DE10133658B4

DE10133658B4 - Verfahren und Einrichtung zur entfernungsunabhängigen Energie-und Zeitinformationsübertragung zwischen einer Empfangseinrichtung und einer Synchronisationseinrichtung

Info

Publication number: DE10133658B4
Application number: DE2001133658
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Ing. Karl; Bruno Dipl.-Ing. Krauß
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: DE10133658A1

Abstract

Verfahren zur entfernungsunabhängigen Energie- und Zeitinformationsübertragung zwischen einer Empfangseinrichtung und einer räumlich entfernten, über eine Zweidrahtleitung verbundenen Synchronisationseinrichtung, wobei
– die Synchronisationseinrichtung Meßsignale generiert und diese über die gleichermaßen für die Energieübertragung vorgesehene Zweidrahtleitung an die Empfangseinrichtung übertragen werden,
– die Empfangseinrichtung aus den Meßsignalen die Laufzeiten der Zeitinformationen auf der Zweidrahtleitung ermittelt und daraus laufzeitkompensierte Zeitinformationen generiert,
– die laufzeitkompensierten Zeitinformation von der Empfangseinrichtung über die Zweidrahtleitung an die Synchronisationseinrichtung übertragen werden.

Description

Verfahren und Einrichtung zur entfernungsunabhängigen Energie- und Zeitinformationsübertragung zwischen einer Empfangseinrichtung und einer Synchronisationseinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur entfernungsunabhängigen Energie- und Zeitinformationsübertragung zwischen einer Empfangseinrichtung und einer Synchronisationseinrichtung.
Zur Zeitsynchronisation von Anlagen wird zunehmend das GPS-System (Global Position System) herangezogen. Es zeichnet sich durch seine weltweite Verfügbarkeit und durch sehr gute Empfangsqualität aus. Das GPS-System lässt sich als Signalquelle zur Uhrzeitsynchronisation bei Industrieanlagen und anderen räumlich weit verteilten Anlagen verwenden.
Zeitsynchronisationseinrichtungen für Industrieanlagen sind bekannt. Eine derartige Einrichtung hat beispielsweise als SICLOCK^® Eingang in die Praxis gefunden.
Die Anforderungen an die Genauigkeit der Zeitsynchronisation steigen. Dadurch gewinnt die Laufzeit auf den Verbindungsleitungen zwischen den Antennen und den „Zeitverbrauchern" (Empfänger der Zeitsignale bzw. der Zeitinformationen) in zunehmendem Maß an Bedeutung. Beispiele für räumlich weit verteilte Anlagen sind Kommunikationsnetze, deren Taktung eine hohe Genauigkeit bei der Zeitsynchronisation erfordert. Gleiches gilt für räumlich weit verteilte Leistungselektronik, z. B. Umrichter in der Bahnstromversorgung.
Beim Stand der Technik werden deshalb entweder nur kurze Verbindungsleitungen benutzt oder es wird auf die Genauigkeit bei der Zeitsynchronisation verzichtet.

Eine gleichzeitige Übertragung von Energie und Zeitinformationen über eine gemeinsame Verbindungsleitung ist an sich aus der DE 199 30 153 A1 bekannt.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Anwendungsbereich der bekannten Synchronisationseinrichtungen zu erweitern und ein hierfür geeignetes Verfahren sowie eine hierfür geeignete Einrichtung zu schaffen.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 2 gelöst. Bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 7 bzw. 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Einrichtung sind jeweils Gegenstand der weiteren Patentansprüche.

Bei der Erfindung erfolgt – unter Beibehaltung der von der Zeitsynchronisation vorgegebenen hohen Genauigkeit der Zeitinformationsübertragung – auf wenigstens einer Zweidrahtleitung gleichermaßen eine Energieübertragung und eine laufzeitkompensierte Zeitinformationsübertagung.

Durch das Verfahren bzw. durch die Einrichtung ist eine entfernungsunabhängige Verbindung zwischen Empfangseinrichtung und Synchronisationseinrichtung gewährleistet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen, jeweils als Blockschaltbild:

1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung und

2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Die Einrichtung gemäß 1 besteht aus einer Empfangseinrichtung 1 und einer Synchronisationseinrichtung 2.
Im Einzelnen enthält die Empfangseinrichtung 1 eine GPS-Antenne 11 mit Empfangsmodul, eine Verarbeitungseinheit 12 und eine Zeitkompensationseinrichtung 13 sowie ein Interface 14.
Die Synchronisationseinrichtung 2 umfasst ein Interface 21 und eine Verarbeitungseinheit 22.
Die Empfangseinrichtung 1 und die Synchronisationseinrichtung 2 sind über eine Zweidrahtleitung 3 (verdrilltes Leitungspaar) verbunden, die aufgrund des besonderen Aufbaus von Empfangseinrichtung 1 und Synchronisationseinrichtung 2 bis zu 1000 m lang sein kann.
Von der Antenne 11 empfangene unkompensierte Zeitsignale TSU werden in der Verarbeitungseinheit 12 zu unkompensierten Zeitinformationen TIU verarbeitet, die der Zeitkompensationseinrichtung 13 zugeführt werden.
In der Zeitkompensationseinrichtung 13 werden die unkompensierten Zeitinformationen TIU durch die ermittelte Laufzeit korrigiert. Dies erfolgt dadurch, dass in der Verarbeitungseinheit 12 aus den ermittelten Laufzeiten der Zeitinformationen Kompensationssignale CS gebildet werden, die zur Korrektur der unkompensierten Zeitinformationen TIU dienen. Am Interface 14 liegt damit eine kompensierte Zeitinformation TIC vor, die über die Zweidrahtleitung 3 zum Interface 21 in der Synchronisationseinrichtung 2 übertragen wird.
Die Verarbeitungseinheit 22 der Synchronisationseinrichtung 2 erhält vom Interface 21 die kompensierten Zeitinformationen TIC und stellt diese an ihrem Ausgang dem Empfänger („Zeitverbraucher") zur Verfügung. Weiterhin generiert die Verarbeitungseinheit 22 aus den kompensierten Zeitinformationen TIC Messsignale MS, welche über das Interface 21, die Zweidrahtleitung 3 und das Interface 14 zur Verarbeitungseinheit 12 der Antenne 11 übertagen werden. Die Verarbeitungseinheit 12 erzeugt aus den Messsignalen MS (ermittelte Laufzeiten der Zeitinformationen) neue Kompensationssignale CS für die Zeitkompensationseinrichtung 13 der Empfangseinrichtung 1. Die Laufzeit der Zeitinformationen wird bei diesem Ausführungsbeispiel also in der Empfangseinrichtung 1 kompensiert.
Die in 2 dargestellte Einrichtung besteht ebenfalls aus einer Empfangseinrichtung 1 und einer Synchronisationseinrichtung 2.
Im Einzelnen enthält die Empfangseinrichtung 1 eine GPS-Antenne 11 mit Empfangsmodul, eine Verarbeitungseinheit 12 und ein Interface 14.
Die Synchronisationseinrichtung 2 umfasst ein Interface 21 und eine Zeitkompensationseinrichtung 23.
Die Empfangseinrichtung 1 und die Synchronisationseinrichtung 2 sind über eine Zweidrahtleitung 3 (verdrilltes Leitungspaar) verbunden, die aufgrund des besonderen Aufbaus von Empfangseinrichtung 1 und Synchronisationseinrichtung 2 bis zu 1000 m lang sein kann.
Von der Antenne 11 empfangene unkompensierte Zeitsignale TSU werden in der Verarbeitungseinheit 12 zu unkompensierten Zeitinformationen TIU verarbeitet und dem Interface 14 zugeführt.
Die unkompensierten Zeitinformationen TIU werden über die Zweidrahtleitung 3 zum Interface 21 in der Synchronisationseinrichtung 2 übertragen.
Die Zeitkompensationseinrichtung 23 der Synchronisationseinrichtung 2 erhält vom Interface 21 die unkompensierten Zeitinformationen TIU, kompensiert sie und stellt die kompensierten Zeitinformationen TIC an ihrem Ausgang dem Empfänger („Zeitverbraucher") zur Verfügung. Weiterhin generiert die Zeitkompensationseinrichtung 23 aus den unkompensierten Zeitinformationen TIU Messsignale MS, welche über das Interface 21, die Zweidrahtleitung 3 und das Interface 14 zur Verarbeitungseinheit 12 der Antenne 11 übertagen werden. Die Verarbeitungseinheit 12 erzeugt aus den Messsignalen MS (ermittelte Laufzeiten der Zeitinformationen) neue Kompensationssignale CS für die Zeitkompensationseinrichtung 23 der Empfangseinrichtung 1. Die Kompensationssignale CS werden hierzu über das Interface 14, die Zweidrahtleitung 3 und das Interface 21 zur Zeitkompensationseinrichtung 23 übertragen. Die Laufzeit der Zeitinformationen wird bei dieser Ausgestaltung somit in der Synchronisationseinrichtung kompensiert.
Erfindungsgemäß dient die Zweidrahtleitung 3 neben der laufzeitkompensierten Zeitinformationsübertragung auch zur Energieübertragung von der Synchronisationseinrichtung 2 auf die Empfangseinrichtung 1. Die Übertragung der Energie E erfolgt in den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils durch einen Ruhestrom, der bei Nichtübertragung von Zeitinformationen fließt.
Um eine hohe Genauigkeit der Zeitinformationsübertagung zu erhalten, wird der Ruhestrom zumindest vermindert, vorzugsweise erfolgt die Zeitinformationsübertragung bei Ruhestromunterbrechung.

Claims

Verfahren zur entfernungsunabhängigen Energie- und Zeitinformationsübertragung zwischen einer Empfangseinrichtung und einer räumlich entfernten, über eine Zweidrahtleitung verbundenen Synchronisationseinrichtung, wobei – die Synchronisationseinrichtung Meßsignale generiert und diese über die gleichermaßen für die Energieübertragung vorgesehene Zweidrahtleitung an die Empfangseinrichtung übertragen werden, – die Empfangseinrichtung aus den Meßsignalen die Laufzeiten der Zeitinformationen auf der Zweidrahtleitung ermittelt und daraus laufzeitkompensierte Zeitinformationen generiert, – die laufzeitkompensierten Zeitinformation von der Empfangseinrichtung über die Zweidrahtleitung an die Synchronisationseinrichtung übertragen werden.
Verfahren zur entfernungsunabhängigen Energie- und Zeitinformationsübertragung zwischen einer Empfangseinrichtung und einer räumlich entfernten, über eine Zweidrahtleitung verbundenen Synchronisationseinrichtung, wobei – die Synchronisationseinrichtung Meßsignale generiert und diese über die gleichermaßen für die Energieübertragung vorgesehene Zweidrahtleitung an die Empfangseinrichtung übertragen werden, – die Empfangseinrichtung aus den Meßsignalen die Laufzeiten der Zeitinformation auf der Zweidrahtleitung ermittelt und daraus Kompensationssignale generiert, – die Zeitinformationen und die Kompensationssignale von der Empfangseinrichtung über die Zweidrahtleitung an die Synchronisationseinrichtung übertragen werden, – in der Synchronisationseinrichtung aus den Zeitinformationen und den Kompensationssignalen laufzeitkompensierte Zeitinformationen generiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragung durch einen Ruhestrom erfolgt, der bei Nichtübertragung von Zeitinformationen fließt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zeitinformationsübertragung der Ruhestrom zumindest vermindert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitinformationsübertragung bei Ruhestromunterbrechung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitinformationsübertragung in Form von Impulsen und/oder Datentelegrammen erfolgt.
Einrichtung zur entfernungsunabhängigen Energie- und Zeitinformationsübertragung zwischen einer Empfangseinrichtung (1) und einer räumlich entfernten, über eine Zweidrahtleitung (3) verbundenen Synchronisationseinrichtung (2), wobei – die Synchronisationseinrichtung (2) eine Verarbeitungseinheit (22) zur Generierung von Meßsignalen (MS) aufweist, – die Empfangseinrichtung (1) eine Verarbeitungseinheit (12) zur Ermittlung der Laufzeiten der Zeitinformationen auf der Zweidrahtleitung (3) aus den von der Verarbeitungseinheit (22) der Synchronisationseinrichtung (2) generierten und an die Empfangseinrichtung (1) übertragenen Meßsignalen (MS) sowie eine Zeitkompensationseinrichtung (13) zur Generierung von laufzeitkompensierten Zeitinformationen (TIC) aufweist, – die Zweidrahtleitung (3) gleichermaßen als Übertragungsmittel für die Energie (E) und für die laufzeitkompensierten Zeitinformationen (TIC) von der Empfangseinrichtung (1) an die Synchronisationseinrichtung (2) vorgesehen ist.
Einrichtung zur entfernungsunabhängigen Energie- und Zeitinformationsübertragung zwischen einer Empfangseinrichtung (1) und einer räumlich entfernten, über eine Zweidrahtleitung (3) verbundenen Synchronisationseinrichtung (2), wobei – die Synchronisationseinrichtung (2) eine Zeitkompensationseinrichtung (23) zur Generierung von Meßsignalen (MS) und zur Generierung von laufzeitkompensierten Zeitinformationen (TIC) aus Zeitinformationen (TIU) und Kompensationssignalen (CS) aufweist, – die Empfangseinrichtung (1) eine Verarbeitungseinheit (12) zur Ermittlung der Laufzeiten der Zeitinformationen (TIU) auf der Zweidrahtleitung (3) aus den von der Zeitkompensationseinrichtung (23) der Synchronisationseinrichtung (2) generierten und an die Empfangseinrichtung (1) übertragenen Meßsignalen (MS) sowie zur Generierung der Kompensationssignale (CS) aufweist, – die Zweidrahtleitung (3) gleichermaßen als Übertragungsmittel für die Energie (E), für die Zeitinformationen (TIU) und für die Kompensationssignale (CS) von der Empfangseinrichtung (1) an die Synchronisationseinrichtung (2) vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (1) eine Satellitenantenne (11) umfasst.