DE102016113028A1 - SYSTEM FOR MONITORING ENERGY CONSUMPTION IN INDUSTRIAL PLANTS AND ENERGY MEANS AND TRANSMISSION MODULE THEREFOR - Google Patents

SYSTEM FOR MONITORING ENERGY CONSUMPTION IN INDUSTRIAL PLANTS AND ENERGY MEANS AND TRANSMISSION MODULE THEREFOR Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (101) zur Überwachung des Energieverbrauchs in mindestens einem Stromnetz einer Industrieanlage oder eines Gebäudes mit einem oder mehreren Energiemess- und Übertragungsmodulen und mit einer oder mehreren Komponenten aus der Gruppe, die Sicherungsautomaten, Schutzschalter, Hauptschalter und Schütze umfasst, wobei mindestens ein Energiemess- und Übertragungsmodul an einer Komponente angeordnet ist, und mit mindestens einer Ausleseeinheit (15), die im Stromnetz angeordnet werden kann und einen Demodulator aufweist, mit dem Daten, die über Powerline Communication im Stromnetz übertragen werden, ausgelesen und in einem Computer lesbaren Format bereitgestellt werden können, sowie mit mindestens einem Computer (19) und einer auf dem Computer ausführbaren Software, mit der eine Datenanalyse zum Energieverbrauch im überwachten Stromnetz durchführbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Energiemess- und Übertragungsmodul zur Anordnung in einer Stromleitung und zur Messung der durch die Stromleitung geleiteten elektrischen Energie und Übermittlung von ermittelten Daten an eine Auswerteeinheit (19), wobei das Energiemess- und Übertragungsmodul eine Messeinheit zur Ermittlung der durchgeleiteten elektrischen Energie und eine Übertragungseinheit zur Übertragung von der Messeinheit ermittelten Daten über die am Energiemess- und Übertragungsmodul angeschlossene Stromleitung mittels Powerline Communication aufweist.The present invention relates to a system (101) for monitoring the energy consumption in at least one power system of an industrial plant or a building with one or more energy measuring and transmission modules and with one or more components from the group comprising automatic circuit breakers, circuit breakers, main switches and contactors, wherein at least one energy measuring and transmission module is arranged on a component, and with at least one readout unit (15) which can be arranged in the power network and having a demodulator, with the data that are transmitted via power line communication in the power network, read out and in one Computer readable format can be provided, as well as with at least one computer (19) and a software executable on the computer, with which a data analysis of the power consumption in the monitored power grid is feasible. Moreover, the invention relates to an energy measuring and transmission module for arrangement in a power line and for measuring the electrical energy conducted through the power line and transmission of determined data to an evaluation unit (19), wherein the energy measuring and transmission module comprises a measuring unit for determining the electrical energy passed through and a transmission unit for transmitting data determined by the measuring unit via the power line connected to the energy measuring and transmission module by means of powerline communication.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION

GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mess- und Analysesystem zur kontinuierlichen Erfassung und Analyse des Energieverbrauchs einzelner Komponenten von Industrieanlagen sowie ein entsprechendes Verfahren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Modul zum Einsatz in einem System zur Überwachung des Energieverbrauchs in Industrieanlagen. The present invention relates to a measurement and analysis system for the continuous detection and analysis of the energy consumption of individual components of industrial plants and a corresponding method. In particular, the present invention also relates to a module for use in a system for monitoring energy consumption in industrial plants.

STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART

Kontinuierlich steigende Rohstoffkosten und erhöhte Umweltauflagen speziell im Hinblick auf CO2-Emissionen sind nur zwei Gründe, die dafür sprechen, dass auch in der Zukunft Industriebetriebe ihr Augenmerk vermehrt auf den Energieverbrauch einzelner Produktionsschritte wie auch vollständiger Produktionskomplexe richten werden, um diesen möglichst niedrig zu halten. Eine Strategie diesen Anforderungen gerecht zu werden, stellt speziell im Hinblick auf ältere, bereits bestehende Anlagen ein detailliertes Energieverbrauchs-Monitoring dar, das erlaubt, den Energieverbrauch einzelner Anlagenkomponenten zu erfassen, zu analysieren und gegebenenfalls anhand dieser Erkenntnisse zu regulieren. Derartige Vorhaben bedürfen jedoch fundierter, präziser und nachvollziehbarer Analyseverfahren, die eine fehlerfreie Datenaufnahme, präzise Analyse und nachvollziehbare Dokumentation der erzielten Ergebnisse erlauben und darüber hinaus den charakteristischen Anforderungen in punkto Langlebigkeit beziehungsweise Flexibilität, die an Komponenten industrieller Anlagen gestellt werden, erfüllen. Constantly rising raw material costs and increased environmental regulations, especially with regard to CO 2 emissions, are just two reasons why industrial plants will increasingly focus on the energy consumption of individual production steps as well as complete production complexes, in order to keep them as low as possible , A strategy to meet these requirements, especially with regard to older, already existing systems, a detailed energy consumption monitoring, which allows to capture the energy consumption of individual plant components, to analyze and, if necessary, to regulate based on these findings. However, such projects require well-founded, precise and comprehensible analytical methods that allow for error-free data acquisition, precise analysis and traceable documentation of the results achieved, and also meet the characteristic longevity or flexibility requirements placed on components of industrial plants.

Aus dem Stand der Technik sind mehrere kommerziell genutzte Systemlösungen zur Energieanalyse von Produktionsanlagen bekannt, die es dem Nutzer ermöglichen, den Energieverbrauch einzelner Komponenten eines industriellen Anlagenkomplexes beziehungsweise des vollständigen Komplexes zu dokumentieren und zu analysieren und gegebenenfalls den Resultaten entsprechend zu regulieren. Die derzeit verfügbaren Energieanalysesysteme lassen sich dabei in zwei Gruppen aufteilen. Several commercially used system solutions for energy analysis of production plants are known from the prior art, which allow the user to document and analyze the energy consumption of individual components of an industrial complex or complex of the complex and possibly to regulate the results accordingly. The currently available energy analysis systems can be divided into two groups.

Die Systeme der ersten Gruppe zeichnen sich dadurch aus, dass diese ortsfest in dem Anlagenkomplex verbaut und über mehrere Schnittstellen in diesen integriert sind. Die jeweiligen Energieanalysesysteme stellen dem Nutzer eine große Bandbreite verschiedener Analysemethoden bereit, wobei sowohl einzelne Energieverbrauchsmesswerte mit einer Taktrate von bis zu 1000 Messwerten pro Sekunde als auch über einen zuvor bestimmten Zeitraum gemittelte Energieverbrauchsmittelwerte bestimmt werden können, die zur Dokumentation und weiteren Datenverarbeitung in entsprechende externe Datenspeicher und Datenverarbeitungsvorrichtungen übermittelt und über systemeigene oder nutzerdefinierte Analysesoftware zeitsynchron analysiert, interpretiert und zur Dokumentation aufbereitet werden können. Derartige Energieanalysesysteme ermöglichen ein detailliertes und fundiertes Energieverbrauchs-Monitoring einzelner Komponenten oder ganzer industrieller Anlagenkomplexe. Solch detaillierte Analysen stellen jedoch hohe Anforderungen an die verwendete Analysesoftware und bedürfen einer ausgedehnten Programmiertätigkeit, einer präzisen Einstellung aller zu messender Parameter und gegebenenfalls einer Kalibrierung des verbauten Energieanalysesystems auf die zu messenden Parameter des jeweiligen Anlagenkomplexes. Dies hat zur Folge, dass sich die Inbetriebnahme eines solchen Systems für gewöhnlich aufwändig gestaltet, Fachpersonal benötigt wird und es folglich zu Ausfallzeiten im Produktionsablauf führen kann. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Verwendung derartiger Systeme nur für eine längere Laufzeit rentabel ist, bei der über einen ausgedehnten Zeitraum die zu analysierenden Parameter unverändert bleiben, sodass nach anfänglicher Kalibrierung des Energieanalysesystems dieses weitestgehend unverändert in der ursprünglichen Konfiguration betrieben werden kann. The systems of the first group are characterized by the fact that they are installed stationary in the plant complex and integrated into it over several interfaces. The respective energy analysis systems provide the user with a wide range of different analysis methods, whereby individual energy consumption measured values with a clock rate of up to 1000 measured values per second as well as a predetermined period of time averaged energy consumption means can be determined for documentation and further data processing in corresponding external data storage and data processing devices can be transmitted and analyzed by native or user-defined analysis software time-synchronized, interpreted and prepared for documentation. Such energy analysis systems enable detailed and well-founded energy consumption monitoring of individual components or entire industrial plant complexes. Such detailed analyzes, however, place high demands on the analysis software used and require extensive programming work, precise setting of all parameters to be measured, and possibly calibration of the installed energy analysis system to the parameters of the respective system complex to be measured. This has the consequence that the commissioning of such a system is usually complex, skilled personnel is required and thus can lead to downtime in the production process. This in turn means that the use of such systems is viable only for a longer run time, during which the parameters to be analyzed remain unchanged over an extended period of time, so that after initial calibration of the energy analysis system this can be operated largely unchanged in the original configuration.

Im Gegensatz dazu zeichnen sich die Energieanalysesysteme der zweiten Gruppe durch eine hohe Flexibilität aus, die es dem Nutzer gestatten, nach einer vergleichsweise kurzen Installationszeit Messdaten bezüglich des Energieverbrauchs einzelner Komponenten eines Anlagenkomplexes aufzunehmen und diese mittels einer externen Recheneinheit auszuwerten. Derartige Systeme haben den Vorteil einer relativ problemlosen Installation ohne aufwändige Kalibrierung der Messparameter beziehungsweise ohne zusätzlichen Programmieraufwand der Analysesoftware und eignen sich daher für kurzfristige flexible Einsätze, in denen über einen kurzen Zeitraum Messdaten aufgenommen werden können. Ein derart hohes Maß an Flexibilität des Einsatzbereichs geht jedoch zu Lasten der zur Verfügung stehenden Analysekomplexität, die nicht darauf ausgelegt ist, über längere Zeitspannen mit einer hohen Taktrate Messdaten aufzunehmen und die entsprechend großen Datenmengen hinsichtlich einer Vielzahl unterschiedlicher Parameter zu analysieren, wie dies mit den oben beschriebenen ortsfesten Systemen durchführbar ist. Systeme dieser Gruppe sind vielmehr als tragbare Handsysteme ausgestaltet, die es dem Nutzer gestatten, eine kurzfristige Aufnahme von Messdaten und eine vergleichsweise zeitnahe Analyse der aufgenommenen Daten durchzuführen, und sind daher vorzugsweise für einen temporären Einsatz ausgelegt, für eine dauerhafte Analyse jedoch eher ungeeignet. In contrast, the energy analysis systems of the second group are characterized by a high degree of flexibility, which allows the user to record measured data relating to the energy consumption of individual components of a plant complex after a comparatively short installation time and to evaluate these by means of an external computing unit. Such systems have the advantage of a relatively problem-free installation without complex calibration of the measurement parameters or without additional programming effort of the analysis software and are therefore suitable for short-term flexible applications in which measurement data can be recorded over a short period of time. However, such a high degree of flexibility of use is at the expense of the available analysis complexity, which is not designed to record measurement data over long periods of high clock rate and to analyze the correspondingly large amounts of data in a variety of different parameters, as with the described above stationary systems is feasible. Rather, systems of this group are designed as portable handheld systems that allow the user to perform short-term acquisition of measurement data and comparatively timely analysis of acquired data, and are therefore preferably designed for temporary use, but rather unsuitable for permanent analysis.

Kleine und mittelständische Unternehmen zeichnen sich im Vergleich zu großen Unternehmen durch ein vergleichsweise geringes Produktionsvolumen in Kombination mit einer gegebenenfalls hohen Produktflexibilität aus. Entsprechend kurze Produktionszyklen unterschiedlicher Produkte setzen in Bezug auf Flexibilität hohe Anforderungen an Produktionsanalgen sowie alle externen mit den Produktionsanlagen verbundene Systemkomponenten. Die oben beschriebenen Energieanalysesysteme des Standes der Technik sind jedoch für den Betrieb in einer derartig flexiblen Produktionsanlage ungeeignet. Aufgrund des hohen Installations- und Programmieraufwands der fest installierten Systeme ist eine Verwendung solcher Systeme in Anlagen mit vergleichbar kurzen Produktionszyklen nicht rentabel. Auf der anderen Seite sind die flexiblen Energieanalysesysteme aufgrund ihrer unzureichenden Analysepräzision für eine kontinuierliche, über einen vollständigen Produktionszyklus ausgelegte umfassende Analyse einer solchen Produktionsanlage ebenfalls ungeeignet. Small and medium-sized companies are characterized by a comparatively low production volume in combination with a possibly high product flexibility compared to large companies. Correspondingly short production cycles of different products place high demands on production systems in terms of flexibility and on all external system components connected to the production lines. However, the prior art energy analysis systems described above are unsuitable for operation in such a flexible production plant. Due to the high installation and programming effort of fixed systems, using such systems in plants with comparably short production cycles is not profitable. On the other hand, because of their inadequate analytical precision, the flexible energy analysis systems are also unsuitable for a continuous, full cycle production analysis of such a production line.

Gerade für kleine und mittelständische Unternehmen bedarf es daher einer Systemlösung, die zum einen ein hohes Maß an Flexibilität erlaubt und zum anderen eine hohe Analysepräzision über einen vollständigen Produktionszyklus gewährleistet. Especially for small and medium-sized companies, therefore, a system solution is required which on the one hand allows a high degree of flexibility and on the other hand ensures a high degree of analytical precision over a complete production cycle.

Darüber hinaus gibt es für Haushaltsanwendungen Systeme zur Steuerung und Überwachung einer Vielzahl von Komponenten in intelligenten Wohnhäusern, beispielsweise auf Basis von sogenannten Powerline Communication Systems, bei denen Trägerfrequenzanlagen eingesetzt werden, um Informationen und Befehle bezüglich der einzelnen Komponenten über das Stromnetz zu übertragen. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, den Energieverbrauch in einem Haushalt entsprechend zu überwachen. Derartige Haushaltsanwendungen sind beispielsweise in der US 2012/0 310 800 A1 , GB 2 484 142 A und der WO 2013/119 010 A1 beschrieben. Allerdings sind derartige Systeme für die industrielle Anwendung nicht geeignet. In addition, for domestic applications, there are systems for controlling and monitoring a variety of components in smart homes, for example, based on so-called powerline communication systems in which carrier frequency systems are used to transmit information and commands regarding the individual components via the power grid. In this context, it is also known to monitor energy consumption in a household accordingly. Such household applications are for example in the US 2012/0310 800 A1 . GB 2 484 142 A and the WO 2013/119 010 A1 described. However, such systems are not suitable for industrial use.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION

AUFGABE DER ERFINDUNG OBJECT OF THE INVENTION

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Energieanalysesystem zu schaffen, das in der Lage ist, die im Stand der Technik bestehenden Probleme zu beheben. The present invention is therefore based on the object to provide an improved energy analysis system, which is able to solve the problems existing in the prior art.

TECHNISCHE LÖSUNG TECHNICAL SOLUTION

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Energiemess- und Übertragungsmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein System zur Überwachung des Energieverbrauchs in mindestens einem Stromnetz einer Industrieanlage oder eines Gebäudes mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und mit einem Verfahren zur Überwachung des Energieverbrauchs mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by an energy measuring and transmission module with the features of claim 1 and a system for monitoring the energy consumption in at least one power grid of an industrial plant or a building with the features of claim 8 and a method for monitoring the energy consumption with the features of Claim 12. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung schlägt für ein System und ein Verfahren zur Überwachung des Energieverbrauchs in mindestens einem Stromnetz einer Industrieanlage oder eines Gebäudes vor, ein Energiemess- und Übertragungsmodul bereitzustellen, welches direkt an einer oder mehreren Komponenten der Industrieanlage oder der Hausinstallation angebracht wird, die Sicherungsautomaten, Schutzschalter, Hauptschalter und/oder Schütze umfasst. Durch die Verwendung eines speziellen Energiemess- und Übertragungsmoduls, das mit entsprechenden Komponenten von Industrieanlagen oder eines Stromnetzes in einem Gebäude verbunden werden kann, wird die Voraussetzung geschaffen, durch eine einfache Installation eine sehr effektive und umfassende Überwachung des Energieverbrauchs installieren zu können. Hierzu sieht ein entsprechendes System vor, dass das Energiemess- und Übertragungsmodul in einer Stromleitung zwischengeschaltet wird, die elektrische Energie überträgt, wobei das Energiemess- und Übertragungsmodul mindestens eine Messeinheit zur Ermittlung der durch das Energiemess- und Übertragungsmodul übertragenen elektrischen Energie und eine Übertragungseinheit aufweist, mit der die ermittelten Daten mittels einer Powerline Communication (PLC) über die entsprechende Stromleitung, in der das Enegiemess- und Übertragungsmodul angeordnet ist, übertragen werden. Entsprechend weist das System weiterhin mindestens eine Ausleseeinheit auf, die im entsprechenden Stromnetz angeordnet werden kann und einen Demodulator aufweist, mit dem die Daten, die über die Powerline Communication im Stromnetz übertragen werden, ausgelesen und in einem computerlesbaren Format bereit gestellt werden können. Entsprechend umfasst das System zur Überwachung des Energieverbrauchs weiterhin mindestens einen Computer und eine auf dem Computer ausführbare Software, mit der die von der Ausleseeinheit ausgelesenen Daten über den Energieverbrauch eingelesen und analysiert werden können. Damit ist eine einfache, sehr flexible und effektive Überwachung des Energieverbrauchs in Industrieanlagen und Gebäuden realisierbar. The present invention proposes, for a system and method for monitoring power consumption in at least one power system of an industrial plant or building, to provide an energy metering and transmission module which is attached directly to one or more components of the industrial plant or house installation, the circuit breakers, Includes circuit breaker, main switch and / or contactors. By using a dedicated energy measurement and transmission module that can be connected to corresponding components of industrial plants or a power grid in a building, the prerequisite is created to install a very effective and comprehensive monitoring of energy consumption through a simple installation. For this purpose, a corresponding system provides that the energy measuring and transmission module is interposed in a power line which transmits electrical energy, wherein the energy measuring and transmission module has at least one measuring unit for determining the electrical energy transmitted by the energy measuring and transmission module and a transmission unit, with which the data obtained by means of a power line communication (PLC) via the corresponding power line, in which the Enegiemess- and transmission module is arranged to be transmitted. Accordingly, the system further comprises at least one readout unit, which can be arranged in the corresponding power network and has a demodulator, with which the data that is transmitted via the powerline communication in the power network can be read out and provided in a computer-readable format. Accordingly, the system for monitoring energy consumption further comprises at least one computer and software executable on the computer, with which the data read out by the read-out unit can be read in and analyzed via the energy consumption. Thus, a simple, very flexible and effective monitoring of energy consumption in industrial plants and buildings can be realized.

Die Ausleseeinheit kann in dem Energiemess- und Übertragungsmodul integriert sein, sodass das Energiemess- und Übertragungsmodul ebenfalls einen Demodulator für die über die Stromleitung übertragenen Datensignale aufweisen kann, sodass das Energiemess- und Übertragungsmodul auch als Ausleseeinheit eingesetzt werden kann. The readout unit can be integrated in the energy measurement and transmission module, so that the energy measurement and transmission module can also have a demodulator for the data signals transmitted via the power line, so that the energy measurement and transmission module can also be used as a readout unit.

Die Ausleseeinheit und/oder das Energiemess- und Übertragungsmodul können einen Ethernet-Ausgang umfassen, über den demodulierte Daten mit einem entsprechenden Ethernet-Format ausgegeben werden können, sodass sie in einem entsprechenden Computernetzwerk mit Ethernet-Übertragungsprotokoll lesbar sind. Entsprechend können mehrere Ausleseeinheiten, beispielsweise eine Ausleseeinheit für jeweils ein Stromnetz über ein Ethernet-Netzwerk mit einem Computer verbunden werden, sodass mit diesem einzigen Computer die zeitsynchrone Auswertung des Energieverbrauchs in mehreren Stromnetzen möglich ist. The readout unit and / or the power measurement and transmission module may include an Ethernet output through which demodulated data of a corresponding Ethernet format may be output so that they are readable in a corresponding computer network with Ethernet transmission protocol. Correspondingly, a plurality of readout units, for example a readout unit for each power supply network can be connected to a computer via an Ethernet network, so that the time-synchronous evaluation of the power consumption in a plurality of power supply networks is possible with this single computer.

Bei dem System zur Überwachung des Energieverbrauchs in mindestens einem Stromnetz einer Industrieanlage oder eines Gebäudes kann bei einem mehrphasigen Wechselstromnetz, wie beispielsweise einem dreiphasigen Wechselstromnetz, jede Phase separat überwacht und die erfassten Daten separat, insbesondere über getrennte Ausleseeinheiten, ausgelesen werden, sodass das System insgesamt einerseits einfach gehalten und andererseits einen hohen Informationsgehalt bieten kann. In the system for monitoring the energy consumption in at least one power system of an industrial plant or a building, in a multi-phase AC network, such as a three-phase AC network, each phase can be monitored separately and the acquired data can be read out separately, in particular via separate read-out units, so that the system as a whole on the one hand kept simple and on the other hand can offer a high information content.

Entsprechend ist das Energiemess- und Übertragungsmodul so aufgebaut, dass es mindestens eine Klemme zur Aufnahme einer Stromleitung und mindestens einen Stromanschluss aufweist, zwischen denen eine Stromdurchführung zur Durchleitung des in einer Stromleitung fließenden Stroms vorgesehen ist, in der das Energiemess- und Übertragungsmodul angeordnet wird. Der Stromanschluss ist derart ausgebildet, dass er an einem Sicherungsautomaten, einem Schutzschalter, einem Hauptschalter oder einem Schütz angeordnet werden kann, während die Klemme zur Aufnahme einer Stromleitung so ausgebildet ist, dass ein entsprechendes Kabel, eine Litze oder eine Kabelendhülse angeordnet werden kann. Damit kann ein entsprechendes Energiemess- und Übertragungsmodul in einer Zugangsleitung an jeden Pol eines mehrphasigen Sicherungsautomaten, Schutzschalters, Hauptschalters oder Schützes zwischengeschaltet werden. Entsprechend kann das Energiemess- und Übertragungsmodul selbstverständlich auch mehrere Klemmen zur Aufnahme von mehreren Stromleitungen und mehrere Stromanschlüsse aufweisen, um beispielsweise mit jeweils einem Stromanschluss in einer Aufnahmebuchse eines Sicherungsautomaten, eines Schutzschalters, eines Hauptschalters oder eines Schützes angeordnet zu werden. Insbesondere kann das Energiemess- und Übertragungsmodul je nach der Anzahl der Pole der entsprechend zugeordneten Komponente, d.h. eines Sicherungsautomaten, eines Schutzschalters, eines Hauptschalters oder eines Schützes, eine entsprechende Anzahl an Stromanschlüssen und Klemmen aufweisen. Accordingly, the energy measuring and transmission module is constructed so that it has at least one terminal for receiving a power line and at least one power connection, between which a current feedthrough is provided for passing the current flowing in a power line, in which the energy measuring and transmission module is arranged. The power connection is designed such that it can be arranged on a circuit breaker, a circuit breaker, a main switch or a contactor, while the terminal for receiving a power line is designed so that a corresponding cable, a strand or a cable end sleeve can be arranged. Thus, a corresponding Energiemess- and transmission module can be interposed in an access line to each pole of a multi-phase circuit breaker, circuit breaker, main switch or contactor. Accordingly, the Energiemess- and transmission module can of course also have multiple terminals for receiving a plurality of power lines and multiple power connections to be arranged, for example, each with a power connector in a receiving socket of a circuit breaker, a circuit breaker, a main switch or a contactor. In particular, the energy measurement and transmission module may vary depending on the number of poles of the correspondingly assigned component, i. a circuit breaker, a circuit breaker, a main switch or a contactor, have a corresponding number of power connections and terminals.

Das Energiemess- und Übertragungsmodul kann für jede Stromdurchführung bzw. für jede Stromleitung in die das Energiemess- und Übertragungsmodul mit einer Klemme und einem Stromanschluss zwischen geschaltet werden kann, eine eigene Messeinheit und eine eigene Übertragungseinheit aufweisen, sodass beispielsweise ein Energiemess- und Übertragungsmodul mit zwei Klemmen und zwei Stromanschlüssen zwei Messeinheiten und zwei Übertragungseinheiten aufweist und bei drei Klemmen und drei Stromanschlüssen drei Messeinheiten und drei Übertragungseinheiten. Allerdings ist es auch vorstellbar, dass für mehrere Stromdurchführungen, also mehre Klemmen und Stromanschlüsse eine Messeinheit oder eine Übertragungseinheit bzw. Teile davon gemeinsam verwendet werden, wobei jedoch separate Daten für jede der Stromdurchführungen generiert werden können. The energy measuring and transmission module can have a separate measuring unit and a separate transmission unit for each current feedthrough or for each power line into which the energy measuring and transmission module can be connected with a terminal and a power connection, so that, for example, an energy measuring and transmission module with two Terminals and two power terminals have two measuring units and two transmission units and with three terminals and three power terminals three measuring units and three transmission units. However, it is also conceivable that a measuring unit or a transmission unit or parts thereof are used in common for a plurality of current feedthroughs, that is, several terminals and power connections, but that separate data can be generated for each of the current feedthroughs.

Die Stromanschlüsse können so beabstandet zueinander am Gehäuse angeordnet werden, dass sie in die entsprechenden Aufnahmeöffnungen von Sicherungsautomaten, Schutzschaltern, Hauptschaltern oder Schütze passen. The power connections can be arranged at a distance from each other on the housing so that they fit into the corresponding receiving openings of circuit breakers, circuit breakers, main switches or contactors.

Die Messeinheit kann ein oder mehrere Stromsensoren umfassen, wobei es sich bei den Stromsensoren um konventionelle Strommessgeräte oder Amperemeter zur Messung der elektrischen Stromstärke handeln kann. The measuring unit may comprise one or more current sensors, wherein the current sensors may be conventional ammeters or ammeters for measuring the electrical current.

Die Übertragungseinheit kann einen Signalmodulator aufweisen, mit dem die zu übertragenden Daten auf Strom- und/oder Spannungssignale der überwachten Stromleitungen aufmoduliert werden können. The transmission unit can have a signal modulator with which the data to be transmitted can be modulated onto current and / or voltage signals of the monitored power lines.

Der Neutral- und/oder Erdungsanschluss, über den und die mindestens eine Stromleitung die Energieversorgung des Energiemess- und Übertragungsmoduls erfolgen kann, kann ferner einen Magneten (8) und ein mit dem Magneten (8) elektrisch verbundenes Anschlusskabel (9) aufweisen, welches vorzugsweise mit einer Klemmschraube an dem Energiemess- und Übertragungsmodul angeordnet ist, wobei der Magnet (8) zum Anschluss des Energiemess- und Übertragungsmoduls an einen Nullleiter und/oder Schutzleiter an diesen anheftbar ist. The neutral and / or ground connection, via which and the at least one power line can be used to supply energy to the energy measurement and transmission module, can furthermore comprise a magnet ( 8th ) and one with the magnet ( 8th ) electrically connected connection cable ( 9 ), which is preferably arranged with a clamping screw on the energy measuring and transmission module, wherein the magnet ( 8th ) is attachable to the connection of the energy metering and transmission module to a neutral conductor and / or protective conductor to this.

Im Betrieb des Energieanalysesystems können nach Anschluss des Energiemess- und Übertragungsmoduls an eine der oben genannten Komponenten einer Industrieanlagensteuerung oder einer Hausinstallation mittels des mindestens einen Stromsensors Stromverbrauchsmessdaten der zu analysierenden Komponente der Produktionsanlage aufgenommen und die aufgenommenen Daten an eine externe Datenverarbeitungseinheit, die ein externer PC oder ein externer Laptop sein können, übertragen werden. Zur Datenübertragung wird die zu messende Stromleitung der Komponente der Produktionsanlage genutzt, indem auf Basis der Powerline-Communication (PLC) Technologie durch die integrierte Signalmodulation der Übertragungseinheit ein auf das Stromnetz moduliertes Signal erzeugt und das modulierte Signal über die Stromleitung versendet wird. During operation of the energy analysis system, after connecting the energy measurement and transmission module to one of the above-mentioned components of an industrial plant control or a domestic installation, power consumption measurement data of the component of the production plant to be analyzed can be recorded and the recorded data can be sent to an external data processing unit, which is an external PC or an external laptop can be transferred. For data transmission, the measured Power line of the component of the production plant used by generated based on the power line communication (PLC) technology by the integrated signal modulation of the transmission unit modulated on the power grid signal and the modulated signal is sent via the power line.

Zur Datenanalyse der aufgenommenen und übertragenen Daten wird das modulierte und über die Stromleitung versendete Signal mittels eines Demodulators der Ausleseeinheit demoduliert und die durch das Signal übertragenen Daten durch den Demodulator über eine Ethernet-Verbindung an die externe Recheneinheit in Form des PC oder Laptops weitergeleitet. Um eine hohe Flexibilität des Energieanalysesystems zu ermöglichen, ist das System ferner derart ausgestaltet, dass die Stromversorgung des Energiemess- und Übertragungsmoduls über die bereits als Mess- und Signalleitung verwendete Stromleitung der Industrieanlage oder eines entsprechenden Hauses bereitgestellt wird. Das Energiemess- und Übertragungsmodul benötigt somit keine externe Stromquelle und keine zusätzliche Verkabelung. Dies trägt maßgeblich zu der kurzen Installationszeit und der hohen Flexibilität des Energieanalysesystems bei. For data analysis of the recorded and transmitted data, the modulated signal sent via the power line is demodulated by means of a demodulator of the readout unit and the data transmitted by the signal is forwarded by the demodulator via an Ethernet connection to the external processing unit in the form of a PC or laptop. In order to allow a high flexibility of the energy analysis system, the system is further configured such that the power supply of the energy measuring and transmission module is provided via the already used as a measuring and signal line power line of the industrial plant or a corresponding house. The energy measurement and transmission module thus requires no external power source and no additional wiring. This contributes significantly to the short installation time and the high flexibility of the energy analysis system.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die beigefügten Zeichnungen zeigen in The attached drawings show in

1 eine schematische Draufsicht eines Energiemess- und Übertragungsmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 1 1 is a schematic plan view of an energy measuring and transmission module according to an embodiment of the present invention;

2 einen schematischen Aufbau des Energieanalysesystems gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Hauptsteuerung einer Produktionsanlage und in 2 a schematic structure of the energy analysis system according to the present invention in a main control of a production plant and in

3 eine schematische Ansicht eines Energieanalysesystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Vernetzung mehrerer Produktionsanlagen. 3 a schematic view of an energy analysis system according to the present invention with the networking of several production facilities.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE EMBODIMENTS

Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energiemess- und Übertragungsmoduls 10, welches an einem Sicherungsautomaten, einem Schutzschalter, einem Hauptschalter oder einem Schütz angeordnet werden kann, um die durch eine zugehörige Stromleitung geleitete elektrische Energie zu erfassen. Further advantages, characteristics and features of the present invention will become apparent in the following detailed description of the embodiments. However, the invention is not limited to these embodiments. The 1 shows an embodiment of an energy metering and transmission module according to the invention 10 which can be arranged on a circuit breaker, a circuit breaker, a main switch or a contactor to detect the electrical energy conducted by an associated power line.

Das Energiemess- und Übertragungsmodul 10 der 1 weist ein Gehäuse 1 auf, an dem drei Stromanschlüsse 2 und drei Klemmen 3 angeordnet sind, um das Energiemess- und Übertragungsmodul 10 gleichzeitig zwischen drei Stromleitungen 6 und eine entsprechende Komponente einer Industrieanlage oder einer Hausinstallation, wie beispielsweise einen Sicherungsautomaten, einen Schutzschalter, einen Hauptschalter oder einen Schütz zwischenschalten zu können. Entsprechend handelt es sich bei dem Energiemess- und Übertragungsmodul 10, das in 1 dargestellt ist, um eine Ausführungsform zur Verwendung mit einem dreipoligen Sicherungsautomaten, Schutzschalter, Hauptschalter oder Schütz. Alternativ wäre es auch denkbar, das Energiemess- und Übertragungsmodul 10 lediglich mit einem Stromanschluss 2 und einer Klemme 3 zur Aufnahme einer Stromleitung 6 auszubilden, sodass das Energiemess- und Übertragungsmodul lediglich in einer einzigen Stromleitung 6 zwischengeschaltet werden kann. The energy measurement and transmission module 10 of the 1 has a housing 1 on, at the three power connections 2 and three clamps 3 are arranged to the energy measuring and transmission module 10 at the same time between three power lines 6 and be able to interpose a corresponding component of an industrial plant or a domestic installation, such as a circuit breaker, a circuit breaker, a main switch or a contactor. Accordingly, the energy metering and transmission module 10 , this in 1 is an embodiment for use with a three-pole circuit breaker, circuit breaker, main switch or contactor. Alternatively, it would also be conceivable, the energy metering and transmission module 10 only with a power connection 2 and a clamp 3 for receiving a power line 6 form so that the energy measuring and transmission module only in a single power line 6 can be interposed.

Das Strommess- und Übertragungsmodul 10 der 1 umfasst entsprechend drei Stromdurchführungen (nicht gezeigt), die den Strom von der Klemme 3 zum Stromanschluss 2 und umgekehrt durchleiten. The current measuring and transmission module 10 of the 1 includes three power feedthroughs (not shown) that supply the power from the terminal 3 to the power supply 2 and vice versa.

Ferner weist das Strommess- und Übertragungsmodul 10 für den Anschluss an einen Nullleiter N beziehungsweise einen Schutzleiter/Erdpotential einen Neutral- und/oder Erdungsanschluss 7 auf, der eine Klemmschraube 24, einen Magneten 8 und ein Anschlusskabel 9 umfasst, wobei das Anschlusskabel 9 über die Klemmschraube 24 an dem Strommess- und Übertragungsmodul 10 angeordnet ist. Der Magnet 8 und das Anschlusskabel 9 sind elektrisch leitfähig miteinander verbunden und dienen zum Anschluss des Strommess- und Übertragungsmoduls 10 an einen Nullleiter N (siehe 2) oder einen Schutzleiter mittels eines leitfähigen Anheftens des Magneten 8 an den entsprechenden Nullleiter N oder Schutzleiter. Furthermore, the current measuring and transmission module has 10 for connection to a neutral conductor N or a protective conductor / ground potential a neutral and / or ground connection 7 on top of a clamping screw 24 , a magnet 8th and a connection cable 9 includes, where the connection cable 9 over the clamping screw 24 at the current measuring and transmission module 10 is arranged. The magnet 8th and the connection cable 9 are electrically connected with each other and serve to connect the current measuring and transmission module 10 to a neutral N (see 2 ) or a protective conductor by means of a conductive attachment of the magnet 8th to the corresponding neutral N or protective conductor.

Zusätzlich weist das Energiemess- und Übertragungsmodul 10 drei Verarbeitungseinheiten 5 mit jeweils einer Messeinheit mit einem Stromsensor und einer Übertragungseinheit zur Übertragung der ermittelten Daten über die Stromleitungen 6 auf. Über die jeweiligen Stromsensoren kann die Stromstärke des durch die jeweilige Stromdurchführung zwischen den Klemmen 3 und dem Stromanschluss 2 durchgeleiteten Stroms erfasst werden, um dadurch die Energie zu bestimmen, die ein Verbraucher an der Stromleitung 6 verbraucht. In addition, the energy measuring and transmission module 10 three processing units 5 each having a measuring unit with a current sensor and a transmission unit for transmitting the determined data via the power lines 6 on. About the respective current sensors, the current through the respective current feedthrough between the terminals 3 and the power connection 2 be passed through, thereby determining the energy that a consumer at the power line 6 consumed.

Die Übertragungseinheit erzeugt Datensignale 4, die über die Stromleitung 6 übermittelt werden, indem ein Signalmodulator die erfassten Messwerte auf Strom- und/oder Spannungssignale der überwachten Stromleitungen aufmoduliert. The transmission unit generates data signals 4 over the power line 6 be transmitted by a signal modulator recorded Measured values are modulated onto current and / or voltage signals of the monitored power lines.

Die 2 zeigt ein entsprechendes System zur Überwachung des Energieverbrauchs in mindestens einem Stromnetz 11, wobei das Energieüberwachungssystem 100 für ein dreiphasiges Stromnetz 11 mit den drei Wechselstromphasen L1, L2, L3 und dem Nullleiter N vorgesehen ist. An dem dreiphasigen Wechselstromnetz 11 ist beispielsweise ein Motor 13 angeordnet, der über einen dreiphasigen Motorschutzschalter 12 mit dem dreiphasigen Wechselstromnetz 11 verbunden ist. The 2 shows a corresponding system for monitoring the energy consumption in at least one power grid 11 , where the energy monitoring system 100 for a three-phase power grid 11 with the three AC phases L1, L2, L3 and the neutral conductor N is provided. On the three-phase AC mains 11 is for example an engine 13 arranged, via a three-phase motor protection switch 12 with the three-phase AC mains 11 connected is.

Zwischen dem Motor 13 und dem Motorschutzschalter 12 oder vorzugsweise vor dem Motor 13 und dem Motorschutzschalter 12 ist ein Energiemess- und Übertragungsmodul 10 angeordnet, in dem die Stromleitungen 6 für die verschiedenen Phasen einzeln überwacht werden. Entsprechend werden die modulierten Signale für jede Phase in das dreiphasige Wechselstromnetz 11 eingespeist, wobei über eine im Stromnetz 11 angeordnete Ausleseeinheit 15 die Information über den Energieverbrauch in jeder Phase des Motors 13 ausgelesen werden kann. Dazu umfasst die Ausleseeinheit 15 einen Demodulator, der die modulierten Signale in ein computerlesbares Format umwandelt, beispielsweise in das Ethernet-Format, das von einem Laptop 14 oder einem Rechner 19 gelesen werden kann. Between the engine 13 and the motor protection switch 12 or preferably in front of the engine 13 and the motor protection switch 12 is an energy measuring and transmission module 10 arranged in which the power lines 6 be monitored individually for the different phases. Accordingly, the modulated signals for each phase become the three-phase AC network 11 fed in, with over one in the power grid 11 arranged readout unit 15 Information about energy consumption in each phase of the engine 13 can be read out. This includes the readout unit 15 a demodulator that converts the modulated signals into a computer-readable format, such as the Ethernet format, from a laptop 14 or a calculator 19 can be read.

Eine auf dem Laptop 14 oder dem Rechner 19 installierte Software kann dann die entsprechenden Daten über den Energieverbrauch des Motors 13 einlesen und auswerten. One on the laptop 14 or the calculator 19 installed software can then get the appropriate data on the energy consumption of the engine 13 read in and evaluate.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 ist die Ausleseeinheit 15 als kombinierter Stecker ausgeführt, der sowohl einen Stromanschluss 16 als auch einen Ethernet-Anschluss 17 aufweist, sodass der kombinierte Stecker (Ausleseeinheit 15) beispielsweise in eine Schaltschranksteckdose 18 gesteckt werden kann, um daran einen Laptop über den Ethernet-Anschluss 17 und den Stromanschluss 16 anzuschließen. Entsprechend kann der Laptop 14 mit der entsprechenden Software die Daten über den Energieverbrauch des Motors 13 einlesen und auswerten. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 ist die Schaltschranksteckdose mit der Phase L2 verbunden, sodass die Verbrauchswerte der Phase L2 des Motors 13 ausgelesen werden können. Darüber hinaus sind natürlich zusätzliche Steckdosen bezüglich der Phasen L1 und L3 vorhanden, um auch deren Daten auslesen zu können. Ein Beispiel für die Phase L1 ist mit dem Rechner 19 gezeigt. In the embodiment shown the 2 is the elite unit 15 designed as a combined plug, which has both a power connection 16 as well as an Ethernet connection 17 has, so that the combined connector (readout unit 15 ), for example, in a control cabinet socket 18 can be plugged in to connect a laptop via the ethernet port 17 and the power connection 16 to join. Accordingly, the laptop can 14 with the appropriate software the data about the energy consumption of the engine 13 read in and evaluate. In the illustrated embodiment of the 2 is the switchboard socket connected to the phase L2, so that the consumption of the phase L2 of the motor 13 can be read out. In addition, of course, additional sockets with respect to the phases L1 and L3 are present in order to read their data can. An example of the phase L1 is with the calculator 19 shown.

Mit einem zentralen Rechner 19 können auch mehrere Anlagen 21, 22, 23 mit separaten Stromnetzen zeitgleich ausgewertet werden, wie in der 3 für eine Ausführungsform eines Systems 101 zur Überwachung des Energieverbrauchs in drei Stromnetzen gezeigt ist. Hierzu werden mindestens drei Ausleseeinheiten 15 in den entsprechenden Stromnetzen der zur überwachenden Anlage 21, 22, 23 vorgesehen, die über ein Netzwerk 20 mit dem Rechner 19 verbunden sind, sodass die auf dem Rechner 19 installierte Software sämtliche Daten einlesen und auswerten kann. With a central computer 19 can also have multiple attachments 21 . 22 . 23 be evaluated at the same time with separate power grids, as in the 3 for an embodiment of a system 101 is shown for monitoring the power consumption in three power grids. For this purpose, at least three readout units 15 in the corresponding power grids of the system to be monitored 21 . 22 . 23 provided through a network 20 with the calculator 19 connected so that on the computer 19 installed software can import and evaluate all data.

Das erfindungsgemäße Energiemess- und Übertragungsmodul 10 kann somit aufwandsarm als Zwischenadapter direkt auf eine Komponente einer Steuerung eines zu analysierenden Anlagenteils, wie eines Motors 13 installiert werden, indem die Stromanschlüsse 2 in die jeweiligen Anschlüsse der Komponente, wie eines Motorschutzschalters 12, eingeführt werden und die Aderendhülsen der entsprechenden stromführenden Leitungen 6 des zu analysierenden Anlagenteils in den Klemmen 3 des Energiemess- und Übertragungsmoduls 10 aufgenommen werden. Durch die oben beschriebene Anordnung der Stromsensoren, die jeweils mit einem Stromanschluss 2 und jeweils einer Klemme 3 elektrisch verbunden sind, können an jedem der Stromsensoren Stromverbrauchsmessdaten jeweils bezüglich genau einer der Phasen des an den zu analysierenden Anlagenteil angelegten Mehrphasenwechselstroms aufgenommen werden. Dies hat zur Folge, dass zeitgleich mehrere Stromverbrauchsmessdatensätze, jeweils ein Messdatensatz pro Phase des Mehrphasenwechselstroms, erzeugt werden können, was seinerseits zu einer erhöhten Präzision der Energieverbrauchsanalyse beiträgt. The energy metering and transmission module according to the invention 10 Thus, as little effort as an intermediate adapter can directly on a component of a control of a system part to be analyzed, such as a motor 13 be installed by the power connectors 2 in the respective connections of the component, such as a motor protection switch 12 , are introduced and the ferrules of the corresponding current-carrying lines 6 of the system part to be analyzed in the terminals 3 of the energy measuring and transmission module 10 be recorded. Due to the above-described arrangement of the current sensors, each with a power connector 2 and one clamp each 3 are electrically connected, at each of the current sensors current consumption data can be recorded in each case with respect to exactly one of the phases of the multiphase alternating current applied to the system part to be analyzed. As a result, at the same time a plurality of power consumption data sets, one measurement data set per phase of the polyphase alternating current, can be generated, which in turn contributes to an increased precision of the energy consumption analysis.

Nach Aufnahme der Strommessdaten durch einen Stromsensor werden die aufgenommenen Daten mittels der in der Verarbeitungseinheit 5 integrierten Signalmodulation gemäß einem Powerline-Communication (PLC) Protokoll in ein auf das Trägersignal der dem Stromsensor entsprechenden Phase des Mehrphasenwechselstroms aufmoduliertes Datensignal umgewandelt und über die der jeweiligen Phase des Mehrphasenwechselstroms entsprechende stromführende Leitungen des Stromnetzes des zu messenden Anlagenteils zur weiteren Datenverarbeitung versendet. Zur Datenübertragung der aufgenommenen Strommessdaten wird die Powerline Communication (PLC) Technologie verwendet, wobei zu übertragende Datensignale folglich gemäß entsprechender PLC-Modulationsprotokolle erzeugt werden. Die stromführenden Leitungen des Stromnetzes der Produktionsanlage dienen folglich sowohl als Messleitungen zur Durchführung der Stromverbrauchsmessungen, als auch als Signalleitungen für die Übertragung der aufgenommenen Daten, wobei hierbei jede Phase des Mehrphasenwechselstroms als Trägersignal des zu versendenden Signals der bezüglich dieser Phase erstellten Strommessdaten dient. After receiving the current measurement data by a current sensor, the recorded data is acquired by means of the in the processing unit 5 integrated signal modulation according to a power line communication (PLC) protocol in a modulated on the carrier signal of the current sensor phase of the polyphase alternating current modulated data signal and sent over the respective phase of the polyphase AC current corresponding lines of the power system of the system part to be measured for further data processing. For data transmission of the recorded current measurement data, the power line communication (PLC) technology is used, whereby data signals to be transmitted are consequently generated in accordance with corresponding PLC modulation protocols. The current-carrying lines of the power system of the production system thus serve both as test leads for carrying out the current consumption measurements, as well as signal lines for the transmission of the recorded data, in which case each phase of the polyphase alternating current serves as a carrier signal of the signal to be transmitted of the current measurement data created with respect to this phase.

Neben den oben genannten Funktionen als Mess- und Signalleitungen dienen die stromführenden Leitungen des Stromnetzes der Produktionsanlage jeweils zur Energieversorgung des Energiemess- und Übertragungsmoduls 10. Das Energiemess- und Übertragungsmodul 10 ist dabei derart ausgestaltet, dass dessen Stromversorgung ausschließlich über die Stromleitung 6 des Stromnetzes 11 der Produktionsanlage bezogen wird, sodass zum Betrieb des Energiemess- und Übertragungsmoduls 10 keine weiteren externen Stromquellen und damit verbundene zusätzliche Verkabelungen notwendig sind. Das Energiemess- und Übertragungsmodul 10 ist dabei mit einem möglichst geringen Stromverbrauch konzipiert, um gegebenenfalls eine mit dem Betrieb des Energiemess- und Übertragungsmoduls 10 verbundene Verfälschung des gemessenen Energieverbrauchs der Anlagenkomponente vermeiden zu können. In addition to the above-mentioned functions as measuring and signal lines, the current-carrying lines of the power network of the production plant each serve to supply energy to the energy measuring and transmission module 10 , The energy measurement and transmission module 10 is designed such that its power supply exclusively via the power line 6 of the electricity network 11 the production plant, so that the operation of the energy measuring and transmission module 10 No additional external power sources and associated additional wiring are necessary. The energy measurement and transmission module 10 is designed with the lowest possible power consumption, possibly with the operation of the energy measurement and transmission module 10 To be able to avoid associated corruption of the measured energy consumption of the system component.

Als Stromsensoren können handelsübliche Stromsensoren verwendet werden, die es gestatten, Messwerte in einer Taktrate von bis zu 1000 Messwerten pro Sekunde aufzunehmen. As current sensors commercially available current sensors can be used, which allow to record measured values in a clock rate of up to 1000 measured values per second.

Zur Signalmodulation können alle üblichen den Powerline Communication Protokollen (PLC) entsprechenden Signalmodulationsvarianten verwendet werden, die eine möglichst störungsfreie Signalübertragung ermöglichen. For signal modulation, all the usual signal modulation variants corresponding to the Powerline Communication Protocols (PLC) can be used, which enable signal transmission that is as interference-free as possible.

Zur Auswertung und Analyse der aufgenommenen Strommessdaten werden diese über das Stromnetz an externe Recheneinheiten übertragen, wobei diese externen Recheneinheiten externe PCs 19 oder externe Laptops 14 sein können. Zur Übertragung der modulierten Signale der aufgenommenen Messdaten an die externen Recheneinheiten 14, 19 werden Ausleseeinheiten 15 verwendet, die an entsprechenden Stellen mit dem Stromnetz 11 und über Ethernet-Schnittstellen 17 mit dem jeweiligen externen Recheneinheiten 14, 19 verbunden sind. Die Demodulatoren der Ausleseeinheiten 15 demodulieren die modulierten Signale mit den zur Signalmodulation verwendeten Modulationsprotokollen entsprechenden Demodulationsprotokollen. Auf diese Weise können die aufgenommenen Strommessdaten in der Datenverarbeitung übliche Datenformate konfiguriert werden. Die durch den Demodulator konfigurierten Datensätze werden darauffolgend über die Ethernet-Schnittstelle 17 an die externe Recheneinheit 14, 19 übertragen, von der diese ausgelesen werden können. Zur weiteren Auswertung und Analyse der aufgenommenen Strommessdaten wird eine Analysesoftware eingesetzt, die auf den externen Recheneinheiten 14, 19 abläuft. For the evaluation and analysis of the recorded current measurement data, these are transmitted via the power network to external processing units, these external processing units being external PCs 19 or external laptops 14 could be. For transmitting the modulated signals of the recorded measurement data to the external computing units 14 . 19 become elite units 15 used in appropriate places with the mains 11 and via ethernet interfaces 17 with the respective external computing units 14 . 19 are connected. The demodulators of the readout units 15 demodulate the modulated signals with the modulation protocols used for signal modulation according to demodulation protocols. In this way, the recorded current measurement data in the data processing conventional data formats can be configured. The data sets configured by the demodulator are subsequently transmitted via the Ethernet interface 17 to the external processing unit 14 . 19 transfer, from which they can be read out. For further evaluation and analysis of the recorded current measurement data, an analysis software is used which is based on the external processing units 14 . 19 expires.

Die Verwendung der Ethernet-Technologie ermöglicht es, dass verschiedene Anlagen 21, 22, 23 die jeweils separate, nicht ineinander integrierte Stromnetze 11 aufweisen, durch einzelne über Ethernet-Schnittstellen 17 verbundene Ausleseeinheiten 15, die mit einer externe Recheneinheit 19 über ein Netzwerk 20 kommunizieren, zeitsynchron analysiert werden können. Wie in 3 gezeigt, ist so eine zentralisierte Analyse möglich, in denen voneinander unabhängige Anlagen simultan bezüglich ihres Energieverbrauchs analysiert, miteinander verglichen und gegebenenfalls aufeinander eingestellt werden können. The use of Ethernet technology allows different systems 21 . 22 . 23 each separate, not integrated power grids 11 through individual via Ethernet interfaces 17 connected readout units 15 that with an external processing unit 19 over a network 20 communicate, can be analyzed time-synchronously. As in 3 Thus, a centralized analysis is possible in which systems independent of one another can be analyzed simultaneously with respect to their energy consumption, compared with one another and, if necessary, adjusted to one another.

Die vorliegende Erfindung weist somit gegenüber dem Stand der Technik die folgenden Vorteile auf:

  • 1. Die Anordnung und charakteristische Ausgestaltung der Stromanschlüsse 2 wie auch die Verwendung der Klemmen 3 und der vorteilhaften Ausgestaltung des Neutral- und/oder Erdungsanschlusses des Energiemess- und Übertragungsmoduls 10 ermöglichen eine einfache Montage des Energiemess- und Übertragungsmoduls 10 als Zwischenadapter an allen Steuerungskomponenten, wie beispielsweise Sicherungsautomaten, Motorschutzschalter, Hauptschalter und Leistungsschützen, einer Industrieanlage oder vergleichbaren Komponenten einer Hausinstallation und gestatten eine Anwendung für einphasige wie auch mehrphasige Wechselströme.
  • 2. Die einfach gestaltete und problemlos durchführbare Installation ermöglicht eine sehr kurze Installationszeit, von unter 10 Minuten je Messpunkt, die es ermöglicht, installationsbedingte Produktionsausfälle möglichst gering zu halten.
  • 3. Aufgrund der Verwendung der Stromsensoren, mittels derer jeweils unabhängige Datensätze der jeweils verschiedenen Phasen der Mehrphasenwechselströme aufgenommen werden können, sind Messdaten in einer Taktrate von bis zu 1000 Messwerten pro Sekunde erzielbar. Dies trägt maßgeblich zu einer erhöhten Präzision der durchgeführten Analyse des Energieverbrauchs der jeweiligen Komponente bei.
  • 4. Die einfache Installation und die damit verbundene extrem kurze Installationszeit pro installiertem Messpunkt und die hohe Präzision der Datenaufnahme und Datenanalyse ermöglichen dem erfindungsgemäßen Energieanalysesystem sowohl flexibel, als Messsystem über kurze Zeiträume an verschiedenen Komponenten, als auch als ein ortsfest installiertes System verwendet zu werden, das über einen längeren Zeitraum kontinuierlich verlaufende Analysen eines einzelnen Anlagenteils oder einer vollständigen Produktionsanlage bereitstellt.
  • 5. Durch die Verwendung des Stromversorgungskreislaufs der Produktionsanlage oder der Hausinstallation sowohl als Mess-, Signal- als auch Versorgungskreislauf des Messsystems werden für den Betrieb des Energieanalysesystems keine zusätzlichen externen Leistungsquellen beziehungsweise damit verbundene Verkabelungen zwecks Energieversorgung beziehungsweise Signalübertragung benötigt.
  • 6. Die aufgenommenen Stromverbrauchsmessdaten können auf externen Recheneinheiten gespeichert, analysiert und interpretiert werden. Für die Analyse der Daten kann einfach programmierbare Analysesoftware verwendet werden und eine zeit- und personalintensive Programmiertätigkeit spezieller Bauteile zwecks Datenanalyse entfällt. Durch die Verwendung der Ethernet-Technologie kann eine zentralisierte Datenanalyse durchgeführt werden, bei der separate voneinander getrennte Anlagen zeitsynchron analysiert werden können.
The present invention thus has the following advantages over the prior art:
  • 1. The arrangement and characteristic design of the power connections 2 as well as the use of the terminals 3 and the advantageous embodiment of the neutral and / or ground terminal of the energy measuring and transmission module 10 allow easy installation of the energy measuring and transmission module 10 as an intermediate adapter to all control components, such as circuit breakers, motor protection switches, main switches and contactors, an industrial plant or similar components of a domestic installation and allow an application for single-phase as well as multi-phase alternating currents.
  • 2. The easy-to-install, easy-to-install installation allows for a very short installation time of less than 10 minutes per measurement point, minimizing installation-related production downtime.
  • 3. Due to the use of the current sensors, by means of which independent data sets of the respective different phases of the polyphase alternating currents can be recorded, measured data can be obtained at a clock rate of up to 1000 measured values per second. This significantly contributes to an increased precision of the analysis of the energy consumption of the respective component.
  • 4. The ease of installation and the associated extremely short installation time per installed measuring point and the high precision of data acquisition and analysis allow the energy analysis system according to the invention both flexible to be used as a measuring system for short periods on different components, as well as a fixed installed system, that provides continuous analysis of a single piece of equipment or a complete production plant over an extended period of time.
  • 5. The use of the power supply circuit of the production plant or the house installation, both as a measuring, signal and supply circuit of the measuring system, does not result in any additional external power sources for the operation of the energy analysis system or related wiring needed for the purpose of energy supply or signal transmission.
  • 6. The recorded power consumption data can be stored, analyzed and interpreted on external computing units. Easily programmable analysis software can be used to analyze the data, eliminating time-consuming and labor-intensive programming of specialized components for data analysis. By using Ethernet technology, a centralized data analysis can be carried out, in which separate, separate plants can be analyzed in a time-synchronized manner.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Gehäuse casing
2 2
Stromanschluss power connection
3 3
Klemme clamp
4 4
auf Stromnetz moduliertes Signal power-modulated signal
5 5
Verarbeitungseinheit processing unit
6 6
Stromleitung power line
7 7
Neutral- und/oder Erdungsanschluss Neutral and / or ground connection
8 8th
Magnet magnet
9 9
Anschlusskabel connection cable
10 10
Energiemess- und Übertragungsmodul Energy measuring and transmission module
11 11
Stromnetz power grid
12 12
Motor engine
13 13
Motorschutzschalter Motor protection switch
14 14
Laptop Laptop
15 15
Ausleseeinheit readout unit
16 16
Stromanschluss power connection
17 17
Ethernet-Anschluss Ethernet port
18 18
Schaltschranksteckdose cabinet outlet
19 19
Rechner computer
20 20
Netzwerk network
21 21
Anlage investment
22 22
Anlage investment
23 23
Anlage investment
24 24
Klemmschraube clamping screw
100 100
Energieüberwachungssystem Energy Monitoring System
101 101
System system
N N
Nullleiter neutral
L1, L2, L3 L1, L2, L3
Wechselstromphasen AC phases

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2012/0310800 A1 [0008] US 2012/0310800 A1 [0008]
  • GB 2484142 A [0008] GB 2484142 A [0008]
  • WO 2013/119010 A1 [0008] WO 2013/119010 A1 [0008]

Claims (12)

Energiemess- und Übertragungsmodul zur Anordnung in einer Stromleitung (6) und zur Messung der durch die Stromleitung geleiteten elektrischen Energie und Übermittlung von ermittelten Daten an eine Auswerteeinheit (14, 19), wobei das Energiemess- und Übertragungsmodul (10) ein Gehäuse (1) aufweist, an dem mindestens eine Klemme (3) zur Aufnahme einer Stromleitung, ein Neutral- und/oder Erdungsanschluss für den Anschluss an einen Nullleiter und/oder Schutzleiter und mindestens ein Stromanschluss (2) angeordnet sind, wobei eine Stromdurchführung zur Durchleitung des in der Stromleitung fließenden Stroms in dem Energiemess- und Übertragungsmodul von der Klemme (3) zum Stromanschluss (2) und umgekehrt angeordnet ist und der Stromanschluss derart ausgebildet ist, dass er an einem Sicherungsautomaten, einem Schutzschalter, einem Hauptschalter oder einem Schütz, die in der Stromleitung vorgesehen sind, angeordnet werden kann, wobei das Energiemess- und Übertragungsmodul eine Messeinheit zur Ermittlung der zwischen Klemme und Stromanschluss über die Stromdurchführung durchgeleiteten elektrischen Energie und eine Übertragungseinheit zur Übertragung von der Messeinheit ermittelten Daten über die am Energiemess- und Übertragungsmodul angeschlossene Stromleitung (6) mittels Powerline Communication aufweist. Energy measuring and transmission module for arrangement in a power line ( 6 ) and for measuring the electrical energy conducted through the power line and transmission of determined data to an evaluation unit ( 14 . 19 ), whereby the energy measuring and transmission module ( 10 ) a housing ( 1 ), on which at least one clamp ( 3 ) for receiving a power line, a neutral and / or ground terminal for connection to a neutral conductor and / or protective conductor and at least one power connector ( 2 ), wherein a current feedthrough for passing the current flowing in the power line in the energy measuring and transmission module of the terminal ( 3 ) to the power supply ( 2 ) and vice versa and the power connection is designed such that it can be arranged on a circuit breaker, a circuit breaker, a main switch or a contactor, which are provided in the power line, wherein the energy measuring and transmission module, a measuring unit for determining the between Terminal and power connection via the electrical feedthrough of conducted electrical energy and a transmission unit for the transmission of data from the measuring unit via the power line connected to the energy measuring and transmission module ( 6 ) by means of powerline communication. Energiemess- und Übertragungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiemess- und Übertragungsmodul (10) mehrere Klemmen (3) und mehrere Stromanschlüsse (2) für mehrpolige Sicherungsautomaten, Schutzschalter, Hauptschalter oder Schütze aufweist, wobei für jede Stromleitung, in die das Energiemess- und Übertragungsmodul mit einer Klemme und einem Stromanschluss zwischengeschaltet ist, das Energiemess- und Übertragungsmodul eine Messeinheit und eine Übertragungseinheit aufweist oder dieser funktional zugeordnet ist. Energy measuring and transmission module according to claim 1, characterized in that the energy measuring and transmission module ( 10 ) several terminals ( 3 ) and several power connections ( 2 ) for multi-pole circuit breakers, circuit breakers, main switch or contactors, wherein for each power line, in which the energy measuring and transmission module is interposed with a terminal and a power connection, the energy measuring and transmission module has a measuring unit and a transmission unit or is assigned to this functionally. Energiemess- und Übertragungsmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Stromanschlüsse (2) so beabstandet zueinander am Gehäuse (1) angeordnet sind, dass sie in die Aufnahmeöffnungen von Sicherungsautomaten, Schutzschalter, Hauptschalter oder Schütze passen. Energy metering and transmission module according to claim 2, characterized in that the plurality of power connections ( 2 ) so spaced from each other on the housing ( 1 ) are arranged so that they fit into the receiving openings of circuit breakers, circuit breakers, main switch or contactors. Energiemess- und Übertragungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit ein oder mehrere Stromsensoren aufweist. Energy metering and transmission module according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring unit has one or more current sensors. Energiemess- und Übertragungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinheit einen Signalmodulator aufweist, mit dem die zu übertragenden Daten auf Strom- und/oder Spannungssignale der überwachten Stromleitung aufmoduliert werden können. Energy metering and transmission module according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission unit has a signal modulator with which the data to be transmitted can be modulated onto current and / or voltage signals of the monitored power line. Energiemess- und Übertragungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiemess- und Übertragungsmodul einen Demodulator aufweist, mit dem Daten, die über Powerline Communication im Stromnetz übertragen werden, ausgelesen und in einem Computer lesbaren Format bereitgestellt werden können. Energy metering and transmission module according to one of the preceding claims, characterized in that the energy measuring and transmission module has a demodulator, with the data that is transmitted via powerline communication in the power network, read and can be provided in a computer readable format. Energiemess- und Übertragungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neutral- und/oder Erdungsanschluss einen Magneten (8) und ein mit dem Magneten (8) elektrisch verbundenes Anschlusskabel (9) aufweist, welches vorzugsweise mit einer Klemmschraube an dem Energiemess- und Übertragungsmodul angeordnet ist, wobei der Magnet (8) zum Anschluss des Energiemess- und Übertragungsmoduls an einen Nullleiter und/oder Schutzleiter an diesen anheftbar ist. Energy measuring and transmission module according to one of the preceding claims, characterized in that the neutral and / or ground connection a magnet ( 8th ) and one with the magnet ( 8th ) electrically connected connection cable ( 9 ), which is preferably arranged with a clamping screw on the energy measuring and transmission module, wherein the magnet ( 8th ) is attachable to the connection of the energy metering and transmission module to a neutral conductor and / or protective conductor to this. System zur Überwachung des Energieverbrauchs in mindestens einem Stromnetz (11) einer Industrieanlage oder eines Gebäudes mit einem oder mehreren Energiemess- und Übertragungsmodulen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer oder mehreren Komponenten aus der Gruppe, die Sicherungsautomaten, Schutzschalter, Hauptschalter und Schütze umfasst, wobei mindestens ein Energiemess- und Übertragungsmodul an einer Komponente angeordnet ist, und mit mindestens einer Ausleseeinheit (15), die im Stromnetz angeordnet werden kann und einen Demodulator aufweist, mit dem Daten, die über Powerline Communication im Stromnetz übertragen werden, ausgelesen und in einem Computer lesbaren Format bereitgestellt werden können, sowie mit mindestens einem Computer (14, 19) und einer auf dem Computer ausführbaren Software, mit der eine Datenanalyse zum Energieverbrauch im überwachten Stromnetz durchführbar ist. System for monitoring the energy consumption in at least one power grid ( 11 ) of an industrial plant or building with one or more energy measuring and transmission modules ( 10 ) according to one of the preceding claims and with one or more components from the group comprising automatic circuit breakers, circuit breakers, main switches and contactors, wherein at least one energy measuring and transmission module is arranged on a component, and with at least one read-out unit ( 15 ), which can be arranged in the power grid and has a demodulator, with which data that are transmitted via powerline communication in the power network, can be read out and provided in a computer-readable format, and at least one computer ( 14 . 19 ) and a software executable on the computer, with which a data analysis of the energy consumption in the monitored power grid is feasible. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleseeinheit (15) einen Ethernet-Ausgang (17) umfasst, über den demodulierte Daten in einem entsprechenden Format ausgegeben werden können. System according to claim 8, characterized in that the read-out unit ( 15 ) an ethernet output ( 17 ) via which demodulated data can be output in an appropriate format. System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stromnetze (11) mit jeweils einer Ausleseeinheit (15), die über ein Netzwerk (20) mit einem Computer verbunden sind, mit einem einzigen Computer auswertbar sind. System according to claim 8 or 9, characterized in that several power grids ( 11 ) each with a readout unit ( 15 ) over a network ( 20 ) are connected to a computer, are evaluable with a single computer. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem mehrphasigen Wechselstromnetz jede Phase separat überwacht und die erfassten Daten separat, insbesondere über separate Ausleseeinheiten ausgelesen werden. System according to one of claims 8 to 10, characterized in that in a multi-phase AC mains each phase separately monitored and the collected data separately, in particular read out via separate readout units. Verfahren zur Überwachung des Energieverbrauchs in mindestens einem Stromnetz einer Industrieanlage oder eines Gebäudes, bei welchem mindestens ein Energiemess- und Übertragungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder ein System zur Überwachung des Energieverbrauchs in mindestens einem Stromnetz einer Industrieanlage oder eines Gebäudes nach einem der Ansprüche 8 bis 11 verwendet werden. Method for monitoring the energy consumption in at least one power network of an industrial plant or building, wherein at least one energy measuring and transmission module according to one of claims 1 to 7 and / or a system for monitoring the energy consumption in at least one power grid of an industrial plant or a building after a of claims 8 to 11 are used.
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