DE102005054693A1 - Steuer- bzw. Regelsystem zum Antrieb eines Tores oder einer Türe - Google Patents

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Abstract

Steuer- bzw. Regelsystem zum Antrieb eines Tores oder einer Türe vorgesehen, umfassend DOLLAR A eine Energieaufnahmeeinheit, welche ausgelegt ist, an ein elektrisches Energieliefersystem angeschlossen zu werden, DOLLAR A eine Ausgangssignaleinheit, welche zumindest mit einer Steuervorrichtung eines Tor- bzw. Türantriebs in elektrischer Signalverbindung bringbar ist, DOLLAR A eine Datenverarbeitungseinheit, die mit der Energieaufnahmeeinheit und der Ausgangssignaleinheit in elektrischer Signalverbindung steht, DOLLAR A eine Steuersignaleinheit, die ausgelegt ist, Steuersignale zur Steuerung des Tor- bzw. Türantriebs zu empfangen und der Datenverarbeitungseinheit zuzuführen, wobei DOLLAR A die Datenverarbeitungseinheit einen Aktivzustand und einen Passivzustand aufweist, bei welchem Passivzustand zu der Steuereinrichtung des tor- bzw. Türantriebs die elektrische Signalverbindung unterbrochen ist, und bei welchem Aktivzustand ein Initiierungs- bzw. wake-up-Signal gefolgt von einem von der Steuersignaleinheit empfangenem Steuersignal über die Ausgangssignaleinheit der Steuereinrichtung des Tor- bzw. Türantriebs zugeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Steuer- bzw. Regelsystem, welches insbesondere zum Antrieb von Toren dient.
  • Vorrichtungen der in Rede stehenden Art werden zum Betätigen von Toren und Türen eingesetzt, insbesondere im domestizilen und industriellen Bereich.
  • Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von gattungsgemäßen Vorrichtungen bekannt. Hierbei werden die meisten Anlagen mit 12 bis 24 V betrieben und aus dem Netz versorgt (110 bis 240 V). Der Stromverbrauch dieser Steuerungen ist im stand-by-Betrieb sehr hoch (ca. 40–50 mA). Infolgedessen sind derartige Systeme nur eingeschränkt in einem netzunabhängigen Akku-betrieb verwendbar. Ferner sind mit 12–24 V Spannung betriebene, Akku- oder solar-versorgte Systeme bekannt. Problematisch bei derartigen Systemen ist, dass sich bei sinkender Akkuspannung (z.B. hervorgerufen durch Kälte oder Betrieb) die Betriebsgeschwindigkeit verlangsamt. Darüber hinaus ist bei sinkender Akkuspannung eine zuverlässige Überprüfung sicherheitsrelevanter Funktionen während des Betriebs nicht mehr möglich. Während einer Bewegung ist kontinuierlich zu prüfen, ob ein Hindernis berührt wird (Kraftabschaltung), wobei bei Berührung sofort eine Reversion der Bewegung erfolgen muß. Dieses Freigeben eines Gegenstandes ist dann nicht mehr gewährleistet.
    •
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuer- bzw. Regelsystem zum Antrieb eines Tores und ein Tor- bzw. Türschließsystem vorzusehen, welche einen langen und sicheren Betrieb des Tores ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Steuer- bzw. Regelsystem zum Antrieb eines Tores mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Tor- bzw. Türschließsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß ist ein Steuer- bzw. Regelsystem zum Antrieb eines Tores oder einer Türe vorgesehen, umfassend
    eine Energieaufnahmeeinheit, welche ausgelegt ist, an ein elektrisches Energieliefersystem angeschlossen zu werden,
    eine Ausgangssignaleinheit, welche zumindest mit einer Steuereinrichtung eines Tor- bzw. Türantriebs in elektrischer Signalverbindung bringbar ist,
    eine Datenverarbeitungseinheit, die mit der Energieaufnahmeeinheit und der Ausgangssignaleinheit in elektrischer Signalverbindung steht,
    eine Steuersignaleinheit, die ausgelegt ist, Steuersignale zur Steuerung des Tor- bzw. Türantriebs zu empfangen und der Datenverarbeitungseinheit zuzuführen, wobei
    die Datenverarbeitungseinheit einen Aktivzustand und einen Passivzustand aufweist, bei welchem Passivzustand zu der Steuereinrichtung des Tor- bzw. Türantriebs die elektrische Signalverbindung unterbrochen ist, und bei welchem Aktivzustand ein Initiierungs- bzw. wake-up-Signal gefolgt von einem von der Steuersignaleinheit empfangenem Steuersignal über die Ausgangssignaleinheit der Steuereinrichtung des Tor- bzw. Türantriebs zugeführt wird.
  • Das Steuer- bzw. Regelsystem kann einer beliebigen bestehenden Torsteuerung ohne Eingriffe oder Veränderungen vorgeschaltet werden und verringert so den Stromverbrauch der gesamten Anlage signifikant bis auf wenige mA. Für den alltäglichen Betrieb der Anlage bleibt das vorgeschaltete Steuer- bzw. Regelsystem nahezu transparent. Lediglich bei länger, geöffnetem Tor wird die Antwortzeit der Torsteuerung unwesentlich erhöht. Das Steuer- bzw. Regelsystem ermöglicht es somit vorteilhafterweise, durch signifikante Senkung des „stand-by" Stromverbrauchs, eine Torsteuerung unabhängig vom öffentlichen Stromnetz an Akkumulatoren oder Solaranlagen zu betreiben.
  • Bevorzugterweise weist das Steuer- bzw. Regelsystem eine Spannungsstabilisierungseinheit auf, welche vorzugsweise zwischen der Energieaufnahmeeinheit und der Datenverarbeitungseinheit zwischengeschaltet ist und welche ausgelegt ist, ein im wesentlichen konstantes und vorbestimmbares elektrisches Signal der Ausgangssignaleinheit zuzuführen.
  • Der integrierte Booster bzw. die Spannungsstabilisierungseinheit ist vorteilhafterweise auf einen Wert zwischen 26 bis 32 V (je nach bestehender Anlage), der dann konstant gehalten wird, einstellbar und garantiert dadurch eine stabile Spannungsversorgung einer optional in das Steuer- bzw. Regelsystem integrierbaren Prüfelektronik.
  • Vorzugsweise weist das Steuer- bzw. Regelsystem eine elektrische Energieempfangseinheit auf, um – beispielsweise von einem Solarpanel – elektrische Energie zu erhalten und diese dem Energieliefersystem – beispielsweise einem Akku – zuzuführen.
  • Eine in der Energieempfangseinheit integrierte Ladeelektronik sorgt zweckmäßigerweise für ein sicheres Laden der Akkus. Es schützt den Akku vor Tiefentladung und Überladung. Droht eine Tiefentladung, so werden mittels einer Feedbackeinrichtung, die vorzugsweise akustische oder optische Signale ausgibt, Warnsignale während der Öffnungs- und/oder Schließbewegung des Tores erzeugt bzw. ausgegeben. Um die Akkus nicht zu zerstören, sind vorteilhafterweise Schutzschaltmittel vorgesehen, um die Anlage unterhalb gewisser Spannungsgrenzwerte abzuschalten.
  • Zweckmäßigerweise weist die Energieempfangseinheit Mittel auf, um einen Schutz vor Überladung und/oder Tiefentladung des Energieliefersystems bereitzustellen.
  • Insbesondere ist eine integrierte Solarladeregelung mit Temperatur-kompensiertem Überlade- und Tiefentladeschutz vorgesehen.
  • Ferner ist ein erfindungsgemäßes Tor- bzw. Türschließsystem, insbesondere für Schwenk- oder Rolltore, vorgesehen, umfassend
    einen Tor- bzw. Türantrieb mit einer Steuereinrichtung zum Bewegen eines Tores zwischen einer Offenstellung und einer Geschlossenstellung,
    eine elektrische Energiequelle,
    ein Steuer- bzw. Regelsystem, das zwischen der Energiequelle und der Steuereinrichtung geschaltet ist und aufweist
    • – eine Energieaufnahmeeinheit, welche mit der elektrische Energiequelle in elektrischer Verbindung steht bzw. bringbar ist,
    • – eine Ausgangssignaleinheit, welche zumindest mit der Steuereinrichtung des Tor- bzw. Türantriebs in elektrischer Signalverbindung steht bzw. bringbar ist,
    • – eine Datenverarbeitungseinheit, die mit der Energieaufnahmeeinheit und der Ausgangssignaleinheit in elektrischer Signalverbindung steht,
    • – eine Steuersignaleinheit, die ausgelegt ist, Steuersignale zur Steuerung des Tor- bzw. Türantriebs zu empfangen und der Datenverarbeitungseinheit zuzuführen, wobei die Datenverarbeitungseinheit einen Aktivzustand und einen Passivzustand aufweist, bei welchem Passivzustand zu der Steuereinrichtung des Tor- bzw. Türantriebs die elektrische Signalverbindung unterbrochen ist, und bei welchem Aktivzustand ein Initiierungs- bzw. wake-up-Signal gefolgt von einem von der Steuersignaleinheit empfangenem Steuersignal über die Ausgangssignaleinheit der Steuereinrichtung des Tor- bzw. Türantriebs zugeführt wird.
  • Nachfolgend wird beispielhaft die Funktionsweise des Steuer- bzw. Regelsystems beschrieben. Im Standby-Betrieb sind vorteilhafterweise alle peripheren Module, außer dem Empfänger bzw. der Steuersignaleinheit und vorzugsweise vorgesehenen Eingängen für Taster oder andere Schaltmittel, abgeschaltet. Wird ein Steuersignal (z.B. Funksignal) oder Tasterimpuls dem Steuer- bzw. Regelsystem zugeführt, so erfolgt vorzugsweise folgender Programmablauf.
    • – Der Booster bzw. die Spannungsstabilisierungseinheit wird ein- und die Spannung auf die Torsteuerung bzw. Steuereinrichtung durchgeschaltet
    • – Eine definierte Pause lässt der Torsteuerung für ihre eigenen Initialisierungroutinen Zeit, da die Torsteuerung bis zu diesem Zeitpunkt einen Zustand der dem nach einem Netzausfall entspricht.
    • – Das Steuer- bzw. Regelsystem generiert nach dieser Pause einen kurzen Impuls am Taster-Eingang der Torsteuerung. Wenn das Tor geschlossen war, wird es in die Offenstellung bewegt.
    • – Mittels in dem Steuer- bzw. Regelsystem vorgesehenen Zeitsignalmitteln wird nach einer vorbestmmten bzw. vorbestimmbaren Zeitspanne der Booster und die Spannung an der Torsteuerung abgeschaltet. Infolgedessen wird die Anlage wieder in den Standby-Zustand vesetzt, außer ein erneuter Funk- oder Schalterimpuls setzt diese Zeit wieder zurück. In diesem Standby-Zustand sind vorteilhafterweise alle peripheren Module, außer dem Empfänger bzw. der Steuersignaleinheit und vorzugsweise vorgesehenen Eingängen für Taster oder andere Schaltmittel, abgeschaltet. Insbesondere ist die gesamte Torantriebseinheit inklusive Steuereinrichtung abgeschaltet, d.h. nicht mit Strom versorgt.
    • – Wenn sich das Tor in der Offenstellung befindet, generiert das Steuer- bzw. Regelsystem einen zweiten, kurzen Impuls, damit das Tor anläuft (vgl. hierzu nachfolgenden Absatz). Dies ist gewünscht, da aus Sicherheitsgründen Torsteuerungen nach einem Stromausfall bei geöffnetem Tor einen zweiten Impuls erwarten, um den Torlauf bzw. eine Schließbewegung zu starten.
  • Eine besonders vorteilhafte Eigenschaft des Steuer- bzw. Regelsystems ist es, ohne Eingriffe in die Torsteuerung oder Zusatzgeräte wie Endlagenschalter, zu erkennen, ob ein Tor geschlossen oder geöffnet ist. Nach dem ersten Impuls, der bei geschlossenem Tor, zum sofortigen Anlaufen führen würde, wird der Strom, der in die Torsteuerung fließt, gemessen. Aus der Stärke des fließenden Stromes alleine lässt sich jedoch nicht erkennen, ob der Torantrieb läuft oder nicht. Auch eingeschaltete Peripheriegeräte wie Lampen und Sicherheitseinrichtungen benötigen einen Strom, der in der etwa gleichen Größenordnung ist, wie der Antriebsmotorstrom. Allerdings erzeugt ein laufender Torantrieb ein spezifisches Strommuster. Die Datenverarbeitungseinheit des Steuer- bzw. Regelsystems ist vorteilhafterwei se ausgelegt, mittels digitaler Signalanalyse (Diskrete Fourier Transformation) dieses Muster zu erkennen und bewerten, so daß aufgrund diese Signalanalyse bestimmt werden kann, ob der Torantrieb nach dem ersten Impuls losgelaufen ist oder nicht. Die Datenverarbeitungseinheit des Steuer- bzw. Regelsystems ist ferner vorteilhafterweise ausgelegt, diese Erkennung durchzuführen, wenn ein Wechselrichter zwischen dem Steuer- bzw. Regelsystem und dem Torantrieb geschaltet ist (Dieser Wechselrichter ist aber nur bei höherer versorgungsspannung bis 240 V antriebe nötig). Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Steuer- bzw. Regelsystem möglich, weil das Steuer- bzw. Regelsystem vorteilhafterweise eine Signalfiletereinheit aufweist, um die vom Wechselrichter verursachten Signale herauszufiltern. Ist der Antrieb nicht losgelaufen, so wird nach einer einstellbaren Pause ein zweiter Impuls an den Tastereingang der Torsteuerung gelegt, der den Torantrieb dann startet.
    •
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele zeigender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 ein Diagram eines Tor- bzw. Türschließsystems mit dem Steuer- bzw. Regelsystem gemäß der Erfindung.
  • 2 ein Schaltungsdiagramm einer ersten Ausführungsform der Erfindung
  • In 1 ist die Anbindung des erfindungsgemäßen Steuer- bzw. Regelsystems 1 in ein Tor- bzw. Türschließsystem dargestellt. Das Tor- bzw. Türschließsystem weist eine Torantriebseinheit 52 in Form eines Antriebsmotors auf, der an eine Steuereinrichtung 50 angeschlossen ist. Die Steuereinrichtung 50 steht mit dem erfindungsgemäßen Steuer- bzw. Regelsystems 1 in Signalverbindung. Das erfindungsgemäßen Steuer- bzw. Regelsystems 1 wird durch eine elektrische Energiequelle 54 – beispielsweise einen Akku – versorgt. An dem Steuer- bzw. Regelsystem 1 ist ferner ein Solarmodul 56 angeschlossen, welches zum Aufladen der Energiequelle 54 und vorzugsweise ebenfalls zur Energieversorgung des Steuer- bzw. Regelsystems 1 und/oder des Torantriebs 52 mit Steuereinrichtung 50 dient. Das Steuer- bzw. Regelsystem 1 erhält Steuersignale, die insbesondere eine Steuerung des Torantriebs 52 mit Steuereinrichtung 50 bewirken von Impuls- bzw. Steuersignalgeber 58, beispielsweise einer Fernbedienung oder einem Schalter bzw. Taster.
  • In 2 ist ein Schaltungsdiagramm eines erfindungsgemäßen Steuer- bzw. Regelsystem 1, insbesondere für Tür- und Torantriebe, dargestellt.
  • Energieaufnahmeeinheit 10: Akku, Solar (Charge) Input, Power-Output
  • Dieser Block besteht vorzugsweise aus einer steckbaren Anschlussklemme und versorgt die Baugruppe mit der Akkuspannung von vorzugsweise nominal 24 V. Es kann eine Ladespannung z.B. aus einem Solarmodul angeschlossen werden und die 24 V Akkuspannung ist direkt auf die nachfolgende Torsteuerung weiter geschaltet, sobald ein Funksignal ankommt oder ein Taster (z.B. Schlüsselschalter) betätigt wird.
  • Ausgangssignaleinheit 4: Output-Relais
  • Hier ist eine Vielzahl, vorzugsweise bis zu drei, Tastereingänge einer nachfolgenden Torsteuerung angeschlossen. Es sind vorzugsweise potentialfreie Kontakte, die mittels Photo-MOS-Relais verschleißfrei geschaltet werden.
  • Digital Inputs 18:
  • An den Digital-Ausgang sind eine Vielzahl, vorzugsweise bis zu drei, Taster oder Schalter angeschlossen.
  • Steuersignaleinheit 6: RX-Modul
  • Die Steuersignaleinheit ist vorzugsweise ein fest eingelöteter fertiger Funkempfänger, der vorzugsweise nach dem Prinzip des „rolling codes" eine sichere Datenübertragung ermöglicht.
  • RS 232 Modul 16
  • Ein serieller Port zum Anschluss eines PC's ermöglicht das Auslesen des Fehlerspeichers.
  • Feedbackeinrichtung 14: LCD-Display
  • Ein 16-stelliges alphanumerisches Display dient zur Anzeige des Betriebszustandes und der Einstellungen.
  • Feedbackeinrichtung 12: LED, Buzzer, und Taster
  • Diese Elemente dienen dazu Betriebszustände anzuzeigen, sowie Einstellungen vorzunehmen. Dadurch kann das Steuer- bzw. Regelsystem ohne Abgleich schnell an verschiedene Torsteuerungen angepasst werden, deren Daten in der Software hinterlegt sind.
  • Es versteht sich, dass die Feedbackeinrichtungen 12 und 14 auch integral als eine einzige Feedbackeinrichtungen ausgebildet sein können.
  • Spannungsstabilisierungseinheit 8: Powerbooster, Powerswitch und Currentsensing
  • Die Elektronik dieses Teils der Baugruppe ist ausgelegt, aus der schwankenden Versorgungsspannung (von z.B. einem Akku oder einer Batterie), eine stabilisierte, einstellbare Ausgangsspannung von 28 V...32 V zu generieren. Diese Spannung wird bei Bedarf auf die nachfolgende Steuerung geschaltet. Vorteilhafterweise überwacht ein Strommonitor den fließenden Strom.
  • Datenverarbeitungseinheit 2: Microcontroller
  • Ein Prozessor – beispielsweise aus der Microchip PIC18F Reihe – überwacht und steuert die gesamte Baugruppe. Die zu seinem Betrieb nötigen ca. 5 V als Versorgungsspannung werden mittels eines vorzugsweise in dem Steuer- bzw. Regelsystem 1 vorgesehenen Schaltreglers erzeugt, der selbst bei kleineren Strömen noch einen hohen Wirkungsgrad erzielt.

Claims (5)

  1. Steuer- bzw. Regelsystem zum Antrieb eines Tores oder einer Türe, umfassend eine Energieaufnahmeeinheit, welche ausgelegt ist, an ein elektrisches Energieliefersystem angeschlossen zu werden, eine Ausgangssignaleinheit, welche zumindest mit einer Steuereinrichtung eines Tor- bzw. Türantriebs in elektrischer Signalverbindung bringbar ist, eine Datenverarbeitungseinheit, die mit der Energieaufnahmeeinheit und der Ausgangssignaleinheit in elektrischer Signalverbindung steht, eine Steuersignaleinheit, die ausgelegt ist, Steuersignale zur Steuerung des Tor- bzw. Türantriebs zu empfangen und der Datenverarbeitungseinheit zuzuführen, wobei die Datenverarbeitungseinheit einen Aktivzustand und einen Passivzustand aufweist, bei welchem Passivzustand zu der Steuereinrichtung des Tor- bzw. Türantriebs die elektrische Signalverbindung unterbrochen ist, und bei welchem Aktivzustand ein Initiierungs- bzw. wake-up-Signal gefolgt von einem von der Steuersignaleinheit empfangenem Steuersignal über die Ausgangssignaleinheit der Steuereinrichtung des Tor- bzw. Türantriebs zugeführt wird.
  2. Steuer- bzw. Regelsystem nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Spannungsstabilisierungseinheit, welche vorzugsweise zwischen der Energieaufnahmeeinheit und der Datenverarbeitungseinheit zwischengeschaltet ist und welche ausgelegt ist, ein im wesentlichen konstantes und vorbestimmbares elektrisches Signal der Ausgangssignaleinheit zuzuführen.
  3. Steuer- bzw. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine elektrische Energieempfangseinheit, um – beispiels weise von einem Solarpanel – elektrische Energie zu erhalten und diese dem Energieliefersystem – beispielsweise einem Akku – zuzuführen.
  4. Steuer- bzw. Regelsystem nach Anspruch 3, wobei die Energieempfangseinheit Mittel aufweist, um einen Schutz vor Überladung und/oder Tiefentladung des Energieliefersystems bereitzustellen.
  5. Tor- bzw. Türschließsystem, insbesondere für Schwenk- oder Rolltore, umfassend einen Tor- bzw. Türantrieb mit einer Steuereinrichtung zum Bewegen eines Tores bzw. einer Türe zwischen einer Offenstellung und einer Geschlossenstellung, eine elektrische Energiequelle, ein Steuer- bzw. Regelsystem, das zwischen der Energiequelle und der Steuereinrichtung geschaltet ist und aufweist – eine Energieaufnahmeeinheit, welche mit der elektrische Energiequelle in elektrischer Verbindung steht bzw. bringbar ist, – eine Ausgangssignaleinheit, welche zumindest mit der Steuereinrichtung des Tor- bzw. Türantriebs in elektrischer Signalverbindung steht bzw. bringbar ist, – eine Datenverarbeitungseinheit, die mit der Energieaufnahmeeinheit und der Ausgangssignaleinheit in elektrischer Signalverbindung steht, – eine Steuersignaleinheit, die ausgelegt ist, Steuersignale zur Steuerung des Tor- bzw. Türantriebs zu empfangen und der Datenverarbeitungseinheit zuzuführen, wobei die Datenverarbeitungseinheit einen Aktivzustand und einen Passivzustand aufweist, bei welchem Passivzustand zu der Steuereinrichtung des Tor- bzw. Türantriebs die elektrische Signalverbindung unterbrochen ist, und bei welchem Aktivzustand ein Initiierungs- bzw. wake-up-Signal gefolgt von einem von der Steuersignaleinheit empfangenem Steuersignal über die Ausgangssignaleinheit der Steuereinrichtung des Tor- bzw. Türantriebs zugeführt wird.
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