本發(fā)明涉及一種風能設備和一種風能設備通信系統(tǒng)。

背景技術：

風能設備具有多個電氣的和電子的部件，所述部件必須彼此通信。所述通信例如能夠通過設置數(shù)據(jù)總線來改善，其中各個電氣的或電子的部件與用于數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)總線連接。

這種數(shù)據(jù)總線可以是(控制器局域網絡)can總線，所述can總線被開發(fā)以使用在汽車領域中，也就是說用于較短的距離。因此，can總線必須被調整以使用在風能設備中。can總線國際標準化為iso11898。在iso11898中，確定用于調節(jié)總線鋪設(仲裁)的機制和傳輸順序(優(yōu)先級)。

us2012/193917a1示出一種具有內部通信總線的風能設備，所述通信總線實現(xiàn)為can總線。

在優(yōu)先權所基于的德國專利申請中，德國專利商標局提到下述文件：de102007011835a1；us2014/0133350a1；de10100343a1和de60004035t2。

技術實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于，提出一種風能設備，所述風能設備能夠實現(xiàn)在風能設備之內電氣的或電子的部件的改善的通信。

所述目的通過根據(jù)權利要求1的風能設備實現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明，風能設備設有控制器局域網絡(can)通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)具有多個can節(jié)點，所述can節(jié)點能夠經由通信系統(tǒng)彼此通信。can節(jié)點能夠與風能設備的電氣的或電子的部件耦合，所述部件必須與其他部件通信。can通信系統(tǒng)具有多個can分配單元，所述can分配單元經由第一通信部段與can節(jié)點耦合并且經由第二通信部段與另一can分配單元耦合。經由第一通信部段基于第一can協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，所述第一can協(xié)議基于標準can協(xié)議。經由第二通信部段基于第二can協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，所述第二can協(xié)議與標準協(xié)議不同。

根據(jù)本發(fā)明，提出一種can通信系統(tǒng)，其在本來的意義下不能實現(xiàn)總線系統(tǒng)，而是實現(xiàn)點對點的連接或通信。由此，能夠提供修改或擴展can協(xié)議的可能性。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第二can協(xié)議允許延遲到達的應答信號。根據(jù)本發(fā)明，這通過根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)確保點對點的連接的方式能夠實現(xiàn)。can分配單元一方面與can節(jié)點耦合而另一方面與其他can分配單元耦合，其他can分配單元又與can節(jié)點耦合。因此，第一can節(jié)點與第二can節(jié)點的通信，從第一can節(jié)點到第一can分配單元，從所述第一can分配單元到第二can分配單元以及從第二can分配單元到第二can節(jié)點進行。通過所述點對點連接能夠確保，多個can節(jié)點不會同時訪問該連接，如在總線系統(tǒng)中能進行那樣。

根據(jù)本發(fā)明，can節(jié)點和can分配節(jié)點之間的連接是直接的點對點連接。在通過第二通信部段彼此耦合的兩個can分配單元之間的連接同樣是點對點連接。通過點對點連接能夠實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)點，尤其能夠實現(xiàn)在兩個can節(jié)點之間經過較大距離的通信。根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)還是有利的，因為可單獨檢查在通信系統(tǒng)中的每個點對點連接或每個支路或部段，使得能夠可靠地且準確地定位出現(xiàn)的錯誤。此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠單獨地設定用于每個通信支路或每個點對點連接的數(shù)據(jù)通信的波特率。由于與風能設備的各個元件耦合的節(jié)點是can節(jié)點，所以能夠將標準化的模塊用于通信。由此，與在專用的通信模塊的情況下相比，這種通信模塊的價格更低。

分配單元用作接口并且能夠基于第一can協(xié)議通信以及另一方面基于第二can協(xié)議通信。與can節(jié)點的通信能夠基于第一can協(xié)議進行并且與其他分配單元的通信能夠經由第二can協(xié)議進行。第二can協(xié)議經過更長距離且在速度比第一can協(xié)議更高的情況下進行數(shù)據(jù)通信。第一can協(xié)議能夠基于根據(jù)iso11898的標準can協(xié)議。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第一通信部段可選地可以構成為can總線。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在風能設備中的通信總線或通信系統(tǒng)實現(xiàn)為can通信系統(tǒng)，并且進一步匹配于風能設備的情況。在此，例如必須考慮，風能設備的塔能夠達到高于100m的高度。此外，風能設備的轉子葉片的長度例如也能夠超過50m。在根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)中，必須保證也能夠遵守總線仲裁和傳輸順序。

由于風能設備的大的伸展尺寸和連接到can通信系統(tǒng)上的各個電氣的和電子的單元的不同的設置方式，在多次訪問can通信系統(tǒng)的情況下會造成產生錯誤幀的情形。這種情形可能由于在can通信系統(tǒng)的伸展尺寸大的情況下信號傳播時間之間的不利的相互關系以及由于多個用戶的非同步的訪問而產生。這尤其在隨機地分包(bündelung)不同用戶的幀時在包的第一幀之后會出現(xiàn)。通信系統(tǒng)的伸展尺寸越大，則產生的所述錯誤幀越多。錯誤幀的數(shù)量同樣隨著通信系統(tǒng)的負荷變大而升高。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，風能設備設有控制器局域網絡can通信系統(tǒng)。所述系統(tǒng)將can通信系統(tǒng)的通信結構劃分為各個點對點連接。對于短的通信部段而言，根據(jù)iso11898標準進行can通信。對于長的通信部段而言，使用與標準iso11898協(xié)議不同的協(xié)議。由于在長的通信部段上形成長的點對點連接，能夠進行標準can協(xié)議(iso11898)的簡單的調整。適配的協(xié)議在每個光學的點對點連接上向下兼容根據(jù)iso11898的標準協(xié)議。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，長的部段光學地構成。適配的協(xié)議與標準iso11898協(xié)議的不同之處在于，兩個參與的can分配單元接收延遲到達的應答信號。預先可經由被對方站反射的can數(shù)據(jù)的傳播時間確定允許的延遲。can數(shù)據(jù)的明確的反射在光學的傳輸時是有利的，因為在此與標準化的電連接相反，在發(fā)送和接收線路之間不存在耦合。由此，如果對方站支持協(xié)議擴展，那么所有可光學地達到can分配單元中的一個can分配單元的can通信部段能夠構成為長的部段。然而，在對方站構成為典型的can節(jié)點時，這并不起作用。

因此，風能設備設有can通信系統(tǒng)，所述can通信系統(tǒng)具有多個can節(jié)點，所述can節(jié)點經由can通信系統(tǒng)彼此通信。can通信系統(tǒng)具有多個can分配單元，所述can分配單元經由第一通信部段與can節(jié)點耦合并且經由第二通信部段與其他can分配單元耦合。經由第一通信部段基于標準can協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信。經由第二通信部段基于與標準can協(xié)議不同的協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第二通信部段的長度明顯大于第一通信部段的長度。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，第二通信部段構成為光學連接，也就是說經由第二通信部段光學地進行數(shù)據(jù)通信。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，第二can協(xié)議允許延遲到達的應答信號。經由被對方站反射的can數(shù)據(jù)的傳播時間能夠確定允許的延遲。

根據(jù)本發(fā)明，提出一種can通信系統(tǒng)，其能夠實現(xiàn)“總線”伸展尺寸的虛擬減小，以便能夠實現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸時更大的波特率。此外，“總線”訪問被去耦，以便避免錯誤幀。此外，能夠優(yōu)化can節(jié)點或can端子的容量。可選地，能夠實現(xiàn)對于每個can節(jié)點允許有單獨的波特率。另一優(yōu)點是對各個總線區(qū)段隔離的錯誤分析。至今為止，布線錯誤總是對于整個總線而言可覺察，這使錯誤診斷變得困難并且使可用性變差。

為此，根據(jù)本發(fā)明能夠提出一種can分配單元，其能夠實現(xiàn)自動識別連接的can節(jié)點的波特率、對can幀解碼、產生應答信號、將can幀編碼以及實現(xiàn)具有至少一幀長度的接收和發(fā)送緩沖。

本發(fā)明涉及一種風能設備，其具有多個電氣的或電子的單元，所述單元經由can通信系統(tǒng)彼此通信。can總線是串行的現(xiàn)場總線，其在iso11898中被定義。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，根據(jù)本發(fā)明的can總線構成為多主機總線，其中每個用戶允許自主地根據(jù)確定的機制占用總線。傳輸只要其以電的方式進行則經由具有95至140歐姆的波阻的雙絞線進行。通過仲裁對總線進行訪問，所述仲裁根據(jù)csma/cr法(載波偵聽多址訪問/沖突解決)工作。通過所述方法，由優(yōu)先級機制解決多重訪問或潛在的沖突。比特傳輸速度并不被固定地定義，并且能夠由總線伸展尺寸和由此得出的信號傳播時間確定。在比特窗(acknowledge-slot)之內可以進行逐幀的接收確認(應答)。在can總線上的數(shù)據(jù)傳輸根據(jù)ossi層1和2(開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型)定義。由于在風能設備中的can節(jié)點之間的明顯的電勢差(由于空間的伸展尺寸、更強的干擾場造成)，can總線優(yōu)選基本上構成為光學的can總線。由于更強的電的和磁的干擾場，可預期有更高的位錯誤率，只要以電的方式進行傳輸。為此還可以提出比特傳輸率的降低。

其他設計方案是從屬權利要求的主題。

附圖說明

下面，參照附圖詳細闡述本發(fā)明的優(yōu)點和實施例。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的風能設備的示意圖；

圖2示出根據(jù)第一實施例的風能設備中的can總線的示意圖；

圖3示出根據(jù)第一實施例的風能設備的系統(tǒng)結構的示意圖；

圖4示出根據(jù)第一實施例的can通信系統(tǒng)的局部的示意性的方框圖；

圖5示出根據(jù)第三實施例的can分配單元的示意性的方框圖；

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的can分配單元中的結構數(shù)據(jù)和幀識別的方框圖；

圖7示出根據(jù)第四實施例的can分配單元中的幀識別的示意性的方框圖；

圖8示出根據(jù)第四實施例的can分配單元中的發(fā)送單元的示意性的方框圖；

圖9示出根據(jù)第四實施例的can分配單元中的錯誤識別單元的示意性的方框圖；以及

圖10示出根據(jù)第五實施例的can分配單元的一部分的方框圖。

具體實施方式

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的風能設備的示意圖。風能設備100具有塔102和在塔102上的吊艙104。塔102能夠具有多個塔區(qū)段，所述塔區(qū)段彼此上下安置，以便構成塔102。在吊艙104上，設有空氣動力學的轉子106，其帶有三個轉子葉片200和導流罩110。在風能設備運行中，空氣動力學的轉子106被風置于轉動運動中并進而也使發(fā)電機的轉子或電樞轉動，所述發(fā)電機直接或間接地與空氣動力學的轉子耦合。發(fā)電機設置在吊艙104中并且產生電能。通過在各個轉子葉片的轉子葉根上的俯仰電機能夠改變轉子葉片200的俯仰角。

圖2示出根據(jù)第一實施例的風能設備的can通信系統(tǒng)的示意圖。根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)1000具有多個can節(jié)點1100，所述can節(jié)點經由第一通信部段1300分別與can分配單元1200耦合。can節(jié)點能夠與風能設備100的電氣的或電子的部件1001耦合。各個can分配單元1200經由第二通信部段1400耦合。第一通信部段1300是具有小距離的通信部段并且能夠構成為電氣的或光學的通信部段。在第一通信部段上，在can節(jié)點1100和can分配單元1200之間的通信能夠經由第一can協(xié)議進行。第一can協(xié)議能夠是根據(jù)iso11898的標準can協(xié)議。在優(yōu)選構成為光學連接的第二通信部段1400上，能夠根據(jù)第二can協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，所述第二can協(xié)議不對應于標準協(xié)議，而是對應于修改的標準can協(xié)議，以便盡管伸展尺寸大仍然能夠使用提高的/高的數(shù)據(jù)傳輸率。

根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)在以電方式傳輸?shù)那闆r下經由不同的傳輸法在各個用戶之間傳輸數(shù)據(jù)。在此，在半雙工模式下工作，使得在線路上總是只能夠沿一個方向發(fā)送。在光學方式傳輸?shù)那闆r下，經由分開的發(fā)送線路(tx)和接收線路(rx)進行傳輸。發(fā)送器監(jiān)控總線，以便驗證發(fā)送的數(shù)據(jù)并且識別：具有更高的優(yōu)先級的另一用戶是否將幀置于總線上。一旦具有更高的優(yōu)先級的幀位于總線上，那么想要發(fā)送的用戶必須阻止其數(shù)據(jù)，并且接收另一用戶的具有更高優(yōu)先級的幀的數(shù)據(jù)。作為用戶的每個can節(jié)點都可以阻止其數(shù)據(jù)，直至總線空閑并且沒有用戶將具有更高的優(yōu)先級的幀置于總線上。這適用于在can節(jié)點和can分配單元之間的第一通信部段中的通信。第一通信部段能夠構成為can總線。

圖3示出根據(jù)第一實施例的風能設備的系統(tǒng)架構的示意圖。在圖3中示出用于風能設備的塔的can分配單元1201、用于風能設備的吊艙的can分配單元1202、作為風能設備的吊艙的光學分配器的can分配單元1203和作為用于風能設備的轉子的光學分配器的can分配單元1204。在各個can分配單元1201-1204之間經由第二通信部段1400并進而根據(jù)第二can協(xié)議進行通信。在用于塔的can分配單元1201上能夠經由第一通信部段1300耦合有用于塔的控制單元1102。在用于吊艙的can分配單元1202上經由第一通信部段1300能夠耦合有用于吊艙的控制單元1101。在用于吊艙的can分配單元1202上能夠經由第一通信部段1300耦合有整流器控制單元1103。根據(jù)本發(fā)明，將所有由連接到can通信系統(tǒng)上的單元發(fā)送的幀經由can分配單元中的一個轉發(fā)。因此，can分配單元不僅負責與其他can分配單元的通信，而且負責與直接連接在各個can分配單元上的控制單元的通信。

圖4示出根據(jù)第一實施例的can通信系統(tǒng)的局部的示意的方框圖。can節(jié)點1100經由can通信部段1300與can分配單元1200耦合。第一通信部段1300能夠具有發(fā)送線路tx和接收線路rx。can節(jié)點1100能夠具有can節(jié)點控制器1110、電收發(fā)器1140或(光學的)發(fā)送器1120和(光學的)接收器1130。can分配單元1200能夠具有接口單元1210，其例如具有電收發(fā)器1220或具有(光學的)接收器1240和(光學的)發(fā)送器1220。此外，can分配單元1200具有開關單元1230以及錯誤識別和處理單元1260。借助于根據(jù)本發(fā)明的能夠用作輸入級的can分配單元1210能夠設有連接的can節(jié)點1100的波特率的自動識別、can幀的解碼、應答信號的產生、can幀的編碼以及具有至少一個幀長度的接收和發(fā)送緩沖。

can節(jié)點1100能夠具有can節(jié)點控制器1110以及要么具有電收發(fā)器1140要么替選地具有光學發(fā)送器1120和光學接收器1130。因此，can節(jié)點1100能夠要么具有光學發(fā)送/接收模塊或電發(fā)送/接收模塊。光學發(fā)送器1120和光學接收器1130與can分配單元1200的光學接收器1240和光學發(fā)送器1220通信。can節(jié)點1100的電收發(fā)器1140經由電線路1301、1302與在can分配單元1200中的電收發(fā)器1220通信。光學接收器1240和光學傳感器1250經由電接收線路erx和電發(fā)送線路etx與接口單元1210通信。

相應地，電收發(fā)器1220經由電接收線路erx和電發(fā)送線路etx與接口單元1210通信。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，當在另一方同樣設有can分配單元時，能夠根據(jù)第二can協(xié)議進行通信，其中該can分配單元能夠根據(jù)第二can協(xié)議實現(xiàn)通信。

圖5示出根據(jù)第三實施例的can分配單元的示意性的方框圖。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)送器和接收器能夠在can分配單元1200的輸入端和/或輸出端上也集成在接口單元1210中。相應的接口輸入單元1210能夠具有邊沿探測器(edgedetector)1211、幀探測器1212、發(fā)送緩沖器1213、波特率發(fā)生器1214、應答發(fā)生器1215、幀解碼器1216和發(fā)送緩沖器1217。開關單元1230能夠具有優(yōu)先級控制單元1231、狀態(tài)控制單元1232和流控制單元1233。

接口1210能夠具有幀識別單元1212、波特率識別單元1214a、波特率發(fā)生器1214、仲裁單元1218以及發(fā)送緩沖器和發(fā)送控制單元1219。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出接口的管理的分散方式。由幀識別單元1212識別出的輸入幀被直接復制到發(fā)送緩沖器1219中。在發(fā)送緩沖器1219中，能夠確定幀的優(yōu)先級并且能夠將所述幀傳送給相應地連接的用戶。只有當應答信號被傳送時，才發(fā)送隨后發(fā)送的幀。作為輸入緩沖器如下緩沖器是足夠的，在所述緩沖器中能夠接收完整的幀。由于將接收到的幀直接轉發(fā)到發(fā)送緩沖器，輸入單元能夠更快地工作。在發(fā)送控制單元1219中，能夠讀取在幀中的標識符，以便確定幀的優(yōu)先級。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的can分配單元中的波特率和幀識別的方框圖。在圖6中，僅示出時鐘脈沖處理(taktaufbereitung)和時鐘脈沖分配(taktverteilung)。數(shù)據(jù)流被盡可能抽象化。將到來的信號在波特利率識別單元1214a中被分析?；诜治鼋Y果，在波特率發(fā)生器1214中合成新的時鐘脈沖。借助于合成的時鐘脈沖控制幀識別單元1212。將輸入幀輸送給仲裁單元1218。在幀識別單元1212中，識別輸入幀。在波特率識別單元1214a中確定幀的波特率。在波特率識別單元1214a中，尤其能夠確定在總線的第二部段即例如在光學連接上的波特率。在波特率發(fā)生器1212中，產生用于采樣接收線路和發(fā)送線路的兩個時鐘脈沖。在已識別出波特率和產生時鐘脈沖之后，能夠進行幀識別單元1212的激活，以便根據(jù)波特時鐘脈沖確定幀的有效數(shù)據(jù)。

如果成功地識別出幀，那么發(fā)送器能夠傳送應答信號，以便將幀標記為有效的幀。這些信息于是能夠轉發(fā)給連接的用戶。

圖7示出根據(jù)第二實施例的can分配單元中的幀識別的示意性的方框圖。幀識別單元1212具有填充位濾波器1212a、第一狀態(tài)機1212b和第二狀態(tài)機1212c。經由輸入線路rx接收幀并且當成功地接收到幀時，經由發(fā)送線路tx能夠傳送應答信號ack。根據(jù)本發(fā)明的幀識別單元1212能夠不僅識別根據(jù)can2.0a的幀而且能夠識別根據(jù)can2.0b的幀。填充位濾波器1212a設為用于位于數(shù)據(jù)流中的填充位。通過在開始幀識別之前移除這些填充位，幀識別能夠設計得更簡單。幀識別單元1212還構成為，用于將識別出的幀轉送給其他端子。這通過第二狀態(tài)機以及內部的總線進行，所述內部的總線設在幀識別單元1212和接收緩沖器1213之間。第一狀態(tài)機1212b能夠具有幀錯誤fe、活動的幀fa、幀數(shù)據(jù)fd和有效的幀fg，作為輸出信號，這些幀從第一狀態(tài)機傳送給第二狀態(tài)機。輸出信號幀錯誤ff和幀活動fa能夠被輸出。

圖8示出根據(jù)第三實施例的can分配單元中的發(fā)送單元的示意性的方框圖。發(fā)送單元1219的狀態(tài)自動裝置fsmi接收由開關單元1230分配的幀并且能夠將幀根據(jù)其優(yōu)先級分類。接收到的幀能夠緩存在緩沖器1217b中。先進先出存儲器1217d用于管理在存儲器1217b中的幀。狀態(tài)自動裝置fsmii1217c檢查：哪個幀具有最高的優(yōu)先級，并且將具有最高優(yōu)先級的幀發(fā)送給輸出狀態(tài)自動裝置fsmiii1216a。狀態(tài)自動裝置fsmiv監(jiān)控發(fā)送過程并且在成功的過程中將幀從緩沖器1217d中刪除。否則，能夠重復發(fā)送過程。

狀態(tài)機1219a接收來自幀識別單元1212的數(shù)據(jù)并且能夠將數(shù)據(jù)緩存在緩沖器1219b中。另一狀態(tài)機1219c確定在緩沖器1219b中存儲的幀的優(yōu)先級并且從緩沖器1219b中讀取具有最高優(yōu)先級的幀。狀態(tài)機1219d負責發(fā)送從緩沖器中提取的幀。

圖9示出根據(jù)第四實施例的can分配單元中的錯誤識別單元的方框圖。隨后尤其要闡述在can分配單元中的錯誤的識別和處理。仲裁單元1218接收來自接收線路rx的幀。將這些數(shù)據(jù)轉發(fā)給幀識別單元1212，所述幀識別單元將應答信號ack向回傳送給仲裁單元1218。在幀識別單元1212中，識別幀并且如果存在錯誤f，將這傳送給錯誤單元1218a。錯誤單元1218a于是將無應答信號kack傳送給幀識別單元1212，由此防止應答信號ack的發(fā)送。錯誤單元1218a于是將信息“沒有用戶”kt傳送給波特率識別部，所述波特率識別部將端口斷開信號pa作為輸出信號傳送給幀識別單元1212并且傳送給發(fā)送單元1219。錯誤單元1218k還傳送發(fā)送停止ss信號或發(fā)送重復信號sw。作為可能的錯誤可以考慮位錯誤、填充位錯誤、crc錯誤、形式錯誤或應答錯誤。在仲裁期間出現(xiàn)的位錯誤在仲裁單元1218中被識別出并且將這個信息轉發(fā)給錯誤單元1218a。這導致，錯誤單元1218a中斷發(fā)送過程。當剛好接收到幀時，錯誤單元1218a用于將無應答信號kack發(fā)回。當在crd和中出現(xiàn)錯誤時，這能夠由幀識別單元1212轉發(fā)給錯誤單元1218。

圖10示出根據(jù)第五實施例的can分配單元的一部分的方框圖。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，設有幀識別單元1212、波特率識別單元1214a、波特率發(fā)生器1214、仲裁單元1218和發(fā)送控制單元1219。此外，可以設有錯誤單元1218a和led控制單元1218b。