供電(PoE)的技術(shù)，在該技術(shù)中，以太網(wǎng)的(信號)線也可以引導(dǎo)用于連接的以太網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行電壓并且將功率提供給這些以太網(wǎng)儀器。通常，在此以太網(wǎng)終端設(shè)備由具有單向供電方向(也就是說從有源元件向終端設(shè)備)的有源元件供電。以太網(wǎng)供電自身在語言慣用法中導(dǎo)入、標(biāo)準(zhǔn)化并且同樣是已知的，從而在此不再贅述。
[0020]由于以太網(wǎng)供電的單向性，如上所述從有源元件向終端設(shè)備沒有其他自身的或者局部的供電連接，以及由于在利用以太網(wǎng)供電的情況下在終端設(shè)備自身上取消自身供電的常見優(yōu)點(diǎn)，以太網(wǎng)供電單獨(dú)地還不是適合的用以確保有源元件的防失靈的供電或其切換功能的措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，成本經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)一種單元，該單元具有用于高度可用的基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)的切換功能，具有改善的防失靈性并且同時具有在網(wǎng)絡(luò)延展長的情況下高的帶寬。
[0022]此外，本發(fā)明一般地應(yīng)該在工業(yè)設(shè)備的分布式網(wǎng)絡(luò)中以及在耦聯(lián)的車輛的組合體例如軌道車輛的組合體中是可應(yīng)用的。
[0023]按照本發(fā)明，該任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征解決。本發(fā)明有利的進(jìn)一步改進(jìn)方案是所附從屬權(quán)利要求的技術(shù)方案。
[0024]本發(fā)明的總構(gòu)思在于，分別給在各以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)的最大允許的電纜長度之內(nèi)交互供電的有源元件設(shè)置切換功能。多個這樣的有源元件統(tǒng)一為一個具有切換功能的功能單元或者說切換功能單元。每個這樣的單元由三個相互獨(dú)立的電源供電，其中這三個相互獨(dú)立的電源分別在需要的范圍中操作單元的有源元件。這三個獨(dú)立的電源涉及相應(yīng)單元的各一個本地電源或自身電源，涉及經(jīng)由來自以太網(wǎng)的第一方向的信號線的單向的第一以太網(wǎng)供電電源(來自相鄰的第一單元)，和涉及經(jīng)由來自以太網(wǎng)的第二方向的信號線的單向的第二以太網(wǎng)供電電源(來自相鄰的第二單元)。換言之，切換功能單元并且由此還有其有源元件分別具有本地電源，并且可以附加地從兩個不同的方向分別單向地并且由此通過一個總體上交互的雙向的供給經(jīng)由以太網(wǎng)供電來饋給。即使一個切換功能單元的直至兩個電源失靈，其內(nèi)部的有源元件由此仍不會停止運(yùn)行，并且由此在以太網(wǎng)上仍不存在通信限制。由此極大地改善和提高以太網(wǎng)的可用性。
[0025]按照該總的構(gòu)思，本發(fā)明在具有大或長的空間延展的任意工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中是可用的，在所述工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中要求高帶寬和高度可用性。
[0026]本發(fā)明的基本優(yōu)點(diǎn)在此在于可能的大的空間延展、同時高的帶寬、相對于已知拓?fù)涞偷某杀?、由于?jīng)由信號線實(shí)現(xiàn)的冗余供電而降低的布線耗費(fèi)、以及盡可能少量的網(wǎng)絡(luò)元件。[0027]該任務(wù)由此通過一種具有切換功能的單元或用于以太網(wǎng)的切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)解決，其特征在于:以太網(wǎng)的多個有源元件，所述有源元件借助于切換功能單元組合為一個功能單元；以及至少三個相互獨(dú)立的用于給所述有源元件供電的電源，其中，所述至少三個電源中的第一個電源構(gòu)成為切換功能單元的本地電源，所述至少三個電源中的第二個電源構(gòu)成為通過切換功能單元的以太網(wǎng)的第一外來電源，而所述至少三個電源中的第三個電源構(gòu)成為通過切換功能單元的以太網(wǎng)的第二外來電源。
[0028]優(yōu)選地，所述切換功能單元具有至少四個以太網(wǎng)端口作為接口，所述至少四個以太網(wǎng)端口中的至少兩個以太網(wǎng)端口能夠向切換功能單元之外提供以太網(wǎng)供電作為外來功率，而所述至少四個以太網(wǎng)端口中的至少兩個以太網(wǎng)端口能夠從切換功能單元之外接收以太網(wǎng)供電作為外來功率。 [0029]由此，切換功能單元有利地在正常運(yùn)行下由本地電源供電，而在本地電源的故障情況下由第一和第二外來電源中的至少之一供以以太網(wǎng)供電。
[0030]由此，如果通過例如架空線路實(shí)現(xiàn)的切換功能單元的本地主電源或自身電源具有故障并且不能提供對于以太網(wǎng)元件的運(yùn)行及其通信必要的功率，那么有利地提供備選的電源可用，借助于所述備選的電源的電能即使在故障情況下也可以至少維持以太網(wǎng)上的通?目。
[0031]在此，所述切換功能單元可以經(jīng)由第一以太網(wǎng)線由相鄰的第一切換功能單元的第一有源元件供以以太網(wǎng)供電；所述切換功能單元可以經(jīng)由第二以太網(wǎng)線由相鄰的第二切換功能單元的第二有源元件供以以太網(wǎng)供電；以及可以通過相鄰的第一和第二切換功能單元的第一和第二有源元件為切換功能單元的所有有源元件提供供電。
[0032]第一和第二外來電源因此經(jīng)由以太網(wǎng)在切換功能單元上借助于通過以太網(wǎng)信號線的以太網(wǎng)供電形成切換功能單元的交互的雙向供電。
[0033]由此格外有利地通過本就存在的以太網(wǎng)布線為整個切換功能單元連同其中組合的切換元件以及為由這些切換元件供電的終端設(shè)備提供方向無關(guān)的交互雙向的供電。
[0034]在優(yōu)選在電纜通道中和作為電纜束引導(dǎo)的布線中優(yōu)選的是，切換功能單元的所述多個有源元件中的至少一部分容納在切換功能單元的一個共同的殼體中。
[0035]由此實(shí)現(xiàn)了具有最小可能的耗費(fèi)和材料應(yīng)用以及盡可能最好的成本設(shè)計(jì)的其余優(yōu)點(diǎn)。
[0036]在特別的空間條件下或者例如對于現(xiàn)有布線、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備或系統(tǒng)的改造有利的可以是，切換功能單元的所述多個有源元件中的至少一部分在切換功能單元的周圍環(huán)境中分布地設(shè)置并且通過至少共同的供電線路統(tǒng)一為切換功能單元。對于提出的解決方案的功能方式不必強(qiáng)制將各個元件安置在一個唯一的殼體中。
[0037]用于切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)的一個特別的優(yōu)點(diǎn)在于，借助于切換功能單元的有源元件分別能給至少一個以太網(wǎng)終端設(shè)備供給以太網(wǎng)供電，其中，有源元件在正常運(yùn)行下由本地電源獲得用于所述至少一個終端設(shè)備的以太網(wǎng)供電，并且在本地電源的故障情況下由第一和第二外來電源中的至少之一經(jīng)由以太網(wǎng)為所述至少一個終端設(shè)備獲得以太網(wǎng)供電。
[0038]由此對于故障情況也直接確保終端設(shè)備的供電，并且然后也不需要設(shè)定用于終端設(shè)備的另外的措施或耗費(fèi)。[0039]用于切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)的另一特別的優(yōu)點(diǎn)在于，所述切換功能單元的每個有源元件具有一個獨(dú)立于相應(yīng)其他有源元件的用于以太網(wǎng)供電的電源，這些電源向外對于相鄰的切換功能單元構(gòu)成切換功能單元的一個交互的并且雙向的外來電源；以及在至少一個相鄰的切換功能單元的本地電源的故障情況下，所述切換功能單元借助于以太網(wǎng)供電給所述至少一個相鄰的切換功能單元供電。
[0040]換言之，一個切換功能單元有利地同時不僅是可能的外來功率接收器(對于在自身位置上的故障情況)、而且是外來功率發(fā)出器(對于其他位置的故障情況)，方式是:單元的有源元件，至少具有開關(guān)或切換功能的有源元件，由自身的本地電源經(jīng)由以太網(wǎng)供電在需要的情況下給其他切換單元提供功率。由此，優(yōu)選地有源元件分別是具有切換功能的有源以太網(wǎng)-開關(guān)-元件。
[0041]特別是當(dāng)以太網(wǎng)具有直線拓?fù)?、至少部分單重環(huán)形拓?fù)浠蛑辽俨糠蛛p環(huán)形拓?fù)?，以及至少一個以太網(wǎng)終端設(shè)備在星形拓?fù)渲锌蛇B接到有源元件中的構(gòu)成為有源開關(guān)的至少一個有源元件上和/或經(jīng)由該有源元件可通過以太網(wǎng)供電進(jìn)行供給時，便是有利的。
[0042]基于在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦B接可能性方面的廣泛散布的可應(yīng)用性和自由度，提出的解決方案有利地不僅可應(yīng)用于幾乎任意長度的車輛組合體和任意數(shù)量的單元的車輛組合體中，而且可應(yīng)用于具有高度可用性要求的在空間上廣泛分布的固定安裝的網(wǎng)絡(luò)中。
[0043]例如用于切換單元的配置結(jié)構(gòu)可以以模塊結(jié)構(gòu)方式構(gòu)成并且例如出于安全目的、延展目的和/或改造的目的在戰(zhàn)略上和/或成預(yù)定間隔分別帶有自身的本地電源地設(shè)置。
[0044]在這種情況下，可以有利地構(gòu)造一種具有多個用于切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)或模塊的實(shí)時以太網(wǎng)，其中，切換功能單元在以太網(wǎng)中如此依次地設(shè)置，使得至少兩個彼此相鄰的切換功能單元的本地電源的故障情況從與所述至少兩個彼此相鄰的切換功能單元又相鄰的切換功能單元通過以太網(wǎng)供電是可橋接的，所述又相鄰的切換功能單元的本地電源無故障或者說無故障地工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]以下根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明。其中:
[0046]圖1示出具有電纜長度L的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的例如軌道車輛的例如車輛組合體的簡化視圖；
[0047]圖2示出在根據(jù)圖1的車輛組合體中以太網(wǎng)應(yīng)用的簡化視圖；
[0048]圖3示出按照一個實(shí)施例的在一個以太網(wǎng)拓?fù)渲星袚Q功能單元的配置結(jié)構(gòu)和供電的簡化原理圖；以及
[0049]圖4示出用于闡明在一個具有以太網(wǎng)拓?fù)浜驮谄渲性O(shè)置的按照本實(shí)施例的切換功能單元的車輛組合體中的故障行為的簡化視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]圖3示出按照一個實(shí)施例的在一個以太網(wǎng)拓?fù)渲星袚Q功能單元的配置結(jié)構(gòu)和供電的簡化原理圖。該以太網(wǎng)拓?fù)淇梢詾榇藰?gòu)成為例如直線拓?fù)浠颦h(huán)形拓?fù)洹?br> [0051]在圖3中示出了延伸通過車輛組合體、例如軌道車輛組合體或列車或者說編組的以太網(wǎng)布線30的一部分。以太網(wǎng)布線30在該實(shí)施例中是延伸通過軌道車輛組合體的以太網(wǎng)拓?fù)涞囊徊糠?。以太網(wǎng)的各兩個電纜束延伸通過車輛組合體的一個車廂。原則上，不僅一個環(huán)形線、而且網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞闹辽賰蓚€電纜束的任何其他的至少部分平行延伸的設(shè)置也是可想到的。
[0052]沿著以太網(wǎng)布線30并且在該以太網(wǎng)布線中以小于100米(沒有有源元件的最大以太網(wǎng)電纜長度)的預(yù)定間隔分別設(shè)置有有源元件(SK)32，例如以切換或開關(guān)元件、也就是具有切換功能的元件的形式。
[0053]此外，按照切換功能單元的本實(shí)施例，有源元件32中的多個——在本實(shí)施例中為兩個一組合為一個(多重)切換功能單元(MSKE) 34。
[0054]切換功能單元34可以在一個唯一的殼體中容納組合在該切換功能單元中的有源元件32。備選地，在多個容納部上，例如在多個殼體、模塊或其他組件中，在不同的安裝位置或電纜長度上分布的設(shè)置也是可能的。這部分地取決于電源的類型，下面將對此詳細(xì)論述。
[0055]可組合的有源元件32的類型不進(jìn)一步受限，只要遵循基本的以太網(wǎng)兼容性。例如，具有不同數(shù)量的用于可連接的終端設(shè)備的接口或端口和不同結(jié)構(gòu)大小及結(jié)構(gòu)形狀的有源元件32是可能的?？山M合的元件32的數(shù)量也不限于兩個。
[0056]總之，提出的解決方案不受原理上的限制，只要切換功能單元34的所有內(nèi)部或者說有源元件32從兩個不同的方向借助于以太網(wǎng)供電并且附加地借助于本地的自身電源是可供電的，并且切換功能單元34具有至少四個以太網(wǎng)端口，所述至少四個以太網(wǎng)端口中的至少兩個可以提供以太網(wǎng)供電，而所述至少四個以太網(wǎng)端口中的至少兩個可借助于以太網(wǎng)供電而被供電。
[0057]此外，有源元件32也可以具有在其供電方面的不同參數(shù)，只要在切換功能單元34中設(shè)有適合的轉(zhuǎn)換和/或匹配裝置用于根據(jù)需要轉(zhuǎn)換或匹配用于各個有源元件32的功率、電流和/或電壓。
[0058]在圖3中示意地示出，至少一個以太網(wǎng)終端設(shè)備(EG) 36可以分別經(jīng)由一個連接電纜38在例如星形拓?fù)?其他拓?fù)涫强赡艿?中與各個切換功能單元34連接。為此可以設(shè)定，切換功能單元34的有源元件32的各個接口或端口被引導(dǎo)到切換功能單元34的一個殼體部段上并且在那兒與所述至少一個終端設(shè)備36可連接，或者相應(yīng)的連接電纜38被引導(dǎo)穿過切換功能單元34的殼體壁并且在其中在內(nèi)部與有源元件32的接口可連接。關(guān)于終端設(shè)備36在有源元件32或切換功能單元34上的連接不存在限制，從而在圖2中的終端設(shè)備36在切換功能單元34上的示意圖示應(yīng)該足以代表。
[0059]每個切換功能單元34具有至少三個相互獨(dú)立的能量供給裝置或者說電源(電壓和/或電流)40至42。
[0060]電源40在此是直接在切換功能單元34上的本地電源或自身電源。電源40從例如經(jīng)由架空線路和/或發(fā)電機(jī)饋電的車載電網(wǎng)為整個切換功能單元34提供運(yùn)行功率并且由此也為所有在該切換功能單元中組合的有源元件32提供運(yùn)行功率，并且此外可以借助于用于短時間橋接車載電網(wǎng)失靈的緊急電源例如緩沖蓄電池或電容器裝置被附加地保護(hù)。電源40在無故障的正常情況下給切換功能單元34供電并且與以太網(wǎng)供電不同地僅僅受基本車載電網(wǎng)的功率能力的限制。
[0061]電源41、42是以太網(wǎng)供電電源，它們在以太網(wǎng)布線之內(nèi)單向地(通過箭頭標(biāo)明)經(jīng)由以太網(wǎng)的(信號)線為其他裝置提供運(yùn)行功率。[0062]按照該實(shí)施例，例如圖3所示，每個切換功能單元34可以借助于以太網(wǎng)供電從至少一個相鄰的、例如在以太網(wǎng)的延伸中鄰接的切換功能單元34接收功率和/或借助于以太網(wǎng)供電功率提供功率給至少一個另外的相鄰的、例如在以太網(wǎng)的繼續(xù)延伸中鄰接的切換功能單元34。因?yàn)槊總€切換功能單元34具有自身的本地電源40，由該本地電源也取得用于以太網(wǎng)供電電源41、42的功率，所以每個切換功能單元34為其分別在兩側(cè)相鄰的切換功能單元34形成附加的(非本地的、因?yàn)檫h(yuǎn)離而經(jīng)由以太網(wǎng)布線實(shí)現(xiàn)的)供電。盡管以太網(wǎng)供電自身看來單向供電，但是通過經(jīng)由以太網(wǎng)供電從相鄰的切換功能單元34供應(yīng)功率的可能性產(chǎn)生了切換功能單元34的從第一方向和第二方向的交互的雙向供電可能性。
[0063]如果例如給予以太網(wǎng)線(其在圖2中通過虛線連接線標(biāo)明地可以是環(huán)形線)一個環(huán)行方向，則在圖2中在中間設(shè)置的切換功能單元34可以不僅由其本地電源40而且從一個第一方向(例如從右經(jīng)由上面的第一以太網(wǎng)線部段、也就是由在圖2中在右側(cè)的切換功能單元34)并且從一個第二方向(例如從左經(jīng)由下面的第二以太網(wǎng)線部段、也就是由在圖3中在左側(cè)的切換功能單元34)供電。該電路配置結(jié)構(gòu)按照本實(shí)施例為每個切換功能單元34設(shè)定，從而提出的供電原理在整個以太網(wǎng)(環(huán)形)線上并且在軌道車輛組合體或列車的例子情況下在整個軌道車輛組合體上延伸。
[0064]圖4示出了用于闡明在一個具有以太網(wǎng)環(huán)形拓?fù)浜驮谄渲性O(shè)置的按照本實(shí)施例的切換功能單元34的軌道車輛組合體中的故障行為的簡化視圖。
[0065]在圖4中軌道車輛組合體或編組包括例如16個車廂Cl至C16。車廂Cl至C16中的每個包含至少一個如圖3所示的切換功能單元34。在圖4中出于更好的清晰度的目的不重復(fù)已經(jīng)參照圖3描述的元件和附圖標(biāo)記。
[0066]車廂Cl和C16可以涉及由車輛駕駛員或借助于遠(yuǎn)程控制可控的驅(qū)動車、例如機(jī)動車、機(jī)車或一般地牽引車，其除了所述至少一個切換功能單元34之外分別具有至少一個適合地設(shè)計(jì)的主控制儀器或網(wǎng)絡(luò)控制儀器50。根據(jù)需要設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)控制儀器50設(shè)定用于，以預(yù)定的方式控制和協(xié)調(diào)軌道車輛組合體的以太網(wǎng)和位于其中并且與之連接的元件。軌道車輛組合體的以太網(wǎng)的在此考慮的部分是環(huán)形線或環(huán)形拓?fù)洌渚哂腥哂嗵卣鞑⑶铱梢詷?gòu)成為單環(huán)結(jié)構(gòu)和/或至少部分地構(gòu)成為雙環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0067]車廂C2至C15在該實(shí)施例中是如上所述分別具有至少一個(多重)切換功能單元34的耦聯(lián)的車廂，所述切換功能單元又包含至少兩個有源元件32，該有源元件具有以太網(wǎng)供電能力、也就是經(jīng)由以太網(wǎng)的(信號)線給連接到有源元件32上的終端設(shè)備36供電的能力。車廂C2至C15可以在此是無驅(qū)動的或被驅(qū)動的車廂。
[0068]每個有源元件32在輸入接口或輸入端口之一上與一個來自相鄰的第一有源元件32的以太網(wǎng)線連接并且在輸出接口或輸出端口之一上與一個通到相鄰的第二有源元件32的以太網(wǎng)線連接。此外，每個有源元件32具有多個另外的輸出接口，相應(yīng)數(shù)量的終端設(shè)備36可與這些另外的輸出接口連接和/或必要時可經(jīng)由以太網(wǎng)供電從有源元件32供以功率。同樣可以設(shè)有從另外的有源元件32和到另外的有源元件32 (在語言慣用法中稱為上行鏈路)的連接可能性。
[0069]每個切換功能單元34另外具有根據(jù)圖3描述的所述至少三個相互獨(dú)立的電源，它們同時對于在一個切換功能單元34之內(nèi)的所有有源元件32可用。
[0070]根據(jù)圖4以下闡述對于示例性考慮的軌道車輛組合體的幾個可能的故障情況。[0071]例如如果在車廂C2和C3中本地電源40中斷(在相應(yīng)的本地電源40上通過(閃電形的)中斷符號標(biāo)明)，那么第一種故障情況可能出現(xiàn)。如上所提及的那樣，這樣的中斷可能隨時例如由于在各個車廂之間車載電網(wǎng)中的電纜斷開或接觸故障或者由于單個車廂的架空線路缺少集電裝置而出現(xiàn)。
[0072]在該情況下，在沒有另外的措施時，軌道車輛組合體的兩個車廂C2和C3至少暫時沒有電流。由此，這些車廂C2和C3的有源元件32以及所有連接在其上的終端設(shè)備36也失靈，不依賴于它們是通過同樣在終端設(shè)備上的自身電源還是經(jīng)由以太網(wǎng)供電由這些車廂C2和C3的有源元件32來供電。此外，在該第一故障情況下，經(jīng)由軌道車輛的以太網(wǎng)的通信是受故障的，因?yàn)閿?shù)據(jù)包、幀或令牌一不依賴于其在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械沫h(huán)行方向一不再能到達(dá)網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)位于車廂C2或C3另一側(cè)上的部分。在這種情況下，以太網(wǎng)也不再可用。
[0073]按照該實(shí)施例，通過如下方式避免這樣的故障情況，即，在車廂C2和C3的本地電源40失靈的情況下車廂C2的切換功能單元34的供電并且由此還有包含在其中的有源元件32以及必要時連接到其上的終端設(shè)備36的供電從車廂C2之外、亦即從車廂Cl通過以太網(wǎng)供電經(jīng)由以太網(wǎng)的信號線承擔(dān)(通過在圖4中從車廂Cl指向車廂C2的箭頭標(biāo)明)；車廂C3的切換功能單元34的供電并且由此還有包含在其中的有源元件32以及必要時連接到其上的終端設(shè)備36的供電從車廂C3之外、亦即從車廂C4通過以太網(wǎng)供電經(jīng)由以太網(wǎng)的信號線承擔(dān)(通過在圖4中從車廂C4指向車廂C3的箭頭標(biāo)明)。
[0074]按照該實(shí)施例，由此兩個車廂C2、C3的切換功能單元34的本地電源40的中斷可以通過該切換功能單元34的交互的雙向備用供電從軌道車輛組合體的相鄰的車廂Cl、C4經(jīng)由以太網(wǎng)供電(圖3中的41、42)解決。
[0075]經(jīng)由以太網(wǎng)的信號線的該備用供電可以連續(xù)地提供，或者備選地借助于例如適合的(未示出的)自身電源監(jiān)控裝置和以太網(wǎng)供電接通裝置僅僅在實(shí)際的故障情況下自動地或自主地足夠快速地接入或者說接通。
[0076]因?yàn)橛纱嗽诘谝还收锨闆r下至少兩個車廂C2、C3的對于軌道車輛組合體的整個以太網(wǎng)必要的元件保持能夠運(yùn)行，所以連接到以太網(wǎng)上的元件和儀器的控制也繼續(xù)保持可能，并且連接到各個有源元件32上的終端設(shè)備36例如元件、制動器、門、空調(diào)設(shè)備、廁所裝置、架空線路集電器和類似物保持可供電、有反應(yīng)能力并且可控。
[0077]類似于上述情況，可以在第二故障情況下確保以太網(wǎng)的功能能力，在該第二故障情況下軌道車輛組合體的另外的車廂的本地電源40例如不僅車廂C2和C3的本地電源40而且車廂C5和C6的本地電源40中斷。
[0078]在一種改型中也可以設(shè)定，首先暫時地并且無過渡地例如在車廂Cl至C16的每一個中或每一部分中設(shè)置的緊急蓄能裝置、如在切換功能單元34中或上的例如適合確定大小的緩沖蓄電池或適合確定大小的電容器裝置無過渡地承擔(dān)該備用供電，并且僅僅當(dāng)故障情況持續(xù)預(yù)定的時間和/或緊急蓄能裝置的能量儲備耗盡時，才借助于以太網(wǎng)供電從相鄰車廂接通備用供電。
[0079]換言之，按照該實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了一種配置結(jié)構(gòu)、一種儀器和/或一種元件，在該配置結(jié)構(gòu)、儀器和/或元件中設(shè)有至少四個以太網(wǎng)端口，其中，這至少四個以太網(wǎng)端口中的至少兩個端口可以提供以太網(wǎng)供電并且至少兩個端口可以接收以太網(wǎng)供電，所述配置結(jié)構(gòu)、儀器和/或元件將多個具有切換功能的有源元件32統(tǒng)一在一個儀器中或在操作和功能上組合在一個儀器中。關(guān)于網(wǎng)絡(luò)功能，有源元件32在該配置結(jié)構(gòu)、該儀器或該元件中是相互獨(dú)立的。該配置結(jié)構(gòu)、該儀器或該元件作為切換功能單元34由三個相互獨(dú)立的電源40、41和42供電，這三個相互獨(dú)立的電源在地點(diǎn)上和空間上是分離的(例如位于三個不同的車廂中、也就是自身的車廂和兩個其他車廂中，并且不是一定位于直接相鄰的車廂中，但是在以太網(wǎng)的最大可能的分區(qū)長度之內(nèi))。在自身車廂之外的電源41、42經(jīng)由以太網(wǎng)信號線實(shí)現(xiàn)。由此有利地實(shí)現(xiàn)了布線費(fèi)用大幅降低和成本大幅降低。因?yàn)橛性丛?2借助于以太網(wǎng)供電分別給其他有源元件32供電，所以通過以太網(wǎng)供電實(shí)現(xiàn)了交互的雙向供電。通過兩個有源元件32共同地由一個外來電源經(jīng)由信號線供電，有利地提高了元件和通信在以太網(wǎng)上的可用性。
[0080]有利地，由此按照本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，一個涉及兩個相鄰切換功能單元34的雙重故障(例如在C2、C3 ;C5、C6 ;C8、C9中)還沒有在以太網(wǎng)上導(dǎo)致通信限制。此外，多次雙重故障也不導(dǎo)致通信限制，只要在兩個雙重故障(例如C2、C3和C5、C6)之間存在至少一個無故障性(C4)。
[0081]根據(jù)作為實(shí)施例的軌道車輛組合體描述了本發(fā)明。然而本發(fā)明不限于軌道車輛組合體，特別是不限于一個如下這樣的軌道車輛組合體，在該軌道車輛組合體中一個切換功能單元將正好兩個有源元件組合為一個單元，而是可直接明顯地應(yīng)用到每個任意的以太網(wǎng)直線結(jié)構(gòu)上，并且總體上作為關(guān)于網(wǎng)絡(luò)特征的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn):在高帶寬和高可用性的同時實(shí)現(xiàn)長的空間延展；提出一種相對于已知拓?fù)涑杀窘?jīng)濟(jì)的可實(shí)現(xiàn)性；通過經(jīng)由信號線的冗余供電，需要降低的布線耗費(fèi)；并且需要總體上最小數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)元件。
[0082]與本發(fā)明的前面詳述的描述類似的改型對于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來說可毫無問題地推斷出并且因此不應(yīng)該視為偏離本發(fā)明的技術(shù)方案并且脫離本發(fā)明的僅僅通過權(quán)利要求確定的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.用于以太網(wǎng)的切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)，其特征在于: 以太網(wǎng)的多個有源元件(32)，所述有源元件借助于切換功能單元(34)組合成一個功能單元；以及 至少三個相互獨(dú)立的用于給所述有源元件(32)供電的電源(40、41、42)，其中，所述至少三個電源(40、41、42)中的第一個電源構(gòu)成為切換功能單元(34)的本地電源(40)，所述至少三個電源(40、41、42)中的第二個電源構(gòu)成為經(jīng)由切換功能單元(34)的以太網(wǎng)(42)的第一外來電源，而所述至少三個電源中的第三個電源構(gòu)成為經(jīng)由切換功能單元(34)的以太網(wǎng)(41)的第二外來電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述切換功能單元(34)具有至少四個以太網(wǎng)端口作為接口，所述至少四個以太網(wǎng)端口中的至少兩個以太網(wǎng)端口能夠向切換功能單元(34)之外提供以太網(wǎng)供電作為外來功率，而所述至少四個以太網(wǎng)端口中的至少兩個以太網(wǎng)端口能夠從切換功能單元(34)之外接收以太網(wǎng)供電作為外來功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述切換功能單元(34)在正常運(yùn)行中由本地電源(40)供以功率，而在本地電源(40)的故障情況下由第一和第二外來電源中的至少之一供以以太網(wǎng)供電(41、42)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的用于切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述切換功能單元(34)經(jīng)由第一以太網(wǎng)線由相鄰的第一切換功能單元(34)的第一有源元件(32)供以以太網(wǎng)供電； 所述切換功能單元(34)經(jīng)由第二以太網(wǎng)線由相鄰的第二切換功能單元(34)的第二有源元件(32)供以以太網(wǎng)供電；以及 通過相鄰的第一和第二切換功能單元(34)的第一和第二有源元件(32)為切換功能單元(34)的所有有源元件(32)提供供電。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的用于切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一和第二外來電源經(jīng)由以太網(wǎng)(41、42)在切換功能單元(34)上借助于以太網(wǎng)供電經(jīng)由以太網(wǎng)的信號線形成切換功能單元(34)的交互的雙向供電。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的用于切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述切換功能單元(34)的所述多個有源元件(32)中的至少一部分容納在切換功能單元(34)的一個共同的殼體中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的用于切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述切換功能單元(34)的所述多個有源元件(32)中的至少一部分在切換功能單元(34)的周圍環(huán)境中分布地設(shè)置并且通過至少共同的供電線統(tǒng)一為切換功能單元(34)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的用于切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)，其特征在于，借助于切換功能單元(34)的有源元件(32)分別能給至少一個以太網(wǎng)終端設(shè)備(36)供給以太網(wǎng)供電，其中，有源元件(32)在正常運(yùn)行中由本地電源(40)獲得用于所述至少一個終端設(shè)備 (36)的以太網(wǎng)供電，并且在本地電源(40)的故障情況下由第一和第二外來電源中的至少之一經(jīng)由以太網(wǎng)(41、42)獲得用于所述至少一個終端設(shè)備(36)的以太網(wǎng)供電。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的用于切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述切換功能單元(34)的有源元件(32)中的每個具有一個獨(dú)立于相應(yīng)另一個有源元件的用于以太網(wǎng)(41、42)供電的電源，這些電源向外為相鄰的切換功能單元構(gòu)成切換功能單元(34)的交互并且雙向的外來電源；以及 在至少一個相鄰的切換功能單元的本地電源(40)的故障情況下，切換功能單元(34)借助于以太網(wǎng)供電給所述至少一個相鄰的切換功能單元供電。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的用于切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)，其特征在于，有源元件(32)分別是具有切換功能的有源以太網(wǎng)-開關(guān)-元件。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的用于切換功能單元的配置結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述以太網(wǎng)具有直線拓?fù)?、至少部分單重環(huán)形拓?fù)浠蛑辽俨糠蛛p環(huán)形拓?fù)洌灰约? 至少一個以太網(wǎng)終端設(shè)備(36)在星形拓?fù)渲锌蛇B接到有源元件(32)中的構(gòu)成為有源開關(guān)的至少一個有源元件上和/或經(jīng)由該有源元件通過以太網(wǎng)供電可被供電。
12.實(shí)時以太網(wǎng)，其特征在于多個根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的用于切換功能單元(34)的配置結(jié)構(gòu)，其中，切換功能單元(34)在所述以太網(wǎng)中如此依次地設(shè)置，使得至少兩個彼此相鄰的切換功能單元(34)的本地電源(40)的故障情況從與所述至少兩個彼此相鄰的切換功能單元又相鄰的切換功能單元(34)通過以太網(wǎng)供電是可橋接的，所述又相鄰的切換功能單元的本地電源(4 0)無故障地工作。
【文檔編號】H04L12/10GK103975555SQ201280059785
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月3日
【發(fā)明者】K·卡斯特納, A·布朗, R·富特文勒, O·里迪格 申請人:克諾爾-布里姆斯軌道車輛系統(tǒng)有限公司