用于操作设备的方法、设备和系统与流程

1.本发明涉及一种用于操作设备的方法、一种设备和一种包括至少两个设备的系统。


背景技术：

2.本专利申请要求德国专利申请de 10 2019 131 848.3的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
3.由现有技术已知的是，给设备配备内部时钟，所述内部时钟借助于内部时钟发生器递增。然而，已知的是，这种内部时钟发生器的频率受到制造公差影响，并且也可以具有与外部条件、例如温度的相关性。这使得两个设备的内部时钟可以以不同的速度运行。
4.从现有技术中已知使多个设备的内部时钟彼此同步的各种可能性。这种同步例如可以借助于通过数据网络与设备连接的时间源或通过包含在gps信号中的时间信息来实现。
5.同样由现有技术已知同步时钟，所述同步时钟从供电电网的电网频率导出其时基。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种用于操作设备的方法。本发明的另一目的在于提供一种设备。本发明的另一目的在于提供一种系统，该系统具有第一此类设备和第二此类设备。这些目的通过具有相应独立权利要求的特征的用于运行设备的方法、设备和系统来实现。在从属权利要求中给出了不同的改进方案。
7.在一种用于操作具有内部时钟发生器和内部时钟并且与电网连接的设备的方法中，内部时钟借助于内部时钟发生器递增。在此，内部时钟与电网的电网频率同步。电网例如可以是供电电网。有利地，通过该方法确保设备的内部时钟与电网的电网频率同步运行。由此有利地确保，该设备的内部时钟与同样与电网的电网频率同步的其他设备的内部时钟一样快地运行。因此，这些设备的内部时钟同步运行。因为设备的内部时钟借助于内部时钟发生器递增，所以设备的内部时钟可以有利地具有高的时间分辨率，尤其是高于电网的电网频率的时间分辨率。
8.在该方法的一种实施方式中，内部时钟周期性地与电网的电网频率同步。由此有利地确保，设备的内部时钟的时间进度有规律地与通过电网的电网频率预先给定的时基相匹配。
9.在该方法的一种实施方式中，电网是供电电网。在此，检测电网的电压的过零点。内部时钟在电压的每个过零点处与电网的电网频率同步。有利地，可以以高精度检测电网的电压的过零点。这有利地实现了内部时钟与电网的电网频率的特别精确的同步。
10.在该方法的一种实施方式中，内部时钟发生器具有高于电网的电网频率的频率。内部时钟发生器的频率例如可以比电网的电网频率高多个数量级。有利地，设备的内部时
钟由此可以具有比电网的电网频率的周期更精细的时间分辨率。
11.在该方法的一种实施方式中，该方法包括用于检测测量值并且给测量值提供内部时钟的时间戳的步骤。内部时钟的时间戳在此可以说明测量值被检测的时间点。通过根据方法将内部时钟与电网的电网频率同步，有利地实现：时间戳涉及与电网的电网频率同步的时间系统。
12.在该方法的一种实施方式中，该方法包括用于通过数据网络发送设有时间戳的测量值的另一步骤。这有利地实现了，在另一位置处例如在数据网络的另一网络用户中进一步处理设有时间戳的测量值。
13.在该方法的一种实施方式中，该方法包括用于在内部时钟的确定的时间值输出信号的步骤。在此有利的是，内部时钟与电网的电网频率同步，以便确保数据网络的不同网络用户的时间值的同步性。
14.一种设备包括可借助于内部时钟发生器递增的内部时钟和用于连接到电网的电网接口。在此，所述设备被构造用于使内部时钟与电网的电网频率同步。有利地，该设备的内部时钟由此与电网的电网频率同步地运行。这可确保此设备的内部时钟以与其他设备的内部时钟相同的速度运行，其他设备的内部时钟也将其内部时钟与电网的电网频率同步。因为该设备的内部时钟借助于内部时钟发生器递增，所以该设备的内部时钟可以有利地具有比电网的电网频率的周期更精细的时间分辨率。
15.在该设备的一种实施方式中，电网接口可以连接到供电电网。在此，该设备被构造用于检测电网的电压的过零点。有利地，能够以高精度检测电网的电压的过零点，由此能够实现内部时钟与电网的电网频率的特别精确的同步。
16.在该设备的一种实施方式中，内部时钟发生器具有高于电网的电网频率的频率。内部时钟发生器的频率在此例如可以比电网的电网频率高多个数量级。有利地，设备的内部时钟由此可以具有比电网的电网频率的周期更精细的时间分辨率。
17.在该设备的一种实施方式中，该设备被构造用于检测测量值并且给所检测的测量值设置内部时钟的时间戳。在这种情况下，时间戳可以指示内部时钟在测量值被检测的时间点的值。因为设备的内部时钟可以与电网的电网频率同步，所以时间戳于是存在于与电网的电网频率同步的时间系统中。
18.在该设备的一种实施方式中，该设备被构造用于通过数据网络发送设有时间戳的测量值。这有利地实现了，在另一位置处例如在数据网络的另一网络用户中进一步处理设有时间戳的测量值。
19.在该设备的一种实施方式中，该设备被构造用于在内部时钟的确定的时间值处输出信号。在此有利的是，设备的内部时钟可以与电网的电网频率同步，以便确保数据网络的不同网络用户的时间值的同步性。
20.在该设备的一种实施方式中，该设备被构造为ethercat(以太网控制自动化技术)网络用户。有利地，该ethercat网络用户的内部时钟可以与电网的电网频率同步。
21.一种系统包括分别以上述方式构造的第一设备和第二设备。在此，第一设备和第二设备与共同的电网连接。因此，共同的电网的电网频率可供两个设备使用，以便同步设备的相应内部时钟。如果第一设备将其内部时钟与电网的电网频率同步并且第二设备也将其内部时钟与共同的电网的相同电网频率同步，则两个设备的内部时钟有利地彼此同步。
附图说明
22.下面根据附图详细阐述本发明。示出：
23.图1示出具有两个与电网连接的设备的系统的示意图；
24.图2示出电网的电压随时间的变化曲线；
25.图3示出第一数据包；和
26.图4示出第二数据包。
具体实施方式
27.图1示出了系统10的示意图。系统10包括多个设备100。在图1所示的示例中，系统10包括第一设备100，101和第二设备100，102。然而，系统10还可以包括多于两个设备100。
28.系统10的设备100具有以下描述的一致性。此外，系统10的各个设备100之间也可能存在差异。在图1中示出的系统10的示例中，在第一设备100，101和第二设备100，102之间存在相同点和不同点。
29.系统10的设备100分别具有内部时钟发生器110。内部时钟发生器110提供具有频率111的时钟信号。在此，由第一设备100，101的内部时钟发生器110提供的时钟信号的频率111可以与由第二设备100，102的内部时钟发生器110提供的时钟信号的频率111不同，使得第一设备100，101的内部时钟发生器110的时钟信号具有第一频率111，113并且第二设备100，102的内部时钟发生器110的时钟信号具有第二频率111，115。设备100的内部时钟发生器110的频率111例如可以是几mhz或几ghz。
30.系统10的每个设备100具有内部时钟120。内部时钟120例如可以被构造为数据寄存器。存储在该数据寄存器中的数值表示设备100的内部时钟120的时间值。内部时钟120的时间值在此例如可以以1μs或1ns的分辨率表示。
31.每个设备100被构造成借助于内部时钟发生器110来递增其内部时钟120。为此，相应的设备100例如可以具有可适配的参数112，所述参数说明，内部时钟120以与内部时钟发生器110的频率111的何种比例递增。
32.系统10的每个设备100具有电网接口130。电网接口130被设置用于将相应的设备100与电网200连接。在此，系统10的所有设备100连接到相同的电网200。
33.电网200提供电网频率230。
34.电网200例如可以是供电电网。在这种情况下，电网200提供电压210，其电压值随着电网频率230周期性地变化。在根据附图描述的示例中，电网200被构造为供电电网。
35.然而，电网200也可以是提供电网频率230的另一电网。例如，电网200可以通过简单的线路形成，电网频率230耦合输入到该线路中。
36.如果电网200是供电电网，则电网200可以用于为设备100供电。然而，这不是绝对必要的。设备100也可以从其他能量源满足其能量需求。
37.系统10的各个设备100的内部时钟发生器110的频率111可以分别具有由构件公差引起的与其额定值的偏差。此外，系统10的设备100的内部时钟发生器110的频率111可以经受时间波动，所述时间波动例如可以由温度变化引起。这导致，当内部时钟120不同步时，系统10的设备100的内部时钟120可以以彼此不同的速度运行。例如，如果第一设备100，101的内部时钟120和第二设备100，102的内部时钟120以不同的速度运行，则第一设备100，101的
内部时钟120的时间和第二设备100，102的内部时钟120的时间在时间变化过程中逐渐相差。
38.为了防止这种情况发生，系统10的每个设备100被构造成使内部时钟120与共同的电网200的电网频率230同步。由此，各个设备100的内部时钟120也彼此同步。
39.电网频率230通常比设备100的内部时钟发生器110的频率111小多个数量级。电网频率230例如可以是50hz或60hz。
40.图2以示意图示出电网200的电压210的与时间400相关的变化曲线。电压210在时间400的进程中具有周期性出现的过零点220。在第一时间点401，出现电压210的第一过零点220，221。在第二时间点402，出现电压210的第二过零点220，222。在第一过零点220，221和第二过零点220，222之间存在电压210的半波，使得在第一时间点401和第二时间点402之间的时间间隔相应于半周期持续时间235，所述半周期持续时间作为电网200的电网频率230的倒数的一半计算。如果电网频率230例如为50hz，则半周期持续时间235为10ms。
41.为了使相应的内部时钟120与电网200的电网频率230同步，每个设备100可以被构造用于检测电网200的电压210的过零点220。在此，在每个过零点220时确定相应的设备100的内部时钟120的当前值。这在图2中示意性地示出。在第一时间点401的电压210的第一过零点220，221的情况下，内部时钟120具有第一时钟值121。在第二时间点402的第二过零点220，222中，内部时钟120具有第二时钟值122。因为内部时钟120已经在第一时间点401和第二时间点402之间递增，所以第二时钟值122大于第一时钟值121。第一时钟值121和第二时钟值122之间的差值可以被称为时钟进度123。
42.如果电网200的电网频率230对于相应的设备100是已知的，则内部时钟120与电网200的电网频率230的同步可以以如下方式进行：在第一时间点401和第二时间点402之间经过的时间段相应于电网200的电网频率230的对于相应的设备100同样已知的半周期持续时间235。因此，通过时钟进度123与半周期持续时间235的比较，可以确定相应的设备100的内部时钟120是运行得过快还是运行得过慢。如果时钟进度123大于半周期持续时间235，则内部时钟120运行得过快并且必须减速。如果时钟进度123小于半周期持续时间235，则内部时钟120运行得过慢并且必须加速。内部时钟120的减速或加速可以在系统10的每个设备100中例如通过适配可适配的参数112来实现，所述可适配的参数给出，相应的内部时钟120以与内部时钟发生器110的频率111的何种比例递增。
43.用于使内部时钟120与电网200的电网频率230同步的替代可行性方案在于，如此调节内部时钟120的速度，使得在电压210的相继过零点220之间的时钟进度123始终保持大致相同。如果时钟进度123在电压210的相继过零点220之间随时间增加，则内部时钟120运行得过快并且必须减速。如果时钟进度123在电压210的相继过零点220之间随时间减少，则内部时钟120运行得过慢并且必须加速。内部时钟120的减速或加速又可以在系统10的每个设备100中例如通过适配可适配的参数112来实现，该参数给出，相应的内部时钟120以与内部时钟发生器110的频率111的何种比例递增。在用于将内部时钟120与电网200的电网频率230同步的这种可行性方案中，设备100不必知道电网200的电网频率230。
44.内部时钟120与电网200的电网频率230的所描述的同步适宜地周期性地进行。例如，内部时钟120可以在电网200的电压210的每个过零点220处与电网200的电网频率230同步。但是也可能的是，内部时钟120比在电网200的电压210的每个过零点220的情况下更少
地同步。例如，内部时钟可以仅在电网200的电压210的每隔一个过零点220时被同步。
45.除了在所有设备100中存在的上述部件之外，系统10的设备100可以具有其他部件和特征，但替代地也可以省略这些部件和特征。下面示例性地描述一些这样的特征。系统10的设备100中的每个可以选择性地具有一个或多个这些特征或其他特征。
46.在图1所示的示例中，第一设备100，101具有传感器输入端140。第一设备100，101被构造用于借助传感器输入端140检测测量值141。测量值141例如可以是电压值。第一设备100，101可以被构造为通过由测量值141和时间戳124形成在图3中示意性示出的第一数据包310来为测量值141提供时间戳124。在此，时间戳124给出第一设备100，101的内部时钟120在测量值141已经被检测的时间点的值。
47.在图1中示出的示例中，第一设备100，101具有数据接口160，第一设备100，101通过该数据接口与数据网络300连接。数据网络300例如可以是基于以太网的数据网络。例如，数据网络300可以是ethercat数据网络。在这种情况下，第一设备100，101被构造为ethercat网络用户。
48.第一设备100，101可以被构造为通过数据网络300发送在图3中示出的具有测量值141和与测量值141相关联的时间戳124的第一数据包310。在此，第一设备100，101例如可以将第一数据包310发送给系统10的另一设备100。因为该另一设备100同样使其内部时钟120与电网200的电网频率230同步，所以包含在第一数据包310中的时间戳124于是涉及与另一设备100的内部时钟120同步的时间系统。
49.在图1所示的示例中，第一设备100，101具有信号输出端150。第一设备100，101被构造用于通过信号输出端150输出信号151。第一设备100，101例如可以被构造用于在第一设备100，101的内部时钟120的确定的时间值125处输出具有确定的信号值152的信号151。第一设备100，101例如可以在图4中示意性示出的第二数据包320中通过数据网络300接收时间值125和信号值152。第一设备100，101可以例如从系统10的另一设备100接收第二数据包320。因为该另一设备100的内部时钟120同样与电网200的电网频率230同步，所以该另一设备100可以基于其内部时钟120确定时间值125，该内部时钟与第一设备100，101的内部时钟120同步。
50.系统10的设备100例如可以被构造为物联网(internet of things，简称iot)设备(iot设备)。系统10的设备100例如可以是工业设施、风电场、太阳能场或其他设施的分布式控制及测量设备。例如，系统10的第一设备100，101可以布置在风能设备的叶片上，而第二设备100，102布置在风能设备的轮毂上。
51.附图标记列表
52.10
ꢀꢀ
系统
53.100 设备
54.101 第一设备
55.102 第二设备
56.110 内部时钟发生器
57.111 频率
58.112 参数
59.113 第一频率
60.115 第二频率
61.120 内部时钟
62.121 第一时钟值
63.122 第二时钟值
64.123 时钟进度
65.124 时间戳
66.125 时间值
67.130 电网接口
68.140 传感器输入端
69.141 测量值
70.150 信号输出端
71.151 信号
72.152 信号值
73.160 数据接口
74.200 电网
75.210 电压
76.220 过零点
77.221 第一过零点
78.222 第二过零点
79.230 电网频率
80.235 半周期持续时间
81.300 数据网络
82.310 第一数据包
83.320 第二数据包
84.400 时间
85.401 第一时间点
86.402 第二时间点