DE102004021380A1 - Vorrichtung zur Stromversorgung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stromversorgung, die mehrere Stromversorgungskomponenten aufweist. Die Stromversorgungskomponenten sind jeweils mit einer Kommunikationsschnittstelle versehen und über diese Kommunikationsschnittstelle und einem Kommunikationskanal mit einer gemeinsamen Analyse- und Steuereinheit verbunden. Die Analyse- und Steuereinheit steuert ein Lastmanagement der Stromversorgungskomponenten.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stromversorgung, die mehrere Stromversorgungskomponenten aufweist.
- Stromversorgungen werden üblicherweise als Standalone-Vorrichtungen betrieben. Sie sind in der Regel mit einem einfachen Meldekontakt ausgestattet. Damit kann angezeigt werden, ob der Zustand der Stromversorgung derzeit ungestört oder gestört ist.
- Stromversorgungen setzen typischerweise ein eingangsseitiges hohes Spannungsniveau, beispielsweise eine 230V-Wechselspannung oder eine 400V-Wechselspannung, auf ein niedriges Spannungsniveau, beispielsweise eine Gleichspannung von 24V, um. Dadurch können Verbraucher wie Sensoren, elektronische Steuerungen, Ventile und Pumpen mit einer geeigneten Spannung betrieben werden, ohne dass für jeden einzelnen Verbraucher eine eigene Stromversorgung notwendig ist. Derartige Stromversorgungen werden beispielsweise in der Fertigungs- und Automatisierungstechnik in großem Umfang eingesetzt.
- In der
DE 103 55 613.3 sind eine Diagnoseeinheit für eine Stromversorgung sowie eine mit einer Diagnoseeinheit ausgestattete Stromversorgung beschrieben. Die Diagnoseeinheit überwacht die Stromversorgung ausgangsseitig auf eine unzulässige Abweichung zumindest eines zu überwachenden Parameters von einem Vergleichswert. Im Falle einer unzulässigen Abweichung von dem Vergleichswert erfasst die Diagnoseeinheit Messwerte auf der Eingangsseite der Stromversorgung im zeitlichen Umfeld der unzulässigen Abweichung in einem Zeitfenster. Die Diagnoseeinheit legt dann die zugehörigen Messwerte in einem Speicher ab. Dadurch wird erreicht, dass die von einer netzseitigen Störung verursachte Abweichung eines zu überwachenden Parameters, beispielsweise eine Unterschreitung der Ausgangsspannung, zweifelsfrei dokumentiert werden kann. Auf diese Weise kann einem Betreiber der Stromversorgung nachgewiesen werden, dass nicht die Stromversorgung, sondern das übergeordnete Stromnetz nicht den spezifizierten Anforderungen zum Betrieb von Stromversorgungen genügt. Eingangs- und ausgangsseitige Netzfehler sowie stromversorgungsseitige Gerätefehler können problemlos und zeitnah mit geringem Aufwand erfasst, abgefragt und analysiert werden. In einer Ausführungsform weist die Diagnoseeinheit eine Kommunikationsschnittstelle zum Auslesen des Speichers aus. Über diese Schnittstelle kann der Speicher mit den Messwerten ausgelesen und beispielsweise auf einem angeschlossenen Personalcomputer mit einer geeigneten Software ausgewertet werden. Über die Kommunikationsschnittstelle der Diagnoseeinheit ist auch eine Fernbedienung möglich. Dabei können Online-Messwerte an einen angeschlossenen Personalcomputer übertragen und bewertet werden. Ferner besteht die Möglichkeit, neue Firmware oder neue Werte für die zu überwachenden Parameter in die Steuereinheit der Diagnoseeinheit zu laden. - Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Arbeitsweise der bekannten Stromversorgung zu verbessern.
- Diese Aufgabe wird durch eine Stromversorgung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass durch die Kommunikationsfähigkeit aller Komponenten der Stromversorgung alle inneren Parameter der Stromversorgung ausgewertet, protokolliert, eingestellt und gesteuert werden können. Damit ist es möglich, ein Stromversorgungsmanagement zu realisieren, bei welchem alle inneren Parameter der Stromversorgung Berücksichtigung finden.
- Sind die Stromversorgungskomponenten über einen Konzentrator mit der gemeinsamen Analyse- und Steuereinheit verbunden, dann kann in vorteilhafter Weise der Kommunikationskanal zwischen dem Konzentrator und der Analyse- und Steuereinheit anders realisiert sein als die Verbindungen zwischen den Stromversorgungskomponenten und dem Konzentrator. Beispielsweise kann es sich bei den Verbindungen zwischen den Stromversorgungskomponenten und dem Konzentrator um einen unter Verwendung von Kabeln realisierten Bus handeln, während der Konzentrator mit der Analyse- und Steuereinheit über einen drahtlosen Kommunikationskanal verbunden ist, beispielsweise eine Funkübertragungsstrecke.
- Vorzugsweise weist die Analyse- und Steuereinheit einen Speicher auf, der zur dauerhaften Abspeicherung bzw. Protokollierung der die Stromversorgungskomponenten betreffenden Zustandsmeldungen vorgesehen ist. Die abgespeicherten Werte stehen für eine spätere genaue Analyse der Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung, beispielsweise zur Analyse im Falle einer Betriebsstörung.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind auch die Stromversorgungskomponenten jeweils mit einem Speicher versehen. Dieser Speicher, der in Form eines Ringspeichers realisiert sein kann, speichert für die Dauer eines definierten Zeitfensters die jeweilige Stromversorgungskomponente betreffende Parameter ab und stellt sie dann bei Abruf der Analyse- und Steuereinheit zur Verfügung.
- Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Zeichnungen. Es zeigt:
-
1 eine Blockdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zur Stromversorgung und -
2 eine Blockdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zur Stromversorgung. - Die
1 zeigt eine Blockdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zur Stromversorgung. Die gezeigte Vorrichtung weist eine Stromversorgung1 auf, die mehrere Stromversorgungskomponenten2 ,3 ,4 ,5 ,6 enthält. Bei diesen Stromversorgungskomponenten handelt es sich um ein Grundgerät2 , ein Puffermodul3 , ein unterbrechungsfreies Stromversorgungsmodul4 , ein Redundanzmodul5 und ein Diagnosemodul6 . Das Grundgerät2 ist an das Wechselstromnetz angeschlossen und stellt ausgangsseitig eine geregelte Versorgungsgleichspannung von 24V zur Verfügung. Das Puffermodul3 dient zur Überbrückung kurzzeitiger Netzunterbrechungen. Das unterbrechungsfreie Stromversorgungsmodul4 dient zur Überbrückung längerer Netzunterbrechungen. Das Redundanzmodul5 wird beispielsweise bei einer Störung des Grundgerätes2 aktiviert oder auch im Falle einer hohen Belastung der Stromversorgung. Das Diagnosemodul6 dient einer ausgangsseitigen Überwachung der Stromversorgung1 auf eine unzulässige Abweichung eines zur überwachenden Parameters von einem Vergleichswert. - Das Grundgerät
2 weist einen Speicher2a auf. Das Puffermodul3 ist mit einem Speicher3a versehen. Dem unterbrechungsfreien Stromversorgungsmodul4 gehört ein Speicher4a an. Das Redundanzmodul5 ist mit einem Speicher5a ausgestattet. Das Diagnosemodul6 enthält einen Speicher6a . Diese Speicher2a ,3a ,4a ,5a und6a sind jeweils in Form eines Ringspeichers realisiert und speichern Daten, die die Zustände der jeweiligen Komponenten beschreiben, für die Dauer eines vorgegebenen Zeitfensters ab. - Diese Daten werden dann zyklisch, nach Ablauf vorgegebener Zeitintervalle oder bei Abruf durch eine externe Analyse- und Steuereinheit
7 an einer Schnittstelle S der jeweiligen Komponente ausgegeben und einem Bus10 zur Verfügung gestellt. - Bei diesem Bus kann es sich um das Ethernet, um einen Profibus, einen IEC-Bus oder einen CAN-Bus handeln. Alternativ dazu können die Schnittstellen S auch Schnittstellen zum Internet, GSM-Schnittstellen, UMTS-Schnittstellen, USB-Schnittstellen, Funkschnittstellen oder Infrarot-Schnittstellen sein.
- Bei der externen Analyse- und Steuereinheit
7 handelt es sich vorzugsweise um einen Personalcomputer. Dieser weist eine Tastatur7a , einen Prozessor7b , einen Speicher7c und ein Display7d auf. Die Analyse- und Steuereinheit7 empfängt und analysiert die über den Bus10 übertragenen Daten der einzelnen Komponenten2 ,3 ,4 ,5 und6 der Stromversorgung1 . Die Analyse- und Steuereinheit7 ist deshalb stets über alle internen Parameter der Stromversorgung1 informiert und folglich dazu in der Lage, ein Stromversorgungsmanagement durchzuführen. Dabei gibt sie Befehls- bzw. Steuersignale oder Steuerprogramme aus, die über den Bus10 an die jeweilige Komponente2 ,3 ,4 ,5 oder6 der Stromversorgung1 übertragen werden und die Arbeitsweise der jeweiligen Komponente beeinflussen. Weiterhin sorgt die Prozessoreinheit7b dafür, dass den internen Parametern der Stromversorgung1 entsprechende Daten in einem Speicherbereich des Speichers7c dauerhaft abgespeichert bzw. protokolliert werden, so dass sie bei Bedarf für eine spätere Auswertung zur Verfügung stehen. Ferner sorgt die Prozessoreinheit7b dafür, dass im Sinne eines Stromversorgungsmonitorings auf dem Display7d in alphanumerischer und/oder grafischer Form Diagramme oder Tabellen dargestellt werden, die dem Servicepersonal der jeweiligen Anlage Informationen über die Zustände der einzelnen Stromversorgungskomponenten geben. - Beispiele für Zustandsmeldungen, die von den einzelnen Stromversorgungskomponenten über den Bus
10 an die Analyse- und Steuereinheit7 übertragen werden, sind:
Das Grundgerät2 meldet der Analyse- und Steuereinheit7 den gemessenen Ausgangsstrom und die gemessene Ausgangsspannung, eine Information darüber, ob der Zustand des Grundgeräts gestört oder ungestört ist, eine Information darüber, ob ein Kurzschlussfall vorliegt, eine Information darüber, ob ein Überlastfall vorliegt, Informationen über innere Klimaparameter des Grundgeräts, beispielsweise über die dort herrschende Temperatur und die Feuchtigkeit, sowie Informationen über weitere Soll- und Istwerte. - Das Puffermodul
3 meldet der Analyse- und Steuereinheit7 den momentanen Ladezustand, eine Information darüber, ob der Zustand des Puffermoduls gestört oder ungestört ist, eine Information darüber, ob das Puffermodul momentan aktiv, inaktiv oder im Standby-Zustand ist, sowie weitere Soll- und Istwerte. - Das unterbrechungsfreie Stromversorgungsmodul
4 meldet der Analyse- und Steuereinheit7 , ob die Pufferung gestört oder ungestört ist, ob das Modul im Einsatz ist oder im Standby-Betrieb, wie der Ladezustand des Akkus ist, ob ein Akkutausch fällig ist oder nicht, die verbleibende Pufferzeit, den Batterieschutz betreffende Signale (Tiefentladungsschutz, Drahtbruch, Verpolung, ...) und die Dauer der Pufferzeit. - Das Redundanzmodul
5 meldet der Analyse- und Steuereinheit7 , ob die Stromversorgung gestört oder ungestört ist, ob ein Kurzschlussfall vorliegt, ob ein Überlastfall vorliegt und ob ein zu hoher Summenstrom vorliegt, aufgrund dessen ein Redundanzbetrieb nicht mehr möglich ist. - Auch das Diagnosemodul
6 stellt der Analyse- und Steuereinheit7 Meldungssignale zur Verfügung, die den momentanen Betriebszustand und die Funktionsfähigkeit des Diagnosemoduls6 betreffen. - Die Analyse- und Steuereinheit
7 gibt über den Bus6 an die einzelnen Komponenten beispielsweise folgende Steuersignale zurück: - – Steuersignale,
die die Ausgangsspannung des Grundgeräts
2 einstellen, - – Steuersignale,
die die Strombegrenzung des Grundgeräts
2 einstellen, - – Steuersignale,
die das Überlastverhalten
des Grundgeräts
2 einstellen, - – Steuersignale, die eine Kennlinienumschaltung bewirken,
- – Steuersignale,
die die Akkuladung der unterbrechungsfreien Stromversorgung
4 betreffen, - – Steuersignale,
die eine Umschaltung zwischen Pufferbetrieb und Ladebetrieb der
unterbrechungsfreien Stromversorgung
4 betreffen, - – Steuersignale, die die Strombegrenzung im Pufferbetrieb betreffen,
- – Steuersignale, die Akkutestparameter betreffen, usw..
- Die
2 zeigt eine Blockdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zur Stromversorgung. Die in der2 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der in der1 dargestellten Vorrichtung lediglich dadurch, dass zwischen den Stromversorgungskomponenten2 ,3 ,4 ,5 ,6 der Stromversorgung1 und der Analyse- und Steuereinheit7 ein Konzentrator8 angeordnet ist. Dieser Konzentrator8 ist über einen Bus10 mit den genannten Stromversorgungskomponenten2 ,3 ,4 ,5 ,6 verbunden. Weiterhin ist der Konzentrator8 über einen Kommunikationskanal9 mit der externen Analyse- und Steuereinheit7 verbunden. - Der Vorteil dieses zweiten Ausführungsbeispiels besteht insbesondere darin, dass die zwischen den Stromversorgungskomponenten und dem Konzentrator
8 vorgesehenen Verbindungen andersartig als die zwischen dem Konzentrator8 und der Analyse- und Steuereinheit7 vorgesehene Verbindung 9 realisiert sein können. Beispielsweise handelt es sich bei den zwischen den Stromversorgungskomponenten2 ,3 ,4 ,5 ,6 und dem Konzentrator8 vorgesehenen Verbindungen um verdrahtete Busleitungen, während der Kommunikationskanal9 zwischen dem Konzentrator8 und der Analyse- und Steuereinheit7 beispielsweise eine Funkübertragungsstrecke oder das Internet ist. Dies ermöglicht es, die Analyse- und Steuereinheit7 in großer Entfernung vom Konzentrator8 und damit auch in großer Entfernung von der Stromversorgung1 vorzusehen. - Eine Vorrichtung zur Stromversorgung gemäß der vorliegenden Erfindung weist demnach mehrere Stromversorgungskomponenten auf, die jeweils eine Kommunikationsschnittstelle haben. Sie sind über diese Kommunikationsschnittstelle direkt oder über einen Konzentrator mit einer externen Analyse- und Steuereinheit verbunden. Diese überwacht im Sinne eines Online-Betriebes alle Parameter der Stromversorgung und verändert beispielsweise bei Erkennung eines Fehlerfalles die Betriebsart der Stromversorgung. Beispielsweise steuert sie einen Redundanzbetrieb, einen Notbetrieb oder eine Lastverteilung. Die im Rahmen des Online-Betriebes gemeldeten Parameter der einzelnen Komponenten der Stromversorgung werden in einem Speicher der Analyse- und Steuereinheit protokolliert und stehen bei Bedarf für eine spätere detaillierte Analyse der Stromversorgung zur Verfügung. Ein Stromversorgungsmanagement gemäß der Erfindung erhöht die Verfügbarkeit und die Zuverlässigkeit des gesamten Stromversorgungssystems und damit auch des Automatisierungs- oder Fertigungssystems, in welchem das Stromversorgungssystem eingesetzt ist.
- Alternativ zu den anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen kann es sich bei der Analyse- und Steuereinheit
7 anstelle eines Personalcomputers auch um ein Programmiergerät, um eine speicherprogrammierbare Steuerung oder um eine Fernsteuerungseinheit handeln. - Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise der Analyse- und Steuereinheit
7 Steuersignale zu generieren, aufgrund derer die Arbeitsweise der Stromversorgung1 umgeschaltet oder umprogrammiert wird, beispielsweise von einer Stromversorgungsbetriebsart in eine Ladegerätbetriebsart. Diese Umschaltung kann rein softwaremäßig vorgenommen werden oder unter Verwendung eines in der jeweiligen Stromversorgungskomponente angeordneten Schalters, dessen Schaltbetrieb von der Analyse- und Steuereinheit7 gesteuert wird. Ein derartiger Schalter ist in den1 und2 gestrichelt angedeutet und mit dem Bezugszeichen2b versehen.
Claims (13)
- Vorrichtung zur Stromversorgung, die mehrere Stromversorgungskomponenten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungskomponenten (
2 ,3 ,4 ,5 ,6 ) jeweils eine Kommunikationsschnittstelle (S) aufweisen und über diese Kommunikationsschnittstelle und einen Kommunikationskanal (10 ,9 ) mit einer gemeinsamen Analyse- und Steuereinheit (7 ) verbunden sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungskomponenten über einen Konzentrator (
8 ) und einen Kommunikationskanal (9 ) mit der gemeinsamen Analyse- und Steuereinheit (7 ) verbunden sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Analyse- und Steuereinheit (
7 ) über den Kommunikationskanal (10 ,9 ) Signale zuführbar sind, die Zustandsmeldungen über die jeweilige Stromversorgungskomponente (2 ,3 ,4 ,5 ,6 ) enthalten. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Stromversorgungskomponenten (
2 ,3 ,4 ,5 ,6 ) von der Analyse- und Steuereinheit (7 ) Steuersignale und/oder Steuerprogramme zuführbar sind, die den Betriebszustand der jeweiligen Stromversorgungskomponente beeinflussen. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse- und Steuereinheit (
7 ) mit einem Speicher (7c ) versehen ist, der zur Abspeicherung der Zustandsmeldungen der Stromversorgungskomponenten dient. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungskomponenten jeweils mit einem Speicher (
2a ,3a ,4a ,5a ,6a ) versehen sind, der zur Abspeicherung der Zustandsmeldungen der jeweiligen Stromversorgungskomponente dient. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicher der Stromversorgungskomponenten jeweils Ringspeicher sind.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse- und Steuereinheit (
7 ) ein Lastmanagement der Stromversorgungskomponenten steuert. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse- und Steuereinheit (
7 ) ein Personalcomputer, ein Programmiergerät, eine speicherprogrammierbare Steuerung oder eine Fernsteuerungseinheit ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse- und Steuereinheit (
7 ) der Stromversorgung (1 ) Steuersignale zuführt, aufgrund derer die Arbeitsweise der Stromversorgung umgeschaltet oder umprogrammiert wird. - Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse- und Steuereinheit (
7 ) der Stromversorgung (1 ) Steuersignale zuführt, aufgrund derer die Arbeitsweise der Stromversorgung von einer Stromversorgungsbetriebsart in eine Ladegerätbetriebsart umgeschaltet wird. - Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet dass mindestens eine Stromversorgungskomponente einen Schalter aufweist, dessen Schaltbetrieb von der Analyse- und Steuereinheit (
7 ) steuerbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Umschaltung des Schalters die Stromversorgungskomponente von einer ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart umgeschaltet wird.
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