DE10041160B4

DE10041160B4 - container station

Info

Publication number: DE10041160B4
Application number: DE2000141160
Authority: DE
Inventors: Klas Eriksson; Christoffer Apneseth; Snorre Kjesbu
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 2000-08-21
Filing date: 2000-08-21
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2020-08-22
Also published as: NO20013986D0; DE10041160A1; NO20013986L

Abstract

Containerstation mit einer innerhalb eines aus Stahlbeton oder einem Metall gebildeten Containers (A) angeordneten industriellen oder elektrischen Anlage mit einer Vielzahl von Sensoren und Aktoren (5), welche mit einem zentralen Rechner (1) kommunizieren, dadurch gekennzeichnet,
– daß eine Basisstation (4) an den Rechner (1) angeschlossen ist, welche einen Funksender (8) und einen Funkempfänger (12) aufweist,
– daß zumindest ein Teil der Sensoren (5) mit einem Funksender (6) ausgestattet ist, welcher interessierende Sensor-Informationen beinhaltende Funksignale an die Basisstation (4) abgibt,
– daß zumindest ein Teil der Aktoren (5) mit einem Funkempfänger (7) ausgestattet ist, welcher Befehle von der Basisstation (4) erhält und
– daß innerhalb des Containers (A) mindestens eine von einem mittelfrequenten Oszillator (B) gespeiste Primärspule (C) zur drahtlosen Versorgung zumindest eines Teils der Sensoren und Aktoren (5) mit elektrischer Energie vorgesehen ist,
– daß zumindest eine Seitenwand bzw. der Boden bzw. die Decke des Containers (A) als Teil der Primärspule (C1, C2, C3, C4) dient,
– wobei die Sensoren und Aktoren (5) zumindest teilweise jeweils mindestens eine zur Energieaufnahme aus einem mittelfrequenten Magnetfeld geeignete Sekundärspule (19) aufweisen.Container station with an industrial or electrical system arranged within a container (A) made of reinforced concrete or a metal and having a plurality of sensors and actuators (5) which communicate with a central computer (1), characterized in that
- That a base station (4) is connected to the computer (1), which has a radio transmitter (8) and a radio receiver (12),
- That at least some of the sensors (5) are equipped with a radio transmitter (6) which transmits radio signals containing the sensor information of interest to the base station (4),
- That at least part of the actuators (5) is equipped with a radio receiver (7) which receives commands from the base station (4) and
- that within the container (A) at least one primary coil (C) fed by a medium-frequency oscillator (B) is provided for the wireless supply of at least some of the sensors and actuators (5) with electrical energy,
- That at least one side wall or the floor or the ceiling of the container (A) serves as part of the primary coil (C1, C2, C3, C4),
- The sensors and actuators (5) at least partially each have at least one secondary coil (19) suitable for absorbing energy from a medium-frequency magnetic field.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Containerstation gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a Container station according to the generic term of claim 1.

Unter einer Containerstation wird dabei jede in einen Container eingebaute industrielle bzw. elektrische Anlage verstanden, wie beispielsweise Schaltanlage (insbesondere für Niederspannung und Mittelspannung), Transformatorstation (beispielsweise mit Gießharztransformator), Energieverteilungsanlage, Energieumformanlage (Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom, Umformung von Wechselstrom unterschiedlicher Frequenz), Energieversorgungs- oder Energieerzeugungsstation (Stromerzeugungsstation mit Generator wie Windkraftgenerator oder Solargenerator, mobile Stromerzeugungsstation), Ersatzstromversorgungsanlage (unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage oder Diesel-Notstromanlage mit Stromerzeugungsaggregat), Wasserversorgungsanlage (Wasserförderung), Wasser/Abwasserbehandlungs- oder Abwasseraufbereitungsanlage, Gasförderanlage, Ölförderanlage (beispielsweise auf Bohrinseln), Flüssigkeitsüberwachungsanlage (Tankanlage).Under a container station each industrial or electrical installed in a container System understood, such as switchgear (in particular for low voltage and medium voltage), transformer station (for example with cast resin transformer), Energy distribution system, energy conversion system (conversion of alternating current in direct current, conversion of alternating current of different frequency), Power supply or power generation station (power generation station with generator such as wind power generator or solar generator, mobile Power generation station), backup power supply system (uninterruptible Power supply system or diesel emergency power system with power generator), Water supply system (water production), water / wastewater treatment or wastewater treatment plant, gas production plant, oil production plant (for example on oil rigs), liquid monitoring system (Tank system).

Der die Anlage enthaltende Container selbst besteht dabei allseitig (Seitenwände, Boden, Decke) aus Stahlbeton oder aus einem elektromagnetische Strahlung abschirmenden Metall (beispielsweise verzinktes Eisenblech, Aluminium).The container containing the system itself consists of reinforced concrete on all sides (side walls, floor, ceiling) or from an electromagnetic radiation shielding metal (for example galvanized iron sheet, aluminum).

Bei derartigen Containerstationen ist es allgemeiner bekannter Stand der Technik, die Kommunikation zwischen einem Rechner bzw. Steuerung/Regelung bzw. Prozeßleitsystem einerseits und den einzelnen Sensoren und/oder Aktoren der Anlage andererseits über Draht- bzw. Kabelverbindungen zu realisieren. Unter dem Begriff Kommunikation wird insbesondere die Weiterleitung von Sensorsignalen (Daten) von den Sensoren zum Rechner und die Abgabe von Befehlen vom Rechner an die Aktoren verstanden. Die Energieversorgung der Sensoren und Aktoren erfolgt Leitungen/Kabel.With such container stations It is generally known state of the art that communication between a computer or control / regulation or process control system on the one hand and the individual sensors and / or actuators of the system on the other hand about To realize wire or cable connections. Under the term Communication is especially the forwarding of sensor signals (data) from the sensors to the computer and issuing commands from the computer understood to the actuators. The energy supply for the sensors and actuators lines / cables.

In der DE 199 26 562 A1 wird ein System für eine eine Vielzahl von Aktoren aufweisende Maschine, insbesondere Fertigungsautomat, vorgeschlagen,

– wobei jeder Aktor mindestens eine zur Energieaufnahme aus einem mittelfrequenten Magnetfeld geeignete Sekundärwicklung aufweist,
– wobei mindestens eine von einem mittelfrequenten Oszillator gespeiste Primärwicklung zur drahtlosen Versorgung der Aktoren mit elektrischer Energie vorgesehen ist,
– wobei jeder Aktor mit einer Empfangseinrichtung ausgestattet ist, welche Funksignale einer mit einem Prozessrechner der Maschine verbundenen zentralen Sendeeinrichtung empfängt.

In the DE 199 26 562 A1 a system for a machine having a plurality of actuators, in particular a production machine, is proposed,

Each actuator has at least one secondary winding suitable for absorbing energy from a medium-frequency magnetic field,
At least one primary winding fed by a medium-frequency oscillator is provided for the wireless supply of the actuators with electrical energy,
- Each actuator is equipped with a receiving device which receives radio signals from a central transmitting device connected to a process computer of the machine.

Des weiteren werden ein Verfahren und eine Anordnung zur drahtlosen Versorgung einer Vielzahl Aktoren mit elektrischer Energie vorgeschlagen.Furthermore, a procedure and an arrangement for the wireless supply of a plurality of actuators proposed with electrical energy.

In der DE 199 26 799 A1 wird ein System für eine eine Vielzahl von Sensoren, insbesondere Näherungssensoren, aufweisende Maschine, insbesondere Fertigungsautomat, vorgeschlagen,

– wobei jeder Sensor mindestens eine zur Energieaufnahme aus einem mittelfrequenten Magnetfeld geeignete Sekundärwicklung aufweist,
– wobei mindestens eine von einem mittelfrequenten Oszillator gespeiste Primärwicklung zur drahtlosen Versorgung der Sensoren mit elektrischer Energie vorgesehen ist,
– wobei jeder Sensor mit einer Sendeeinrichtung ausgestattet ist, welche interessierende Sensor-Informationen beinhaltende Funksignale an eine zentrale, mit einem Prozessrechner der Maschine verbundene Empfangseinrichtung abgibt.

In the DE 199 26 799 A1 A system is proposed for a machine, in particular a production machine, which has a large number of sensors, in particular proximity sensors.

Each sensor has at least one secondary winding suitable for absorbing energy from a medium-frequency magnetic field,
At least one primary winding fed by a medium-frequency oscillator is provided for the wireless supply of electrical energy to the sensors,
- Each sensor is equipped with a transmitting device which transmits radio signals containing the sensor information of interest to a central receiving device connected to a process computer of the machine.

Des weiteren werden ein Verfahren und eine Anordnung zur drahtlosen Versorgung einer Vielzahl Sensoren mit elektrischer Energie vorgeschlagen.Furthermore, a procedure and an arrangement for the wireless supply of a plurality of sensors proposed with electrical energy.

Aus der WO 94/11851 A1 ist ein miniaturisierter Telemetriebaustein bekannt, der insbesondere zur drahtlosen Übertragung von mit einem Sensor gewonnenen Messgrößen oder an einen Aktor übermittelten Signalgrößen oder bei der Programmierung von Steuer-, Regel- bzw. Kontrollsystemen dient. Beim Verfahren der Telemetrie wird üblicherweise mittels eines Hochfrequenzgenerators über ein Antennensystem drahtlos in einen Impulsübertrager Energie eingespeist, der mit einem Sensor in Verbindung steht, dessen Messgrößen der reflektierenden Welle aufgeprägt werden und nach Demodulation auswertbar sind.From the WO 94/11851 A1 A miniaturized telemetry module is known which is used in particular for the wireless transmission of measurement variables obtained with a sensor or signal quantities transmitted to an actuator or for the programming of control, regulating or control systems. In the telemetry method, energy is usually fed wirelessly into an impulse transmitter by means of a high-frequency generator via an antenna system, which is connected to a sensor, the measured variables of which are impressed on the reflecting wave and can be evaluated after demodulation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Containerstation der eingangs genannten Art mit vereinfachter Kommunikation und Energieversorgung anzugeben.The invention has for its object a Container station of the type mentioned at the beginning with simplified communication and energy supply.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is linked with the features of the preamble according to the invention solved the features specified in the characterizing part of claim 1.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß im Vergleich zu konventionellen Lösungen mit Kabel- bzw. Drahtanschlüssen für die Kommunikation und die Energieversorgung der aufgrund der Kabel- bzw. Drahtanschlüsse durch Planung, Material, Installation (Montage), Dokumentation und Wartung bedingte relativ hohe Kostenfaktor entfällt. Die Planung, Herstellung und Montage wird insbesondere bei einer großen Vielzahl von Sensoren und Aktoren der Anlage beträchtlich vereinfacht. Da die Kabel- bzw. Drahtverbindungen insgesamt ein relativ hohes Gewicht aufweisen, ergibt sich eine vorteilhafte Gewichtsreduktion.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that in comparison to conventional solutions with cable or wire connections for communication and energy supply, those due to the cable or wire connections due to planning, material, installation (assembly), documentation and maintenance relatively high cost factor is eliminated. Planning, production and assembly are considerably simplified, especially with a large number of sensors and actuators in the system. Since the cable or wire connections have a relatively high weight overall, there is an advantageous weight reduction on.

Es können keine Ausfälle aufgrund von Draht- bzw. Kabelbrüchen oder schlechten, beispielsweise korrodierten Kontakten auftreten, was die Langzeitzuverlässigkeit er höht. Die innerhalb des Containers produzierte elektromagnetische und magnetische Strahlung kann eine relativ hohe Leistung aufweisen und bereitet trotzdem hinsichtlich ihrer Wirkung (Emission) nach außen hin keinerlei Probleme, da durch die Seitenwän de, den Bodenbereich und die Decke des Containers eine ausreichende Abschirmung gegen diese Strahlung gegeben ist. Somit werden Störungseinflüsse (Interferenzen) außerhalb der Containerstation zuverlässig verhindert.There can be no failures due to wire or cable breaks or bad, for example corroded contacts occur, what the long-term reliability elevated. The electromagnetic and produced inside the container magnetic radiation can have a relatively high power and still prepares for their effect (emission) Outside no problems because of the side walls, the floor area and the Cover the container with adequate shielding against this radiation given is. Thus, influences of interference (interference) except for Container station reliable prevented.

Im Vergleich zur Verwendung von Batterien zur drahtlosen Energieversorgung entfallen der Wartungsaufwand und der Kostenaufwand, der durch den erforderlichen Austausch von Batterien – zumal an schwer zugänglichen Stellen – bedingt ist.Compared to using batteries for wireless power supply eliminates the maintenance effort and the Cost, due to the required replacement of batteries - especially at difficult to access Make - conditional is.

Im angegebenen Mittelfrequenz-Bereich der Energieversorgung mittels eines magnetischen Feldes von etwa 15 kHz bis etwa 15 MHz sind die sich durch Skineffekte ergebenden Nachteile, beispielsweise die auftretenden Verluste, noch handhabbar. Die elektromagnetischen Wellen werden aufgrund der im Vergleich zu den auftretenden Wellenlängen zu kleinen und deshalb als Antennen unwirksamen Primärspulen nicht abgestrahlt. Eine EMV-Messung von eventuell abgestrahlten Störungen muß nicht erfolgen. Vorteilhaft tritt auch an unzugänglichen Stellen innerhalb des Containers ein zur Energieversorgung ausreichend starkes Magnetfeld auf. Es ergibt sich ein relativ einfacher Aufbau der Anordnung.In the specified medium frequency range the energy supply by means of a magnetic field of about 15 kHz to about 15 MHz are the disadvantages resulting from skin effects, for example the losses occurring, still manageable. The electromagnetic Waves become due to the compared to the occurring wavelengths small and therefore ineffective as primary antennas not emitted. An EMC measurement of any radiated disorders does not have to respectively. Advantageously occurs even in inaccessible places a sufficiently strong magnetic field for the energy supply on. The arrangement is relatively simple.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.Further advantages are from the description below seen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the Invention are in the subclaims characterized.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below of the embodiments illustrated in the drawing. It demonstrate:

1 den prinzipiellen Aufbau der Kommunikation und der Energieversorgung von Sensoren und Aktoren einer Containerstation, 1 the basic structure of the communication and the energy supply of sensors and actuators of a container station,

2 das Kommunikationssystem der Sensoren und Aktoren der Containerstation, 2 the communication system of the sensors and actuators of the container station,

3 den Aufbau einer Basisstation, 3 the construction of a base station,

4 den Aufbau eines Sensors und Aktors, 4 the construction of a sensor and actuator,

5, 6 unterschiedliche Ausführungsformen für Primärspulen. 5 . 6 different embodiments for primary coils.

In 1 ist der prinzipielle Aufbau der Kommunikation und der Energieversorgung von Sensoren und Aktoren einer Containerstation dargestellt. Es ist ein eine elektrische oder industrielle Anlage enthaltender Container A zu erkennen, wobei diese Anlage eine Vielzahl von Sensoren und Aktoren 5.1, 5.2, 5.3 . . . 5.n (n = beliebige ganze Zahl) oder allgemein 5 aufweist. Die Kommunikation zwischen den Sensoren und Aktoren 5.1, 5.2, 5.3 . . . 5.n einerseits und einer zentralen Basisstation 4 andererseits erfolgt über Funksignale.In 1 the basic structure of the communication and the energy supply of sensors and actuators of a container station is shown. A container A containing an electrical or industrial installation can be seen, this installation comprising a large number of sensors and actuators 5.1 . 5.2 . 5.3 , , , 5.n (n = any integer) or generally 5. Communication between the sensors and actuators 5.1 . 5.2 . 5.3 , , , 5.n on the one hand and a central base station 4 on the other hand, via radio signals.

Zweckmäßig erfolgt die Energieversorgung dieser Sensoren und Aktoren 5.1, 5.2, 5.3 . . . 5.n ebenfalls drahtlos, wozu mindestens eine mittels eines Oszillator B gespeiste Primärspule C innerhalb des Containers A angeordnet ist. Der Oszillator B speist die mindestens eine Primärspule C mit einer mittelfrequenten Schwingung im Bereich von etwa 15 kHz bis 15 MHz, wodurch ein magnetisches Feld dieser Frequenz erzeugt wird. Wie bereits eingangs angedeutet, würde diese Mittelfrequenz zur Abstrahlung von elektromagnetischen Feldern führen, deren Wellenlängen größer als 22 m bis 22 km sind und damit größer sind als die Abmessung der eingesetzten Primärspule C, so daß die Primärspule C aufgrund ihrer Abmessungen nicht als Antenne für derartige elektromagnetische Strahlung wirkt.These sensors and actuators are expediently supplied with energy 5.1 . 5.2 . 5.3 , , , 5.n likewise wireless, for which purpose at least one primary coil C fed by means of an oscillator B is arranged inside the container A. The oscillator B feeds the at least one primary coil C with a medium-frequency oscillation in the range from approximately 15 kHz to 15 MHz, as a result of which a magnetic field of this frequency is generated. As already indicated at the beginning, this center frequency would lead to the emission of electromagnetic fields, the wavelengths of which are greater than 22 m to 22 km and thus larger than the dimension of the primary coil C used, so that the primary coil C is not an antenna for such due to its dimensions electromagnetic radiation works.

Gemäß einer in 1 skizzierten beispielhaften Ausführungsform bestehen die beiden elektrisch parallel am Oszillator B angeschlossenen und horizontal angeordneten Primärspulen C aus jeweils einer einzigen Windung oder auch aus jeweils mehreren Windungen, wobei die Sensoren und Aktoren 5 zwischen den sich gegenüberliegenden Primärspulen C angeordnet sind. Zweckmäßig liegt die Primärspule C über einem Kompensationskondensator am Oszillator B, wodurch ein resonanter Betrieb erzielt wird. Zwischen den beiden Primärspulen C tritt ein relativ gleichmäßiges Magnetfeld auf. Von Wichtigkeit ist es dabei, daß sich die Aktoren und Sensoren 5 stets im sich zwischen beiden Primärspulen C ausbildenden magnetischen Feld befinden, so daß über ihre Sekundärwicklungen (siehe auch 4 mit Beschreibung) eine magnetische Ankopplung wirksam und demzufolge eine Energieeinspeisung in die Sensoren und Aktoren möglich ist.According to one in 1 Outlined exemplary embodiment, the two primary coils C, which are electrically connected in parallel to the oscillator B and are arranged horizontally, each consist of a single turn or also each of a plurality of turns, the sensors and actuators 5 are arranged between the opposing primary coils C. The primary coil C is expediently located above a compensation capacitor on the oscillator B, as a result of which resonant operation is achieved. A relatively uniform magnetic field occurs between the two primary coils C. It is important that the actuators and sensors 5 are always in the magnetic field forming between the two primary coils C, so that their secondary windings (see also 4 with description) a magnetic coupling is effective and consequently energy can be fed into the sensors and actuators.

Bei Ausbildung der Primärspule C mit einer einzigen Windung kann diese Windung aus mehreren Wicklungsabschnitt-Flächen zusammengesetzt sein, welche als vollflächige Platten oder grob- oder feinmaschiges Gewebe oder Netz aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise einem Metall bestehen. Desgleichen ist es möglich, zumindest einzelne Wicklungsabschnitt-Flächen durch mehrere Leiter zu bilden, welche elektrisch parallel geschaltet sind. Auch kann eine derartige Wicklungsabschnitt-Fläche von der Stahl-Armierung einer Betonplatte gebildet sein, welche als Seitenwand des Containers A fungiert. Desgleichen ist eine Integration von Wicklungsabschnitt-Flächen in Fußboden, Seitenwänden und Decke des Containers A in gleicher Art und Weise realisierbar. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel hierzu mit vier Wicklungsabschnitt-Flächen C1, C2, C3, C4, welche durch den Boden, die Decke und zwei Seitenwandungen des Containers A gebildet werden.When the primary coil C is formed with a single turn, this turn can be composed of a plurality of winding section surfaces, which consist of full-surface plates or coarse or fine-mesh fabric or mesh made of an electrically conductive material, preferably a metal. Likewise, it is possible to form at least individual winding section surfaces by a plurality of conductors which are electrically connected in parallel. Such a winding section surface can also be formed by the steel reinforcement of a concrete slab, which acts as the side wall of the container A. Likewise, integration of winding section surfaces in the floor, side walls and ceiling of container A can be implemented in the same way. 5 shows an embodiment of this with four winding section surfaces C1, C2, C3, C4, which are formed by the bottom, the ceiling and two side walls of the container A.

Die Primärspulen C können angeordnet sein, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist, es sind jedoch weitere hierzu unterschiedliche Ausführungsformen der Primärspule C realisierbar. Bei Einsatz von zwei Primärspulen C können diese auch orthogonal angeordnet sein. Des weiteren kann lediglich eine einzige Primärspule C vorgesehen sein, welche alle Sensoren und Aktoren 5 der Anlage global umfaßt. Alternativ hierzu können auch drei orthogonal zueinander angeordnete Primärspulen C5, C6, C7 vorgesehen sein, was den Vorteil hat, daß ein besonders gleichmäßiges Magnetfeld ohne bestimmte Vorzugsrichtungen produziert wird. Eine derartige Ausführungsform ist in 6 gezeigt.The primary coils C can be arranged as shown in the drawing, but they are Further different embodiments of the primary coil C can be implemented. When using two primary coils C, these can also be arranged orthogonally. Furthermore, only a single primary coil C can be provided, which contains all sensors and actuators 5 of the facility globally. As an alternative to this, three primary coils C5, C6, C7 arranged orthogonally to one another can also be provided, which has the advantage that a particularly uniform magnetic field is produced without certain preferred directions. Such an embodiment is in 6 shown.

Als Sensoren 5 sind beispielsweise Temperaturmeßsensoren, Druckmeßsensoren, Strommeßsensoren, Spannungsmeßsensoren, Näherungssensoren/Näherungsschalter, Endschalter, Lichtschranken, optische und kapazitive Sensoren einsetzbar.As sensors 5 For example, temperature measuring sensors, pressure measuring sensors, current measuring sensors, voltage measuring sensors, proximity sensors / proximity switches, limit switches, light barriers, optical and capacitive sensors can be used.

Als Aktoren 5 werden beispielsweise mikromechanische, piezoelektrische, elektrochemische, magnetostriktive, elektrostriktive, elektrostatische oder elektromagnetische Aktoren eingesetzt.As actuators 5 For example, micromechanical, piezoelectric, electrochemical, magnetostrictive, electrostrictive, electrostatic or electromagnetic actuators are used.

Bei Realisierung der Containerstation als Schaltanlage werden beispielsweise folgende Sensoren und Aktoren 5 mit drahtloser Kommunikation und drahtloser Energieversorgung eingesetzt: Strommeßsensoren, Spannungsmeßsensoren, Temperaturmeßsensoren, Druckmeßsensoren, Spannungsrelais, Frequenzrelais, Stellungsmelder (für Leistungsschalter, Trennschalter und Erdungsschalter), Überstromrelais, Überlastrelais, Differentialrelais, Distanzrelais, Wiedereinschaltrelais, Erdschlußrichtungsrelais, Verriegelungen von Schaltgeräten, Schreiber (für Strom, Spannung, Leistung, Frequenz, Leistungsfaktor), Zähler (Energiemengen).When the container station is implemented as a switchgear, the following sensors and actuators are used, for example 5 used with wireless communication and wireless energy supply: current measuring sensors, voltage measuring sensors, temperature measuring sensors, pressure measuring sensors, voltage relays, frequency relays, position indicators (for circuit breakers, isolating switches and earthing switches), overcurrent relays, overload relays, differential relays, distance relays, reclosing relays, earth leakage directional switching relays, latches (locking devices) , Voltage, power, frequency, power factor), counter (amount of energy).

In 2 ist das Kommunikationssystem der Containerstation dargestellt. Es ist ein Rechner 1 bzw. Prozeßleitsystem bzw. Steuerung/Regelung zu erkennen. Ein an den Rechner 1 angeschlossener Monitor 2 dient zur Visualisierung des Prozeßablaufes bzw. Prozeßzustandes. Eine Bedieneinheit 3 dient zur Bedienung des Rechners 1 und zur direkten Kommunikation mit dem Rechner 1 bzw. mit der Steuerung/Regelung. Unmittelbar an den Rechner 1 ist die Basisstation 4 angeschlossen. Diese Basisstation 4 weist einen Funksender und einen Funkempfänger oder eine kombinierte Sende/Empfangseinrichtung auf, welche Funksignale (Hochfrequenzsignale) abgibt und empfängt. Es erfolgt eine drahtlose Kommunikation zwischen der Basisstation 4 und der Vielzahl von Sensoren und Aktoren 5.1, 5.2, 5.3 . . . 5.n, welche der im Container A eingebauten Anlage zugeordnet sind.In 2 the communication system of the container station is shown. It is a calculator 1 or process control system or control. One to the computer 1 connected monitor 2 serves to visualize the process flow or process status. One control unit 3 is used to operate the computer 1 and for direct communication with the computer 1 or with the control system. Immediately to the computer 1 is the base station 4 connected. This base station 4 has a radio transmitter and a radio receiver or a combined transceiver which emits and receives radio signals (high-frequency signals). There is wireless communication between the base station 4 and the multitude of sensors and actuators 5.1 . 5.2 . 5.3 , , , 5.n which are assigned to the system installed in container A.

Die drahtlose Kommunikation zwischen der Basisstation 4 und den einzelnen Sensoren und Aktoren 5.1 bis 5.n erfolgt vorzugsweise über 2-Weg Funkverbindungen. Jeder Sensor und Aktor 5 ist hierzu mit einem Funksender 6.1 . . . 6.n oder allgemein 6 und/oder einem Funkempfänger 7.1 . . . 7.n oder allgemein 7 oder einer kombinierten Sende/Empfangseinrichtung ausgestattet, die Funksignale abgibt und empfängt. Beispiels weise geben die Sensoren Sensorsignale (Daten), d. h. Funksignale hinsichtlich des aktuellen Zustandes/Schaltzustandes, der aktuellen Temperatur oder der aktuellen Spannung ab und empfangen Parametersätze über Funk, wie beispielsweise Sensor-Schaltschwellen bzw. Schalthysteresen (bidirektionale Kommunikation).The wireless communication between the base station 4 and the individual sensors and actuators 5.1 to 5.n preferably takes place via 2-way radio connections. Every sensor and actuator 5 is for this with a radio transmitter 6.1 , , , 6.n or in general 6 and / or a radio receiver 7.1 , , , 7.n or generally 7 or a combined transceiver that emits and receives radio signals. For example, the sensors emit sensor signals (data), ie radio signals with regard to the current state / switching state, the current temperature or the current voltage and receive parameter sets via radio, such as sensor switching thresholds or switching hysteresis (bidirectional communication).

Die Aktoren empfangen Parametersätze und Steuerbefehle zur Ausführung bestimmter Handlungen und geben Rückmeldesignale, d. h. Funksignale hinsichtlich aktueller Aktor-Informationen, wie die Rückmeldung "gewünschte Handlung erfolgreich/nicht erfolgreich ausgeführt" oder allgemein die Rückmeldung über die aktuelle Aktorstellung an den Rechner 1 ab (bidirektionale Kommunikation). Die Funksignale zu allen Sensoren und/oder Aktoren 5.1 . . . 5.n bzw. von allen Sensoren und/oder Aktoren werden von der Basisstation 4 als zentraler Sende/Empfangseinrichtung des Prozeßleitsystems der Anlage abgegeben bzw. empfangen.The actuators receive parameter sets and control commands for the execution of certain actions and give feedback signals, ie radio signals with regard to current actuator information, such as the feedback "desired action successfully / not successfully carried out" or generally feedback to the computer about the current actuator position 1 ab (bidirectional communication). The radio signals to all sensors and / or actuators 5.1 , , , 5.n or of all sensors and / or actuators are from the base station 4 issued or received as the central transceiver of the process control system of the system.

In 3 ist der Aufbau einer Basisstation dargestellt. Die Basisstation 4 weist einen Funksender 8 mit vorgeschaltetem Modulator/Codieren 9 und nachgeschalteter Antenne 10 zur Abstrahlung modulierter und codierter Signale auf. Der Modulator/Codieren 9 ist mit einer Verarbeitungseinheit 11 (zur Verarbeitung der Kommunikationssignale) verbunden, desgleichen ein Demodulator/Decodierer 13 mit vorgeschaltetem Funkempfänger 12, welcher zweckmäßig an die gleiche Antenne 10 angeschlossen ist, um modulierte und codierte Signale zu empfangen. Die Verarbeitungseinheit 11 ist an den Rechner 1 angeschlossen.In 3 the structure of a base station is shown. The base station 4 has a radio transmitter 8th with upstream modulator / coding 9 and downstream antenna 10 for the emission of modulated and coded signals. The modulator / coding 9 is with a processing unit 11 (for processing the communication signals), as well as a demodulator / decoder 13 with upstream radio receiver 12 which suitably to the same antenna 10 is connected to receive modulated and encoded signals. The processing unit 11 is on the calculator 1 connected.

In einer einfacheren, nur zur drahtlosen 1-Weg Kommunikation mit Sensoren geeigneten Ausführungsform weist die Basisstation 4 einen Funkempfänger 10 auf, während jeder Sensor lediglich mit einem Funksender 6.1 . . . 6.n versehen ist. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die erfaßten Sensordaten als drahtlose Sensorsignale an die Basisstation 4 zu übermitteln.In a simpler embodiment, which is only suitable for wireless 1-way communication with sensors, the base station has 4 a radio receiver 10 on, while each sensor has only one radio transmitter 6.1 , , , 6.n is provided. In this embodiment, it is possible to send the acquired sensor data to the base station as wireless sensor signals 4 to transmit.

In einer einfacheren, nur zur drahtlosen 1-Weg Kommunikation mit Aktoren geeigneten Ausführungsform weist die Basisstation 4 einen Funksender 8 auf, während jeder Aktor lediglich mit einem Funkempfänger 7.1 . . . 7.n versehen ist. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die notwendigen Steuerbefehle und Parametersätze drahtlos an die Aktoren zu übermitteln.In a simpler embodiment which is only suitable for wireless 1-way communication with actuators, the base station has 4 a radio transmitter 8th on, while each actuator only has one radio receiver 7.1 , , , 7.n is provided. In this embodiment, it is possible to wirelessly transmit the necessary control commands and parameter sets to the actuators.

In 4 ist der Aufbau eines Sensors oder Aktors dargestellt. Ein Sensor 5 weist einen eine Sensorumgebung detektierenden Sensorkopf 14 inklusive Signalauswertung, einen an den Sensorkopf 14 angeschlossenen Modulator/Codierer 15 und den diesem nachgeschalteten Funksender 6 auf. Der zur Funkübertragung von Sensorsignalen dienende Funksender 6 ist an eine Antenne 16 angeschlossen. Diese Antenne 16 dient vorzugsweise gleichzeitig zum Empfang von Parametersätzen über Funk, wie vorgegebene Sensor-Schaltschwellen bzw. Schalthysteresen und ist hierzu mit dem Funkempfänger 7 verbunden, der an einen Demodulator/Decodieren 17 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal des Demodulators/Decodierers 17 wird einer Verarbeitungseinheit 18 (inklusive Speicher) zugeleitet, welche wiederum mit dem Sensorkopf 14 in Verbindung steht. Alternativ hierzu weist der Sensorkopf 14 Mittel zur Verarbeitung und Speicherung der empfangenen Parametersätze auf.In 4 the structure of a sensor or actuator is shown. A sensor 5 has a sensor head detecting a sensor environment 14 including signal evaluation, one to the sensor head 14 connected modulator / encoder 15 and the radio transmitter connected to it 6 on. The radio transmitter used for radio transmission of sensor signals 6 is on an antenna 16 connected. This antenna 16 preferably serves at the same time to receive parameter sets via radio, such as predefined sensor switching thresholds or Switch hysteresis and is for this with the radio receiver 7 connected to a demodulator / decode 17 connected. The output signal of the demodulator / decoder 17 becomes a processing unit 18 (including memory), which in turn with the sensor head 14 communicates. Alternatively, the sensor head has 14 Means for processing and storing the received parameter sets.

Bei Ausführung als Aktor bezeichnet Ziffer 14 eine Stellungsanzeige und Ziffer 18 das eigentliche Aktorelement, beispielsweise ein Schütz, eine Anzeigeeinheit oder ein Stellglied.When executed as an actuator, number is indicated 14 a position indicator and digit 18 the actual actuator element, for example a contactor, a display unit or an actuator.

Wie vorstehend bereits erwähnt, kommuniziert die zentrale Basisstation 4 mit den Sensoren und Aktoren über Funk, d. h. die Basisstation 4 empfängt einerseits Sensorsignale der Sensoren sowie Rückmeldesignale der Aktoren und strahlt andererseits Befehle an die Aktoren sowie Parametersätze an die Sensoren ab. Zur Trennung der einzelnen Funkverbindungen untereinander und zur Verhinderung von störenden Interferenzen zwischen den einzelnen Kommunikationswegen können allgemein bekannte Verfahren der Funktechnik eingesetzt werden (beispielsweise CDMA, Code Division Multiple Access oder TDMA, Time Division Multiple Access).As mentioned above, the central base station communicates 4 with the sensors and actuators via radio, ie the base station 4 receives sensor signals from the sensors and feedback signals from the actuators on the one hand and transmits commands to the actuators and parameter sets to the sensors on the other. To separate the individual radio connections from one another and to prevent disruptive interference between the individual communication paths, generally known methods of radio technology can be used (for example CDMA, Code Division Multiple Access or TDMA, Time Division Multiple Access).

Eine Energieversorgung jedes Sensors und/oder Aktors 5 dient zur Versorgung von Sensorkopf bzw. Stellungsanzeige 14, Modulator/Codieret 15, Funksender 6, Funkempfänger 7, Demodulator/Decodieren 17 und Verarbeitungseinheit bzw. Aktorelement 18. Diese Energieversorgung weist mindestens eine Sekundärspule 19 (alternativ zwei Sekundärspulen oder drei orthogonale Sekundärspulen, Aufbau wie unter 6 zur Primärspule gezeigt) zur Umwandlung der Energie des von der Primärspule C erzeugten magnetischen Feldes in elektrische Energie auf, des weiteren einen nachgeschalteten Energiewandler bzw. Gleichrichter und einen Energiespeicher, in 4 mit Ziffer 20 bezeichnet. Zweckmäßig ist ein Kompensationskondensator zwischen Sekundärspule 19 und Energiewandler angeordnet, um derart einen Resonanzbetrieb zu erzielen. Wie bereits vorstehend angedeutet, liegt eine rein magnetische Kopplung gemäß dem Transformatorprinzip (und keine wirksame elektromagnetische Kopplung) zwischen der Primärspule C und den Sekundärwicklungen 19 der Energieversorgungen von Sensoren und Aktoren vor.An energy supply for each sensor and / or actuator 5 serves to supply the sensor head or position indicator 14 , Modulator / coding 15 , Radio transmitter 6 , Radio receiver 7 , Demodulator / decoding 17 and processing unit or actuator element 18 , This energy supply has at least one secondary coil 19 (alternatively two secondary coils or three orthogonal secondary coils, construction as below 6 shown to the primary coil) for converting the energy of the magnetic field generated by the primary coil C into electrical energy, further a downstream energy converter or rectifier and an energy store, in 4 with number 20 designated. A compensation capacitor between the secondary coil is expedient 19 and energy converters arranged so as to achieve resonance operation. As already indicated above, there is a purely magnetic coupling according to the transformer principle (and no effective electromagnetic coupling) between the primary coil C and the secondary windings 19 of the energy supplies for sensors and actuators.

Claims

Container station with an industrial or electrical system arranged inside a container (A) made of reinforced concrete or a metal and with a large number of sensors and actuators ( 5 ), which with a central computer ( 1 ) communicate, characterized in that - a base station ( 4 ) to the computer ( 1 ) is connected, which is a radio transmitter ( 8th ) and a radio receiver ( 12 ), - that at least some of the sensors ( 5 ) with a radio transmitter ( 6 ), which radio signals containing the sensor information of interest to the base station ( 4 ), - that at least some of the actuators ( 5 ) with a radio receiver ( 7 ) which commands from the base station ( 4 ) and - that within the container (A) at least one primary coil (C) fed by a medium-frequency oscillator (B) for the wireless supply of at least some of the sensors and actuators ( 5 ) with electrical energy is provided - that at least one side wall or the floor or the ceiling of the container (A) serves as part of the primary coil (C1, C2, C3, C4), - the sensors and actuators ( 5 ) at least partially at least one secondary coil suitable for energy absorption from a medium-frequency magnetic field ( 19 ) exhibit.

Container station according to claim 1, characterized in that at least some of the sensors ( 5 ) for receiving parameter sets with a radio receiver ( 7 ) Is provided.

Container station according to claim 1, characterized in that at least some of the actuators ( 5 ) for submitting feedback with a radio transmitter ( 6 ) Is provided.

Container station according to at least one of the preceding claims, characterized through the use of combined transmitters / receivers.

Container station according to claim 1, characterized by a single one, the sensors and actuators ( 5 ) global comprehensive primary coil.

Container station according to Claim 1, characterized by at least two primary coils (C) arranged in parallel next to one another, between which the sensors and actuators ( 5 ) are arranged.

Container station according to claim 1, characterized by two primary coils arranged orthogonally to one another.

Container station according to claim 1, characterized by three primary coils arranged orthogonally to one another (C5, C6, C7).

Container station according to at least one of claims 5-8, characterized characterized that the at least a primary winding is connected to a compensation capacitor.

Container station according to at least one of claims 5-9, characterized in that the Secondary coil ( 19 ) an energy converter and energy storage ( 20 ) is connected downstream.

Container station according to claim 10, characterized in that a compensation capacitor between the secondary coil ( 19 ) and energy converter ( 20 ) is arranged.

Container station according to at least one of claims 5-11, characterized by two or three orthogonal secondary coils.