DE112014001538T5

DE112014001538T5 - Verfahren zum Festlegen und Anpassen von Strombegrenzungen für Kopplervorrichtungenund ein elektrischer Schaltkreis zum Durchführen der Verfahren

Info

Publication number: DE112014001538T5
Application number: DE112014001538.5T
Authority: DE
Inventors: Renato Kitchener; Gunther Rogoll
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2015-12-03
Anticipated expiration: 2034-03-19
Also published as: GB201304957D0; GB2527946B; CN105027011B; CN105027011A; WO2014147093A1; US20160233665A1; GB201513708D0; US9806518B2; GB2527946A; DE112014001538B4

Abstract

Ein Verfahren des Festlegens von Strombegrenzungen für jede einer Vielzahl von auf einer Verbindungsleitung eines elektrischen Schaltkreises zu verteilten physischen Positionen montierten Kopplervorrichtungen, in welchem jede der Kopplervorrichtungen in der Lage ist, eine oder mehrere Abzweigungsleitungen zu betreiben, und in welchem die Verbindungsleitung einen Gesamtverbindungsleitungsstrom und eine bekannte Widerstandskomponente aufweist, umfassend die folgenden Schritte: a) Festlegen physischer Eigenschaften des elektrischen Schaltkreises, einschließlich i) einer Reihenfolge, in welcher die Kopplervorrichtungen an der Verbindungsleitung entlang deren Länge montiert sind; ii) eines Laststroms, den jede Kopplervorrichtung erfordert, um die eine oder die mehreren damit verbundenen Abzweigungsleitungen zu betreiben; und iii) einen durch die Widerstandskomponente der Verbindungsleitung verursachten Spannungsabfall jedes der Abschnitte der Verbindungsleitung, welcher proportional zu einer physischen Länge davon und den kombinierten Lastströmen jeder durch diesen Abschnitt der Verbindungsleitung betriebenen Kopplervorrichtung ist; b) Berechnen einer Strombegrenzung für jede Kopplervorrichtung nach einem vorbestimmten Toleranzprinzip, wobei die Strombegrenzung größer als der Laststrom ist; c) Berechnen eines jeder Kopplervorrichtung zur Verfügung stehenden Zwischenverbindungsleitungsstroms durch Abziehen der Strombegrenzungen jeder Kopplervorrichtung, die dieser Kopplervorrichtung in dieser Reihenfolge vorgehen, von diesem Gesamtverbindungsleitungsstrom, sowie eine daraus folgende, durch den Spannungsabfall von jedem der Abschnitte der Verbindungsleitung, die dieser Kopplervorrichtung vorangehen, verursachte Stromreduzierung; und d) Anpassen der Strombegrenzungen, sodass keine den der entsprechenden Kopplervorrichtung verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstrom übersteigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Festlegen und Anpassen von Strombegrenzungen für Kopplervorrichtungen und einen elektrischen Schaltkreis zum Durchführen dieser Verfahren, insbesondere jedoch nicht ausschließlich zur Verwendung in Zweidraht-Prozessleitsystemen.
Zweidraht-Prozessleitsysteme werden in vielen industriellen Einrichtungen zum Steuern und Überwachen einer Vielzahl von Vorrichtungen verwendet. Solche Systeme werden nach bestimmten Protokollen betrieben, von denen Feldbus ein Beispiel ist. Dies ist die Bezeichnung einer Familie industrieller Computernetzprotokolle, die zur Echtzeit-Prozesssteuerung verwendet werden und nunmehr als IEC61158 genormt sind. Ein komplexes automatisiertes Industriesystem, zum Beispiel eine Kraftstoffraffinerie, benötigt gewöhnlich eine organisierte Hierarchie von Steuerungssystemen, um zu funktionieren. In dieser Hierarchie befindet sich die Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) ganz oben, wobei ein Betreiber das System überwachen und betreiben kann. Dieses ist typischerweise mit einer mittleren Schicht speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) über ein nicht zeitkritisches Kommunikationssystem (z. B. Ethernet) vernetzt. Am unteren Ende der Steuerungskette ist der Feldbus, der die SPS mit den Komponenten verknüpft, die die eigentliche Arbeit verrichten, wie die Sensoren, Stellglieder, elektrischen Motoren, Bedienungsbeleuchtungen, Schalter, Ventile und Schaltschütze. Der Feldbus ist gewöhnlich ein kombiniertes Zweidrahtenergie- und Datennetz, das sowohl Energie als auch Kommunikation für die Feldkomponenten bereitstellt.
Feldbus wird oftmals in eigensicheren Umgebungen, zum Beispiel brennbaren Atmosphären, und insbesondere Gasgruppenklassifizierung IIC, Wasserstoff und Acetylen und darunter, zum Beispiel Gasgruppe IIB und IIA, für Gas und/oder Staub verwendet. In einem typischen kombinierten Zweidraht-Feldbus Elektroenergie- und Kommunikationsschaltkreis befindet sich eine Energieversorgung, eine Art eigensichere Sicherheitssperre, ein in das Feld führender Verbindungsleitungsabschnitt, eine Anzahl von auf der Verbindungsleitung an verteilten physischen Positionen montierter Kopplervorrichtungen und eine oder mehrere mit jeder Kopplervorrichtung verbundene Abzweigungsleitungen, wobei auf jeder von diesen Kopplervorrichtungen ein oder mehrere Feldinstrumente montiert sind. Die Verbindungsleitung und die Abzweigungsleitungen bilden zusammen ein „Segment”. Die eigensichere Sicherheitssperre trennt den Schaltkreis in eine eigensichere Seite und eine nicht eigensichere Seite. Die Energieversorgung, die SPS und anderen Systeme, wie physische Schichtdiagnosemodule, die physische Schichtattribute des elektrischen Schaltkreises und der Netzhardware messen, und teilweise die verwendete physische Software oder das verwendete Protokoll befinden sich auf der nicht eigensicheren Seite des Schaltkreises, gewöhnlich in einem Kontrollraum. Die Verbindungsleitung, die Kopplervorrichtungen, die Abzweigungsleitungen und die Feldinstrumente befinden sich auf der eigensicheren Seite draußen im Feld. Es jedoch auch möglich, in gewöhnlichen nicht eigensicheren Umgebungen den Feldbus oder jedes andere ähnliche Zweidrahtprotokoll ohne eine Eigensicherheitssperre zu verwenden.
In jedem Zweidrahtsegment sind Strombegrenzungen vorhanden, die fungieren, um zu verhindern, dass eine Kopplervorrichtung oder eine Abzweigungsleitung im Falle eines Kurzschlusses oder eines offenen Schaltkreises zu viel Strom zieht. Dies ist in einem eigensicheren System unerlässlich, weil die Strombegrenzungen fungieren, um zu verhindern, dass ein Kurzschluss oder offener Schaltkreis brennbare Lichtbögen bildet. Solche Systeme verhindern jedoch auch, dass ein Segment im Falle eines Kurzschlusses versagt, weil der Kurzschluss auf eine bestimmte Abzweigungsleitung isoliert sein kann, und verhindern, dass das gesamte System zu Fall gebracht wird. Dies wird gewöhnlich mit Strombegrenzungsschutzelektronik innerhalb aktiver Kopplervorrichtungen erzielt, die fungieren, um entweder den Strom vollständig oder in einer bestimmten Abzweigungsleitung zu begrenzen, wenn daran ein Kurzschluss eintritt. Strombegrenzungsvorrichtungen wie diese umfassen gewöhnlich ein in Reihe angeordnetes Halbleiterelement und einen Stromlese-/Ansteuerschaltkreis. Der Schaltkreis überwacht den Strom in der Abzweigungsleitung und wenn dieser als Folge eines in der Abzweigungsleitung auftretenden Kurzschlusses einen Auslösepegel erreicht, wird der Halbleiter umgeschaltet, um den Strom zu begrenzen und zu verhindern, dass der Fehler den Rest des Segments beeinträchtigt. Der Schaltkreis arbeitet entweder in einer rechteckigen Art und Weise oder geht auf eine hohe Impedanz, um den Strom auf den Auslösepegel selbst zu begrenzen und ihn dort für einen bestimmten Zeitraum zu halten, oder er arbeitet nach Art des Foldback-Verhaltens und begrenzt den Strom auf einen niedrigeren Pegel, wodurch die Abzweigungsleitung effektiv vom Rest des Segments isoliert wird.
Fehler wie diese können auftreten, wenn eine unbeabsichtigte Kabelmarke vorliegt oder wenn eine Vorrichtung selbst aufgrund eines Kurzschlusszustands versagt, was die Folge eines elektronischen Komponentenversagens oder sogar Überflutung des Instrumentengehäuses sein könnte. Die Strombegrenzungselektronik verhindert, dass derartige Fehler einen Kurzschluss in der Verbindungsleitung verursachen. Kurzschlüsse können auch auftreten, wenn eine Vorrichtung getrennt ist oder wenn Fehler während der Routinewartung und Kalibrierung auftreten, sodass die Strombegrenzungselektronik als eine Schutzvorrichtung fungiert und ermöglicht, dass Routinearbeiten an einer aktiven Abzweigungsleitung durchgeführt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass sie andere Teile des Schaltkreises beeinträchtigen.
Zu Beginn der Konzipierung eines Zweidrahtsystems ist der Laststrom jeder Abzweigungsleitung und Kopplervorrichtung theoretisch bekannt und eine vorgegebene Menge an Energie wird als solche an die Verbindungsleitung bereitgestellt, um diesen Anforderungen nachzukommen. Ein Problem, das jedoch alle bestehenden oder zukünftigen Zweidrahtsysteme konfrontiert, ist die Möglichkeit des Versagens aufgrund eines Überstrombedarfs irgendwo auf dem Segment, der die Konzipierung überschreitet und der dann verursacht, dass die Versorgungsspannung an einem bestimmten Punkt anderswo auf dem Segment unterhalb der erforderlichen Geräteeingangsspannung fällt, was zum Versagen der Vorrichtung führt. Eine Schaltkreiskonzipierung kann oft ganz anders als die praktische Applikation sein und insbesondere kann eine Last höher als die ursprüngliche Berechnung sein. Außerdem kann, obwohl ein Schaltkreis dazu konzipiert sein kann, einen Abzweigungsleitungsfehler unterzubringen, er nicht dazu in der Lage sein, zwei oder mehr Fehler gleichzeitig unterzubringen. Derartige Fehler können unbeabsichtigt sein, wie zum Beispiel Kurzschlüsse oder dergleichen, werden aber oft durch außerplanmäßige oder nicht gesteuerte Vorrichtungslasten verursacht.
Jedes Zweidrahtsystem sieht sich diesem Problem ausgesetzt, unabhängig davon ob es Simplex oder redundant ist. Die herkömmliche Art und Weise, ein solches auf einem bestehenden Segment auftretendes Problem anzugehen besteht darin, es herunterzufahren und es erneut in Betrieb zu nehmen. In vielen Fällen führt dies zum Verlust vieler Steuerungskreise und zu aufwendiger Ausfallzeit.
Alternativ könnte beim ursprünglichen Konzipieren eines Schaltkreises eine größere Aussteuerungsreserve zur Unterbringung solcher Fehler oder unerwarteter Lasten bereitgestellt werden. Diese größere Aussteuerungsreserve würde jedoch zu Lasten der Kabellänge und/oder -kapazität gehen. Klassische Feldbussysteme erlauben Fehler nur bei einer überlasteten Abzweigungsleitung, was ein zu großes Risiko erzeugt, wenn das System beispielsweise Sicherheitssysteme betreibt, oder in Fällen, in denen mindestens zweiunddreißig Abzweigungsleitungen oder Vorrichtungen vorliegen, was das Risiko gleichzeitiger Fehler erhöht. Das Erhöhen der Aussteuerungsreserve macht solche Systeme jedoch sehr ineffizient.
Die Alternativmöglichkeit der Bereitstellung nur eines Spannungspegels an das ganze Netz ist ebenfalls ineffizient weil dies geringe Belastung mit konstanten Stromlasten erfordern würde.
1 zeigt eine Ausführungsform des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung und wird nachstehend vollumfänglich erläutert, veranschaulicht jedoch auch die Art des oben in Bezug genommenen Zweidrahtnetzes und kann in Bezug genommen werden, um einige der relevanten Eigenschaften davon zu verstehen. In 1 gründet sich ein Zweidraht-Feldbussystem auf ein offenes Simplex- oder redundantes TCP/IP(Internet Protocol)-System 1, das ein oder mehrere Gateways 2a und 2b, eine Simplex- oder redundante Verbindungsleitung 3a und 3b und Simplex- oder redundante zustandsvariable (Option) Energieversorgungen 4a und 4b aufweist. Auf der Verbindungsleitung 3a sind eine oder mehrere Kommunikations-Kopplervorrichtungen 9a, 9b und 9n montiert, die in jedem Fall ein oder mehrere Feldgeräte 8 über Abzweigungsleitungskabel 11 betreiben. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass das in 1 Gezeigte nicht einschränkend ist und dass mehrere Kopplervorrichtungen und eine höhere Anzahl von damit verbundenen Abzweigungsleitungen vorliegen könnten. Es ist auch möglich, eine einzelne Abzweigungsleitung oder eine einzelne Vorrichtung direkt mit der Verbindungsleitung 3a zu verbinden, anstatt über eine Kopplervorrichtung. In den bekannten Anordnungen würden die Kopplervorrichtungen 9a, 9b und 9n statischen Schaltkreisschutz gegen jeden Abzweigungsleitungsüberstrom umfassen.
In den meisten Feldbussystemen ist die Verbindungsleitung 3a, 3b das längste Kabel und bei Zweidraht-Feldbussystemen benötigt es den gesamten Laststrom zumindest am Energieversorgungsende. Daher besteht entlang einer vorgegebenen Länge der Verbindungsleitung, die verteilte oder zentralisierte Kopplervorrichtungen umfasst, ein durch die Widerstandskomponente des Kabels verursachter Spannungsabfall, der proportional zum dadurch fließenden Strom ist.
Bei Prozesssystemen lässt der der Energieversorgung 4a am nächsten gelegene Kabelabschnitt 5 die höchste Spannung aufgrund der Tatsache, dass er den Gesamtstrom (/ 9a ± | 9b + / 9n) trägt, fallen. Dieser Spannungsabfall verringert sich jedoch proportional im nächsten Abschnitt 6, weil er weniger Strom trägt (/ 9b + / 9n). Der Spannungsabfall verringert sich gleichermaßen weiter im letzten Abschnitt 7, der den geringsten Strom trägt (/ 9n).
In der Praxis ist der Gesamtstrom (/ 9a + / 9b + / 9n) eine Kombination vieler Variablen, die statisch oder dynamisch sein können. Die Variablen beinhalten statische oder dynamische Vorrichtungslasten, Vorrichtungsfehlerströme oder Abzweigungsleitungskabelkurzschlüsse. Unabhängig von den Umständen ist es wichtig, dass eine Mindesteingangsspannung für jede teilnehmende Komponente bereitgestellt wird. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass diese Spannung von dem spezifischen Strom jeder Vorrichtung, Kopplervorrichtung oder jedem Fehler an deren/dessen bestimmtem Standort im Schaltkreis abhängt. Eine zusätzliche zur Kopplervorrichtung 9n hinzugefügte Last von 100 mA würde zum Beispiel verursachen, dass die Eingangsspannung zur Kopplervorrichtung 9n unterhalb die erforderliche Mindestspannung fällt, wohingegen dieselbe zur Kopplervorrichtung 9a hinzugefügte Last von 100 mA möglicherweise keinen Abfall der Eingangsspannung zur Kopplervorrichtung 9n auf unterhalb der erforderlichen Mindestspannung verursacht. Der Grund hierfür sind die auf der Kabellänge basierten Strom-/Widerstands-/Spannungs-(U = R·I)Eigenschaften. (Siehe 5 und die nachstehende begleitende Beschreibung hinsichtlich einer weiteren Erklärung dieses Phänomens.)
Wenn die Abschnitte 5, 6 und 7 eine gleiche Länge aufweisen und jede Kopplervorrichtung 9a, 9b und 9n denselben Strom zöge, dann wäre in dieser Topologie die niedrigste Spannung an Kopplervorrichtung 9n zu sehen. Dies wäre in einer alternativen Topologie nicht der Fall, wobei alle drei Kopplervorrichtungen 9a, 9b und 9n an einem zentralisierten Punkt am Ende des Abschnitts 7 platziert werden. Als solches ist ein Prozesssystem wie das gezeigte das leistungseffizientere.
Wenn ein Segment zuerst konzipiert wird, werden die oben beschriebenen Faktoren in Betrachtung gezogen, und sodann werden die Ströme und Spannungen an unterschiedlichen Teilen des Segments berechnet. Dies wird gewöhnlich mit einem Computeremulator/-rechner (Segmentkonzipierungsüberprüfung) durchgeführt oder es kann manuell durchgeführt werden. In jedem Fall kann jedoch nur der theoretisch vorhergesehene Arbeitszustand berücksichtigt und die Maximalstrombegrenzung demgemäß extrapoliert werden. Außerdem kann nur eine gegebene Anzahl theoretischer Kurzschlussfehler untergebracht werden.
Als eine Folge dieses Ansatzes ist die Konzipierung des Schaltkreises oft ungenau und gründet sich gewöhnlich auf konservative Risikofaktoren. Mit anderen Worten wird das System mit einer höheren Toleranz konzipiert als dies möglicherweise zur Reduzierung des Ausfallrisikos erforderlich ist, was zu einer geringen Auslastung führt.
Im Zuge der Einführung immer komplexerer Systeme in die Feldbus-(oder ähnliche)Arena werden diese Arten von Berechnungen immer schwieriger und die Dateneingabe wird immer zeitaufwändiger.
Diese Berechnungen sind in jedem Fall nicht mehr einschlägig, sobald das System tatsächlich in Betrieb ist und unvorhergesehene Betriebszustände, Fehler oder Aktualisierungen auftreten, die durch die ursprüngliche Berechnung nicht vorhergesehen wurden und die somit das Versagen eines Segments verursachen.
Selbst wenn ein Segment gut konzipiert ist und viele unerwartete Änderungen meistert, ist es dennoch anfällig für Überbelastung und Ausfall, selbst wenn Abzweigungsleitungsfehlerschutz integriert wurde. Selbst wenn eine redundante Verbindungsleitung bereitgestellt wird, bietet dies keinen Schutz, es sei denn, sie weist Lastteilungsfähigkeit auf. Ein System muss in jedem Falle in der Lage sein, im Simplexmodus betrieben werden zu können, sollte eine Energieversorgung ausfallen.
Ein Einschaltstromstoß an der Vorrichtung ist ebenfalls zu bedenken. Ein Einschaltstromstoß an der Vorrichtung wird durch den Charge-up-Bedarf des Unterstützungssystems verursacht, damit dieses Vorfälle wie partiellen Stromausfall an der Vorrichtung und Bedarf der Zusatzvorrichtungen bewältigen kann. Es ist bekannt, den Einschaltstrom abzudrosseln, dies erfordert jedoch zusätzliche komplexe Elektronik. Alternativ kann die Energieversorgung konfiguriert werden, um eine Gesamtinitialisierung (System-Power-up) zu bewältigen, wobei alle Lasten den Laststrom gleichzeitig verlangen. Dies kann durch Erhöhen der Stromstoßfähigkeit der Energieversorgung erreicht werden. Dies hat allerdings auch einen Nachteil, weil dies nur zum Zeitpunkt der Initialisierung erfolgen kann, wonach das Segment ständig über mehrere Monate angetrieben wird, während welchem Zeitraum die Energieversorgung mit einem verringerten Strom betrieben wird.
Ein anderes Problem, das auftreten kann, ist, dass in einigen Segmenten die Last hoch ist jedoch das Kabel kurz ist. Dies bedeutet, dass für konstante Stromlasten und eine konstante Spannungsversorgung einer gegebenen feststehenden Maximalspannung eine Überschussspannung an den Kopplervorrichtungen vorliegen kann. Diese Spannung könnte mehr als 20 V betragen. Wenn die Energieversorgung auf 48 V eingestellt ist und der Strom 1 A ist, dann beträgt die Leistung 48 Watt. Bei 80% Effizienz beträgt der Leistungsverlust 9,5 Watt. Wenn die Energieversorgung jedoch nur bei 28 V liegen muss, dann ist der Leistungsverlust 28 × 1 × 0,2 = 5,5 Watt, d. h. eine potentielle Einsparung von 4 Watt und ungefähr 50%.
Noch ein weiteres Problem besteht darin, dass – wenn ein System redundant ist, wie das in 1 gezeigte – das Betreiben einer höheren als der erforderlichen Strombegrenzung oder eines höheren Auslösesollwerts zur Bereitstellung einer größeren Aussteuerungsreserve nicht wünschenswert sein kann, weil dies möglicherweise das Fortbestehen einiger Durchschlagfehler erlaubt. Ein Fehler könnte Durschlags- oder Aussetzfehlereigenschaften aufweisen jedoch die Energieversorgung nicht auslösen, und die verbleibende Energieversorgung initiiert oder übernimmt dann unter Beibehalten des Fehlers. Dies mag in den meisten Fällen kein Problem darstellen, belässt das System jedoch als anfällig. Ein Segment, das zum Beispiel eine Versorgung von 400 mA erfordert, würde idealerweise nicht durch eine Energieversorgung betrieben, die bei 5 A ausgelöst wird. Ebenso kann das Verwenden einer Versorgung von 500 mA nicht nützlich sein, wenn das System zu einem späteren Zeitpunkt eine Erweiterung auf 800 mA erfordert.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Bewältigung einiger der oben beschriebenen Probleme.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst daher ein Verfahren des Festlegens von Strombegrenzungen für jede einer Vielzahl von auf einer Verbindungsleitung zu verteilten physischen Positionen eines elektrischen Schaltkreises montierten Kopplervorrichtungen, in welchem jede der Kopplervorrichtungen in der Lage ist, eine oder mehrere damit verbundene Abzweigungsleitungen zu betreiben, und in welchem die Verbindungsleitung einen Gesamtverbindungsleitungsstrom und eine bekannte Widerstandskomponente aufweist, die folgenden Schritte:

a) Festlegen physischer Eigenschaften des elektrischen Schaltkreises, einschließlich i) einer Reihenfolge, in welcher die Kopplervorrichtungen auf der Verbindungsleitung entlang deren Länge montiert sind; ii) eines Laststroms, den jede Kopplervorrichtung zum Betreiben der damit verbundenen einen oder mehreren Abzweigungsleitungen erfordert; und iii) eines Spannungsabfalls jedes der Abschnitte der Verbindungsleitung, der durch deren Widerstandskomponente verursacht wird, welcher proportional zu einer physischen Länge davon und den kombinierten Lastströmen jeder Kopplervorrichtung ist, die durch diesen Abschnitt der Verbindungsleitung betrieben wird;
b) Berechnen einer Strombegrenzung für jede Kopplervorrichtung, wobei die Strombegrenzung größer als der Laststrom ist, nach einem vorbestimmten Toleranzprinzip;
c) Berechnen eines für jede Kopplervorrichtung verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstroms durch Abziehen der Strombegrenzungen jeder der dieser Kopplervorrichtung in dieser Reihenfolge vorhergehenden Strombegrenzung von dem Gesamtverbindungsleitungsstrom sowie einer daraus folgenden durch den Spannungsabfall jeder der Abschnitte der Verbindungsleitung, die dieser Kopplervorrichtung vorhergehen, verursachten Stromreduzierung; und,
d) Anpassen der Strombegrenzungen, sodass keine den der entsprechenden Kopplervorrichtung zur Verfügung stehenden Zwischenverbindungsleitungsstrom übersteigt.

Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren des Festlegens von Strombegrenzungen für jedes Zwei- oder Vierdrahtsegment bereit, das jedes bekannte Protokoll verwendet, welches auf den tatsächlichen in Anspruch genommenen Anforderungen basiert, anstatt auf einem ursprünglichen theoretischen Konzept. Es ermöglicht den Kopplervorrichtungen ebenfalls, an jeder Position auf der Verbindungsleitung platziert zu werden und in der Lage zu sein, den Strom festzulegen, der ihnen infolgedessen zur Verfügung steht, weil die durch die Spannungsabfälle der vorgeschalteten Abschnitte der Verbindungsleitung verursachten Stromreduzierungen berücksichtigt werden. Das Verfahren stellt außerdem einen Mechanismus bereit, wodurch – wenn das vorbestimmte Toleranzprinzip, das eine gewählte Aussteuerungsreserve für Fehler etc. wäre, zu groß wäre, und eine oder mehrere Kopplervorrichtungen im Falle eines vorgeschalteten Fehlers innerhalb dieser Aussteuerungsreserve stromarm wären – die Strombegrenzungen nach der vorliegenden Erfindung entsprechend reduziert werden können, um einen derartigen Vorfall zu verhindern. Das Verfahren des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist daher eine Art Selbstregulierung geeigneter Strombegrenzungen für ein Segment.
Eine Version des Erfindungsschrittes d) kann das Identifizieren jeder Kopplervorrichtung mit einer Strombegrenzung umfassen, die den daran verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstrom übersteigt, und entweder das Reduzieren der Strombegrenzung dieser Kopplervorrichtung auf den gleichen oder einen geringeren Strom als den daran verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstrom, oder Erhöhen des daran verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstroms, sodass dieser gleich oder größer als die Strombegrenzung der Kopplervorrichtung ist, durch Reduzieren der Strombegrenzung einer oder mehrerer verschiedener daran vorgeschalteter und/oder nachgeschalteter Kopplervorrichtungen. Im ersten Falle wird die Kopplervorrichtung im Wesentlichen herabgestuft, was das Deaktivieren einer oder mehrerer Abzweigungsleitungen oder das Reduzieren der daran bereitgestellten Aussteuerungsreserve erfordern kann. Im zweiten Falle wird die anderswo im Segment bereitgestellte Aussteuerungsreserve verringert, um die erforderliche Aussteuerungsreserve an der fraglichen Kopplervorrichtung bereitzustellen. Dies könnte mit einer nur kleinen und relativ unbedeutenden Reduzierung der Aussteuerungsreserve an mehreren vorgeschalteten Kopplervorrichtungen erreicht werden, die Kombination derselben könnte jedoch erheblich sein.
Der elektrische Schaltkreis kann bevorzugter Weise ferner eine Energieversorgung und einen Stromverteilungssteuerungsmechanismus umfassen, und Schritt a) kann umfassen, dass jede Kopplervorrichtung und die Energieversorgung eine Messung des Stroms und/oder der Spannung der Verbindungsleitung vornehmen und anschließend diese Messung an den Stromverteilungssteuerungsmechanismus kommunizieren, und im Falle jeder Kopplervorrichtung den Laststrom auch an den Stromverteilungssteuerungsmechanismus kommunizieren, den die Kopplervorrichtung erfordert, um die eine oder die mehreren damit verbundenen Abzweigungsleitungen zu betreiben. Schritt a) kann ferner das Festlegen der Reihenfolge, in welcher die Kopplervorrichtungen auf der Verbindungsleitung montiert sind, durch den Stromverteilungssteuerungsmechanismus durch Platzieren der Messungen in der Reihenfolge nach abnehmender Größe umfassen und Schritt a) kann auch das Festlegen des durch die Widerstandskomponente davon verursachten Spannungsabfalls jeder der Abschnitte der Verbindungsleitung durch den Stromverteilungssteuerungsmechanismus umfassen, durch Abziehen der durch eine Kopplervorrichtung bereitgestellten Messung von der durch die daran vorgeschaltete Kopplervorrichtung bereitgestellten Messung, oder im Falle der ersten Kopplervorrichtung in der Reihenfolge der durch die Energieversorgung bereitgestellten Messung.
Daher kann das Festlegen der erforderlichen Tatsachen, die zur Durchführung des Verfahrens des ersten Aspekts der Erfindung erforderlich sind, automatisch durch die mit dem Stromverteilungssteuerungsmechanismus kommunizierenden Kopplervorrichtungen bereitgestellt werden. Dieser „Mechanismus” kann jedes elektronische System oder System sein, das zur Durchführung dieser Kommunikationen und Berechnungen und zum Speichern der erforderlichen Daten in der Lage ist. Es kann aus einer der Kopplervorrichtungen selbst oder aus einem getrennten mit dem Segment oder mit dem gesamten Netz assoziierten Managementcomputer bestehen.
Schritt a) kann ferner das Festlegen der physischen Länge jeder der Abschnitte der Verbindungsleitung durch den Stromverteilungssteuerungsmechanismus durch Kombinieren des Laststroms aller derjenigen Kopplervorrichtungen umfassen, die einer Kopplervorrichtung nachfolgen, um einen durch den Abschnitt der daran nachgeschalteten Verbindungsleitung getragenen Abschnittsstrom zu bestimmen, und anschließend die physische Länge dieses Abschnitts als einen Faktor seiner durch den Spannungsabfall und den Abschnittsstrom verursachten Stromreduzierung zu berechnen. Diese Berechnung kann daher durch Verwenden der gesammelten Daten durchgeführt werden.
Dem Fachmann ist ersichtlich, dass sich der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung auf die anfängliche Anlaufphase eines Segments bezieht, dass jedoch dasselbe erfindungsgemäße Konzept auch als ein Verfahren des Anpassens von in Anspruch genommenen Strombegrenzungen Anwendung finden kann, wenn sich die Umstände ändern.
Daher umfasst nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren des Anpassens von Strombegrenzungen für jede einer Vielzahl von auf einer Verbindungsleitung eines elektrischen Schaltkreises zu verteilten physischen Positionen montierten Kopplervorrichtungen, in welchem jede der Kopplervorrichtungen in der Lage ist, eine oder mehrere damit verbundene Abzweigungsleitungen zu betreiben, in welchem die Verbindungsleitung einen Gesamtverbindungsleitungsstrom und eine bekannte Widerstandskomponente aufweist, in welchem die Kopplervorrichtungen in einer Reihenfolge auf der Verbindungsleitung entlang deren Läge montiert sind, wodurch die Verbindungsleitung in Abschnitte geteilt wird, die sich zwischen den Kopplervorrichtungen erstrecken, von denen jede einen durch die Widerstandskomponente davon verursachten Spannungsabfall aufweist, in welchem jede der Kopplervorrichtungen eine durch das Verfahren nach jedem der nachstehenden Ansprüche 1 bis 4 festgelegte anpassbare Strombegrenzung umfasst, die folgenden Schritte:

a) Ändern eines Laststroms, den eine patentgegenständliche Kopplervorrichtung zum Betreiben der damit verbundenen einen oder mehreren Abzweigungsleitungen zieht, entweder beabsichtigt durch Verbinden oder Trennen einer Abzweigungsleitung oder unbeabsichtigt mittels eines Kurzschlusses;
b) Festlegen eines durch die Widerstandskomponente verursachten abgeänderten Spannungsabfalls jedes der Abschnitte der Verbindungsleitung, der proportional zur physischen Länge und den veränderten kombinierten Lastströmen jeder Kopplervorrichtung ist, die durch diesen Abschnitt der Verbindungsleitung betrieben werden;
c) Berechnen eines jeder Kopplervorrichtung verfügbaren abgeänderten Zwischenverbindungsleitungsstroms durch Abziehen der Strombegrenzungen der Kopplervorrichtungen, die dieser Kopplervorrichtung in dieser Reihenfolge vorhergehen, von dem Gesamtverbindungsleitungsstrom sowie einer daraus folgenden, durch den Spannungsabfall verursachten abgeänderten Stromreduzierung jeder der Abschnitte der Verbindungsleitung, die dieser Kopplervorrichtung vorhergehen; und
d) Anpassen der Strombegrenzungen, sodass keine den der entsprechenden Kopplervorrichtung zur Verfügung stehenden Zwischenverbindungsleitungsstrom übersteigt.

Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet daher im Wesentlichen das Neuberechnen der Strombegrenzungen der Kopplervorrichtung im Falle einer bei der Verwendung angewendeten Änderung. Diese Änderung könnte eine beabsichtigte sein, zum Beispiel das Anschließen oder Trennen einer Vorrichtung, oder sie könnte eine unbeabsichtigte sein, zum Beispiel ein Aufbau- oder Unterbrechungsfehler. In beiden Fällen würde das Verfahren im Wesentlichen betrieben werden, als ob das Segment neu wäre und die Strombegrenzungen würden neu festgelegt werden, um den Anforderungen zu entsprechen, mit der Maßgabe, dass die Änderung eine Änderung ist, die durch das System untergebracht werden kann (im Gegensatz zu einem, welches dies nicht kann, in welchem Fall die Strombegrenzung für die fragliche Kopplervorrichtung erreicht wäre und der Schaltkreis in einem statischen Fehlerstatus verbleiben würde).
In jedem Fall, in dem der Unterschied zwischen dem Laststrom und der Strombegrenzung einer Kopplervorrichtung ein Überschussstrom sein kann, und wenn Schritt a) das Erhöhen (im Gegensatz zum Verringern) eines Laststroms umfasst, zieht die patentgegenständliche Kopplervorrichtung bevorzugt die eine oder die mehreren damit verbundenen Abzweigungsleitungen zum Betrieb, kann Schritt d) das Erhöhen des der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung zur Verfügung stehenden Verbindungsleitungsstroms durch Zuteilung des gesamten Überschusses oder eines Teils desselben umfassen. Dies beinhaltet im Wesentlichen das Neuzuteilen einer Aussteuerungsreserve auf eine selbst regulierende Art und Weise dorthin, wo diese benötigt wird.
Wenn ein Stromverteilungssteuerungsmechanismus bereitgestellt wird, kann Schritt a) das Kommunizieren der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung der Erhöhung des Laststroms an den Stromverteilungssteuerungsmechanismus umfassen, und anschließend kann Schritt d) das Anpassen einer oder mehrere der Strombegrenzungen der Kopplervorrichtung durch den Stromverteilungssteuerungsmechanismus umfassen, um den gesamten Überschussstrom oder einen Teil desselben der patentgegenständlichen Vorrichtung nach einem vorbestimmten Neuzuteilungsprinzip zuzuteilen. Dieses Neuzuteilungsprinzip kann alle geeigneten Faktoren umfassen, zum Beispiel einen Schwellenwert, bis zu welchem es als sicher angesehen wird, eine Strombegrenzung herunter zu reduzieren und jenseits dessen dies nicht der Fall ist. Dies kann Kopplervorrichtungs- oder sogar Abzweigungsleitungs-spezifisch sein.
Der Stromverteilungssteuerungsmechanismus kann in einer Version der Erfindung eine Abzweigungsleitungshierarchie umfassen, die Abzweigungsleitungen der Kopplervorrichtungen nach Priorität einstuft. Wenn Schritt a) das Erhöhen einer Laststromanforderung der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung auf einen höheren Pegel als die Strombegrenzung der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung umfasst, dann kann in Schritt d) der Stromverteilungssteuerungsmechanismus die Strombegrenzung der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung erhöhen, um die Erhöhung der Laststromanforderung durch Deaktivieren einer oder mehrerer Abzweigungsleitungen anderer Kopplervorrichtungen oder der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung unterzubringen, die in der Abzweigungsleitungshierarchie der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung unterhalb der einen oder mehreren Abzweigungsleitungen liegen. Mit diesem System können wichtige Vorrichtungen auf einem Segment auf Kosten anderer aufrechterhalten werden.
Dieses System definiert daher selektiv, welche Vorrichtungen oder Abzweigungsleitungen ausgestellt werden würden, und welche Vorrichtungen beibehalten werden, sollte die Strombegrenzung überschritten werden (oder der Versuch einer Überschreitung vorgenommen werden) und von anderswo keine ungenutzte Kapazität erhalten werden (z. B. das System arbeitet bei Kapazität und alle erlaubten Strombegrenzungen sind bereits verbraucht). Diese Option ermöglicht es sicherheitskritischen Vorrichtungen oder Steuerungsschleifen weiter zu arbeiten und weniger kritischen Vorrichtungen abgeschaltet zu werden.
Eine Kopplervorrichtung hat beispielsweise eine Vorrichtungshierarchieliste der angeschlossenen Vorrichtungen, wobei einige Vorrichtungen möglicherweise überwachen und einige Vorrichtungen möglicherweise für Steuerungsschleifen verwendet werden. Unter den Steuerungsschliefen können einige Elemente jedoch wichtiger als andere sein, zum Beispiel eine Tankfüllungssteuerungsschleife, wobei die Pegelmessung zugunsten des Füllsteuerungsventils geopfert werden könnte, wobei der Verlust der Messung ein Abschalten eines Steuerungsventils auf eine eigensichere Art und Weise initiieren würde.
Gleichermaßen kann eine Abzweigungsleitungshierarchie vorliegen, umfassend eine Verbindungsregel, wobei der letzte oder aktuellste Anschluss blockiert oder abgewürgt sein kann oder von dem Hierarchiesystem eine Erlaubnis erforderlich sein kann, selbst wenn die Zuteilung aufgrund eines anderweitigen ausreichenden Überschusses möglich wäre. Wenn das Kommunizieren mit einer Vorrichtung zu diesen Zwecken erfolgt, kann deren Strombedarf direkt daher beschafft werden oder er kann von einer Datenbank beschafft werden, wenn die Vorrichtung ihren Modelltyp kommunizieren kann. Alternativ kann das System diese Daten der Kopplervorrichtung aus seinen eigenen Segmentkonzeptunterlagen bereitstellen.
In einer Version der Erfindung, wenn Schritt a) das Verringern eines Laststroms umfasst, den die patentgegenständliche Kopplervorrichtung durch Abschalten aller Abzweigungsleitungen davon auf Null zieht, dann kann in den Schritten b) bis d) die patentgegenständliche Kopplervorrichtung von der Betrachtung ausgeschlossen werden.
Der Grund dieses Merkmals ist, dass eine Abzweigungsleitung ohne eine angeschlossene Vorrichtung dennoch mit einer Strombegrenzung bereitgestellt werden könnte, und daher eine Zuteilung des Gesamtverbindungsleitungsstrom in dem Verfahren, wenn es erwünscht wäre, Dinge wie ein Kurzschließen der Terminals, ein zufälliges Anschließen einer Vorrichtung oder eines Nebengerätes unterzubringen oder wenn die Abzweigungsleitung zur Erweiterung oder als ein nicht belegter Platz für Fehlerkorrektur verwendet wird.
Alle Kopplervorrichtungen umfassen traditionell Abzweigungsleitungskurzschlussschutz mit eingestellten Maximalstrombegrenzungen oder einstellbaren Strombegrenzungen, die Schalter oder Potentiometer verwenden. In allen Fällen ist dies stets aktiv und kann einen Anteil des Gesamtverbindungsleitungsstroms aufbrauchen, wenn dies überhaupt jemals zufällig oder absichtlich aktiviert wird. Mit anderen Worten bietet es stets ein Fehlerpotential und ein Überlastungsstrompotential an.
Wie jedoch oben in Bezug genommen, kann mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung im Falle der Untersuchung unbenutzter Abzweigungsleitungen und wenn die Abzweigungsleitung aktiv ist, diese ausgeschlossen und deaktiviert werden. Alternativ kann sie manuell oder automatisch durch lokale oder Fernbedienungsmittel oder sonstige vordefinierte Mittel aktiviert oder deaktiviert werden.
Wenn eine inaktive Kopplervorrichtung im Wesentlichen aktiv gemacht wird, entweder mittels vorsätzlicher Verbindung mit einem Gerät oder mittels eines Fehlers, kann eine Strombegrenzung durch den Stromverteilungssteuerungsmechanismus zur Verfügung gestellt werden. Dies kann eine zuvor zugelassene Strombegrenzung oder eine neu verhandelte sein. Zum Beispiel kann die Strombegrenzung 20 mA sein, die neu aktivierte Vorrichtung erfordert jedoch 27 mA. In diesem Fall kann der Stromverteilungssteuerungsmechanismus den Strom durch Verringern der Aussteuerungsreserve einiger anderer Teile neu verteilen oder durch Verringern der Aussteuerungsreservehüllkurve des Gesamtsystems. Mit anderen Worten wird zunächst eine Abfrage eines Abzweigungsleitungsanschlusses verhandelt, dann eine Strombegrenzung zugeteilt und diese Strombegrenzung kann umsonst sein oder von dem Überschuss einer oder mehrerer anderer Kopplervorrichtungen geliehen werden. Der Strom für die neu aktivierte Abzweigungsleitung kann vollumfänglich oder ansteigend geliefert werden.
Wenn eine aktive Kopplervorrichtung oder eine Abzweigungsleitung durch Entfernung einer Vorrichtung inaktiv gemacht wird, kann der Stromverteilungssteuerungsmechanismus der vorherigen Strombegrenzung standhalten oder er detektiert möglicherweise, dass keine Vorrichtung angeschlossen ist und reduziert dann die Strombegrenzung, um sie potentiell zur Benutzung anderenorts auf dem Segment freizugeben. Eine solche Funktionalität kann automatisch sein und nach einem eingestellten Prinzip betrieben werden oder sie kann manuell überbrückt werden. Mit anderen Worten können die Abzweigungsleitung oder die Kopplervorrichtung angewiesen werden, einen Anteil an Strom für ein anderes System freizugeben und anschließend angewiesen werden, sich auszuschalten.
Abschließend führt ein Vorrichtungsanschluss oder eine -trennung, ein Fehler oder eine Stromüberlastung entweder isoliert oder in Kombination, sobald das System eingestellt ist und den Betrieb aufgenommen hat, nicht dazu, dass ein Segment im Simplex- oder redundanten Modus versagt. Das System wird den Strom entsprechend zuteilen oder es wird bestimmte Teile des Netzes der Reihe nach opfern.
Dem Fachmann ist ersichtlich, dass die Verfahren des ersten und zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung automatisch durch einen entsprechend angepassten elektrischen Schaltkreis durchgeführt werden können und dass ein solcher elektrischer Schaltkreis auf demselben erfinderischen Konzept wie die Verfahren beruhen würde.
Daher umfasst ein elektrischer Schaltkreis nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Energieversorgung, eine Verbindungsleitung, eine Vielzahl von auf der Verbindungsleitung an verteilten physischen Positionen montierten Kopplervorrichtungen und einen Stromverteilungssteuerungsmechanismus zum Durchführen der Verfahren nach jedem der nachstehenden Ansprüche 1 bis 9,
in welchem jede der Kopplervorrichtungen in der Lage ist, eine oder mehrere damit verbundene Abzweigungsleitungen zu betreiben, und eine elektronisch anpassbare Strombegrenzung umfasst,
in welchem die Verbindungsleitung einen Gesamtverbindungsleitungsstrom aufweist und eine bekannte Widerstandskomponente, in welchem die Kopplervorrichtungen in einer Reihenfolge auf der Verbindungsleitung entlang deren Länge montiert sind, wodurch die Verbindungsleitung in Abschnitte eingeteilt wird, die sich zwischen den Kopplervorrichtungen erstrecken, von denen jede einen durch die Widerstandskomponente davon verursachten Spannungsabfall aufweist,
in welchem der Stromverteilungssteuerungsmechanismus eine mit Daten eingepflegte Datenbank umfasst, nachdem das Verfahren nach Anspruch 1 durchgeführt wurde, wobei die Daten Folgendes umfassen i) eine Reihenfolge, in der die Kopplervorrichtungen auf der Verbindungsleitung entlang deren Länge montiert sind; ii) einen Laststrom, den jede Kopplervorrichtung erfordert, um die eine oder mehreren damit verbundenen Abzweigungsleitungen zu betreiben; iii) einen durch die Widerstandskomponente der Verbindungsleitung verursachten Spannungsabfall der Abschnitte der Verbindungsleitung, der proportional zu seiner physischen Länge und dem kombinierten Laststrom jeder Kopplervorrichtung ist, die durch diesen Abschnitt der Verbindungsleitung betrieben wird; iv) einen jeder Kopplervorrichtung verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstrom; und v) eine Strombegrenzung für jede Kopplervorrichtung, wobei die Strombegrenzung größer als der Laststrom ist, nach einem vorbestimmten Toleranzprinzip, und welche außerdem den daran verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstrom nicht überschreitet,
und in welchem im Falle einer Änderung der durch die Kopplervorrichtungen angeforderten Stromaufnahme der Stromverteilungssteuerungsmechanismus zur Einstellung der Strombegrenzung einer oder mehrerer der Kopplervorrichtungen angepasst wird, um die Änderung an Strombedarf zu ermöglichen.
Wie oben in Bezug genommen kann der Stromverteilungssteuerungsmechanismus jede elektronische Vorrichtung oder jedes System sein, das in der Lage ist, diese Kommunikationen und Berechnungen durchzuführen und die erforderlichen Daten zu speichern. Es kann eine oder mehrere der Vielzahl von Kopplervorrichtungen umfassen oder es kann anderswo gehostete Managementelektronik umfassen.
Aus dem Vorstehenden geht nunmehr klar hervor, dass die drei Aspekte der Erfindung die oben beschriebenen Probleme mit den bekannten Zweidrahtsegmentkonzepten angehen, indem ein Grad an Kommunikation direkt oder indirekt zwischen der Energieversorgung und den Kopplervorrichtungen und/oder zwischen den Kopplervorrichtungen selbst bereitgestellt wird, was einen adaptiven, selbstregulierenden oder hierarchischen Systemansatz bereitstellt.
Der Zweck der Kommunikation liegt in der Sicherstellung, dass jederzeit ausreichende Spannung an jeder Kopplervorrichtung vorliegt, unabhängig davon, was auf dem Segment passiert.
Um ein veranschaulichendes Beispiel zu geben: wenn zwei Kopplervorrichtungen an eine gegebene Verbindungsleitung angeschlossen werden, dann werden sie, wenn sie zum ersten Mal verbunden werden, miteinander oder über einen Managementcomputer kommunizieren, um ihre relativen Positionen auf der Verbindungsleitung zu testen. Sie können dies tun, indem sie den vorgeschalteten Widerstand durch Nehmen einer/s absoluten Stroms und/oder Spannungsmessung an deren Positionen ableiten und wie oben in Bezug genommen vergleichen. (Anstatt dessen oder in Verbindung damit kann ein bekannter Differentialstrom durch jede Kopplervorrichtung injiziert werden, zum Beispiel 10 mA oder 20 mA, und die Spannungsmessung vor und nach der Injektion ergibt eine klare Indikation der Kapazität der Kopplervorrichtungen und die Bezugskapazität zu anderen Kopplervorrichtungen durch das Verwenden der dl/dU-Berechnung zur Festlegung des Scheinwiderstands des Abschnitts, an den er angeschlossen ist, sowie Extrapolation desselben. Dies muss lediglich geschätzt werden und kann verwendet werden, um eine U-1 Kurze zur Definition ihrer betrieblichen Hüllkurve zu extrapolieren.) Die Messungen können mit oder ohne Lastvorrichtungen jedoch bevorzugt mit der vollen Vorrichtungsbelastung durchgeführt werden. Die Quellenspannung kann bei dieser Durchführung angenommen werden oder sie kann eine vorgeladene oder eingegebene Variable sein. Alternativ kann die tatsächliche Spannung durch die Energieversorgung an die Kopplervorrichtungen kommuniziert werden.
Ab diesem Punkt kennt jede Kopplervorrichtung ihre Position auf der Verbindungsleitung sowie die Kabellängen zwischen jeder Kopplervorrichtung und die Gesamtlänge zwischen ihr und der Energieversorgung. An diesem Punkt weiß jede Kopplervorrichtung, welchen Laststrom sie aufnehmen kann, sie weiß jedoch nicht, welchen Laststrom die andere aufnimmt oder insbesondere aufnehmen wird. Mit dem Verfahren des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung werden diese Informationen jedoch bereitgestellt. Jede der zwei Kopplervorrichtungen wird wissen, was die andere in Bezug auf Laststrom aufnimmt sowie was die Strombegrenzung der anderen ist. Wenn ferner eine dieser beiden Strombegrenzungen auf eine der Kopplervorrichtungen eine restriktive Wirkung ausübt, dann sind sie in der Lage, sich gegenseitig oder selbst zu begrenzen, um ein Arbeitsgleichgewicht zu erreichen.
Im Allgemeinen wird ein Netzsegment nach der ursprünglichen Konzeptvorlage installiert, die konzipiert wurde, um ordnungsgemäß zu arbeiten. Als solche sollten sehr wenig Abweichung und ein hohes Maß an Aussteuerungsreserve vorliegen. Was jedoch Probleme verursacht ist, dass Kabel oft nicht in der zuerst konzipierten Länge oder die Belastungen nicht zu den exakten Konzeptströmen vorliegen. Mit dem Verfahren des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung weiß jede Kopplervorrichtung, wo sie im Verhältnis zu anderen Vorrichtungen auf dem Kabel positioniert ist und es können dann angemessen angepasste Aussteuerungsreserven festgelegt werden.
Wenn zum Beispiel Kopplervorrichtung A 100 mA und Kopplervorrichtung B 200 mA in Anspruch nimmt, dann würde man annehmen, dass Kopplervorrichtung A 150 mA und Kopplervorrichtung B 250 mA aufnehmen könnte. Kopplervorrichtung A könnte jedoch am extremen Ende des Kabels sein und wenn Kopplervorrichtung A 250 mA in Anspruch nähme, während Kopplervorrichtung B ebenfalls 250 mA in Anspruch nimmt, könnte die Spannung an der Kopplervorrichtung A unterhalb die Minimaleingabespannung fallen. Kopplervorrichtungen A und B würden daher zusammen einen iterativen Prozess durchführen, basierend auf dem absoluten Bedarf (Anteil) für jeden Abzweigungsleitungs-Ruhestrom, für jeden gegebenen Abzweigungsleitungs-Fehlerstrom und vielleicht für jeden Einschaltstrom, um eine optimale Strombegrenzung für beide auszuarbeiten.
Diese Strombegrenzung ist statisch und erlaubt anfänglich keine Last, die sie übersteigen würde, um an eine gegebene Abzweigungsleitung angeschlossen zu werden. Mit dem Verwenden des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung würde die Strombegrenzung jedoch in einem solchen Falle erneut beurteilt werden, und die Strombegrenzungen für jede Kopplervorrichtung auf der Verbindungsleitung würden neu berechnet werden, um wenn möglich die Last mit ausreichend Aussteuerungsreserve über das Segment unterzubringen.
Um die Verfahren des ersten und zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, ist es möglich, ein hierarchisches System umfassend ein Mikro- und ein Makroenergiemanagement für jede Kopplervorrichtung und wahlweise jede Stromversorgung, für jede Vorrichtungs-Abzweigungsleitung oder für das System als Ganzes einzusetzen.
In Bezug auf das Mikroenergiemanagement kann dies das Begrenzen von adaptiven Strombegrenzungsschwellenwerten der Abzweigungsleitung innerhalb jeder Kopplervorrichtung einbeziehen. Das anfängliche Segmentkonzept umfasst standardmäßige Strombegrenzungen für jede Abzweigungsleitung und/oder eine totale Strombegrenzung der Kopplervorrichtung und diese Strombegrenzungen werden anfänglich verwendet. Wenn also eine Vorrichtung während der Einstellung an eine Abzweigungsleitung angeschlossen wird, wird eine automatische adaptive Strombegrenzung gemäß dem Konzept angelegt. Wenn mit der Vorrichtung kommuniziert werden kann, um Zugriff darauf zu nehmen, was deren Stromhüllkurve sein wird (unter Berücksichtigung ihrer Stromspitze, einschließlich oder ausschließlich ihres Einschaltstroms), dann kann die Strombegrenzung auf diesem Mikroenergiemanagementlevel verändert werden.
Sobald die Vorrichtungen angeschlossen sind, ist es möglich, zu unterscheiden, ob ein Unterschied zwischen dem konzipierten Abzweigungsleitungsstrom und dem tatsächlichen Abzweigungsleitungsstrom besteht, welcher höher für einige Abzweigungsleitungen oder niedriger für andere sein kann. Dieser Unterschied könnte aufgrund einer Änderung im Konzept der Vorrichtung oder des Typs usw. bestehen. Wenn dies der Fall ist, kann die Kopplervorrichtung automatisch die Stromverteilung zwischen ihren Abzweigungsleitungen nach Art eines Mikroenergiemanagements ausgleichen, während der anfänglich zugeteilte Eingabestrom der Kopplervorrichtung beibehalten wird.
Dieser Mikromanagementprozess kann außerdem zur Identifikation eines Stromüberschusses führen. Wenn die Kopplervorrichtung beispielsweise einen zugeteilten Strom von 60 mA aufweist und zwei Abzweigungsleitungen aufweist, die eine Zuteilung von 15 mA mit einer zusätzlichen Aussteuerungsreserve von 10 mA aufweisen, z. B. eine Strombegrenzung von 25 mA für jede Abzweigungsleitung, dann liegt ein Überschuss von 20 mA vor, der „aufgehäuft” werden kann, wenn jede Vorrichtung tatsächlich nur 10 mA mit derselben Aussteuerungsreserve erfordert.
In jedem Fall wird jeder Abzweigungsleitung ein gegebener Überschussstrom zugeteilt, um Kommunikation, Drift, Toleranz usw. zu ermöglichen, und dieser Wert kann im Voraus definiert werden oder könnte ein Standardwert sein, der – wenn erforderlich – geändert werden kann. An diesem Punkt im Mikropowermanagement wird die Anzahl der Abzweigungsleitungs-Kurzschlüsse, Vorrichtungsfehler oder Vorrichtungsüberbelastungen nicht berücksichtigt.
Daher berechnet jede Kopplervorrichtung den Verteilungsstrom und die Strombegrenzung für jede daran angeschlossene Abzweigungsleitung basierend auf den tatsächlichen Betriebsbedingungen und unter Berücksichtigung aller möglichen Kurzschlussfehler.
Mit Bezug zu dem in den Verfahren des ersten und zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung einbezogenes Makropowermanagement kann diese adaptive Lastverteilung der Kopplervorrichtung einbeziehen. Sobald jede Kopplervorrichtung das oben beschriebene Mikropowermanagement durchgeführt hat, kann es mit den anderen Kopplervorrichtungen kommunizieren, um seine Position auf der Verbindungsleitung zu identifizieren sowie weiterhin zu kommunizieren, falls es „aufgehäuften” Überschussstrom aufweist.
Wie oben in Bezug genommen können die Kopplervorrichtungen ihre relativen Positionen auf der Verbindungsleitung identifizieren, indem sie einige der Variablen kennen und diese einander kommunizieren, einschließlich i) der Versorgungsspannungsquelle, ii) des Eingabestroms für sich selbst und für die anderen teilnehmenden Kopplervorrichtungen und iii) der Eingabespannung. Ausgehend davon kann jede Kopplervorrichtung ihre Position basierend auf dem berechneten Widerstand des Kabels berechnen. (Dies ist möglicherweise nicht genau, weil jede Kopplervorrichtung auf einer weiteren Abzweigungsleitung an die Verbindungsleitung angeschlossen werden könnte, jedoch (sic: Fehler im Ausgangstext: Satzbau/fehlender Teil) insgesamt Gesamtstrom ist bekannt und der Strom an dieser Abzweigungsleitung wäre ebenfalls bekannt.)
Ausgehend hiervon weiß jede Kopplervorrichtung, welchen Strom sie aufnehmen darf. Ihr wird die Stromaufnahme jedoch nicht erlaubt, bis sie als akzeptabel berechnet werden kann, indem sie gegen die Voraussetzungen des Rests des Segments verglichen wird. Die Erlaubnis wird von den anderen Kopplervorrichtungen oder dem Stromverteilungssteuerungsmechanismus erhalten. Dieser Prozess kann eine Neuverteilung von Überschussstrom einbeziehen, der während der Mikropowermanagementphase identifiziert wurde, und eine Kopplervorrichtung kann ihren Überschuss an eine oder mehrere Kopplervorrichtungen geben, damit das Segment funktioniert. Ein Korrekturfaktor kann hier angelegt werden, zum Beispiel kann einem Überschuss von 100 mA für eine näher an der Stromversorgung gelegene Kopplervorrichtung die vollständige Nutzung durch eine Kopplervorrichtung am entferntesten Punkt von der Stromversorgung nicht gestattet werden. Sobald außerdem ein Überschuss durch eine Kopplervorrichtung aufgegeben wurde, kann das Bedürfnis nach weiterer Berechnung bestehen, um sicherzugehen, dass jede, Kopplervorrichtung noch mindestens die Minimaleingabespannung erhält, die sie erfordert.
Anstatt der Neuverteilung von Überschussstrom an andere Kopplervorrichtungen auf diese Art und Weise können die Kopplervorrichtungen anstatt dessen Überschuss unter ihren eigenen Abzweigungsleitungen verteilen oder der Überschuss kann zur Erzeugung einer höheren als in dem ursprünglichen Segmentkonzept für diese Kopplervorrichtung vorgesehen Aussteuerungsreserve oder für jede ihrer spezifischen Abzweigungsleitungen verwendet werden. Der Überschuss könnte auch für bestimmte Vorrichtungen verwendet werden, von denen bekannt ist, dass sie an bestimmten Punkten einen höheren Bedarf aufweisen, um rechtzeitig bestimmte Funktionen durchzuführen. Einige Vorrichtungen können gleichermaßen anstatt dessen in den Schlafmodus getrieben werden.
In allen Fällen kann die Kopplervorrichtung sobald sie sich auf ihre Strombegrenzung festgelegt hat, diese nicht ändern oder überschreiten, es sei denn, sie erhält die Erlaubnis, dies zu tun, nachdem dem Stromverteilungssteuerungsmechanismus eine Veränderung der Anforderung kommuniziert wurde, und das Verfahren des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden ist. Eine Kopplervorrichtung kann, soweit möglich, eine Änderung immer noch intern nach ihrem ,Mikrozyklus' handhaben, indem eventuell die Aussteuerungsreserve oder der Überschuss zwischen den Abzweigungsleitungen neu verteilt wird. Sie entscheidet sich möglicherweise auch dazu, spezifische Abzweigungsleitungen nach ihrer Abzweigungsleitungshierarchie abzustellen, die die Abzweigungsleitungen einer Kopplervorrichtung nach Priorität einstuft. Diese Einstufung kann vordefiniert sein, sie kann jedoch auch beliebig sein oder sie könnte adaptiv sein und einen Bezug zum Bedarf der Abzweigungsleitung an einem bestimmten Punkt haben.
Kurz gesagt, weist ein Segment des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung eine betriebsfähige 3D-Hüllkurvenbemessungsgrenze auf. Es kann an der Bemessungsgrenze oder innerhalb einer sicheren Entfernung von der Bemessungsgrenze arbeiten. Lineare oder nicht lineare Stromverteilung wird unter den teilnehmenden Kopplervorrichtungen entschieden. Es kann auch, soweit erforderlich, eine Anlage zur manuellen Überbrückung und Neuverteilung des Stroms vorliegen.
Mit Bezug zu der Verbindung einer neuen Vorrichtung mit einer Abzweigungsleitung einer Kopplervorrichtung oder sogar einer neuen Kopplervorrichtung mit einem Segment kann der Stromverteilungssteuerungsmechanismus mit ihm kommunizieren, um ihm einen geringen Verbindungsstrom bereitzustellen, der von jedem identifizierten Stromüberschuss kommen kann. Dieser Stromtoleranzbereich muss jedoch begrenzt sein, weil – wenn eine durch eine neu angeschlossene Vorrichtung vorgenommene Stromanfrage zu hoch ist – dies verursachen könnte, dass ein Segment unabhängig von Schutzmaßnahmen versagt. Einer Kopplervorrichtung sollte zum Beispiel nur ein Verbindungsstrom von etwa 5 oder 10 mA erlaubt werden. Wenn zu diesem Zeitpunkt keine freie Kapazität für 10 mA vorliegt, dann könnten die Informationen über das IP-Netz an den Installierer berichtet werden. Nach der Verbindung und Verwendung des Verbindungsstroms kann die neue Vorrichtung oder Kopplervorrichtung ihren maximalen Arbeitsstrom dem Stromverteilungssteuerungsmechanismus kommunizieren, um eine Strombegrenzung mit allen teilnehmenden Kopplervorrichtungen und/oder dem Stromverteilungssteuerungsmechanismus nach dem Verfahren des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung neu auszuhandeln. Sie kann auch jede ihrer Abzweigungsleitungslasten bewerten und eine Abzweigungsleitung nach der anderen innerhalb der ihr zugeteilten Grenze der Strombegrenzung anschließen, und sie kann die Einstellungspunkte jeder Abzweigungsleitung entsprechend anpassen, bis die Strombegrenzung erfüllt wird oder alle Abzweigungsleitungen aktiv sind.
Da es möglich ist, die Spannung und den Strom sowie alle Verluste entlang des Kabels (durch Inferenz) unter Verwendung der Verfahren der vorliegenden Erfindung zu messen, ist es auch möglich, diese Informationen als Leistungsnutzungsdaten zu übermitteln, die dann über das IP-Netz zur Energieüberwachung und Effizienzbeurteilung gesendet werden können.
Die drei Aspekte der vorliegenden Erfindung können auf verschiedene Arten und Weisen durchgeführt werden, es wird nun jedoch eine Ausführungsform beispielhaft und mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Ansicht eines elektrischen Schaltkreises nach dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, welcher die Verfahren des ersten und zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung durchführen kann;
2 eine schematische Ansicht einer Stromversorgung, wie in 1 gezeigt, ist;
3 eine schematische Ansicht einer Kopplervorrichtung, wie in 1 gezeigt, ist;
4 eine schematische Ansicht einer topografischen Hierarchie des in 1 gezeigten elektrischen Schaltkreises ist;
5 eine Grafik ist, die die betriebliche Hüllkurve des in 1 gezeigten elektrischen Schaltkreises zeigt;
6 ein Flussdiagramm ist, das das Verfahren des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und
7 ein Flussdiagramm ist, das das Verfahren des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
1 zeigt einen elektrischen Schaltkreis nach dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung in der Form eines Zweidraht-Feldbussegments. Dies umfasst eine Energieversorgung in der Form von redundanten Energieversorgungen 4a und 4b, eine Verbindungsleitung in der Form von redundanten Verbindungsleitungen 3a und 3b, eine Vielzahl von auf der Verbindungsleitung 3a zu verteilten physischen Positionen montierten Kopplervorrichtungen 9a, 9b und 9n und einen Stromverteilungssteuerungsmechanismus 10 zum Durchführen der Verfahren nach jedem der nachstehenden Ansprüche 1 bis 9, welcher aus in den Kopplervorrichtungen 9a, 9b und 9n und in der Energieversorgung 4a bereitgestellter Elektronik besteht, und welcher in 1 durch gestrichelte Kommunikationslinien 10 zwischen diesen Komponenten dargestellt ist.
Wie weiterhin nachstehend beschrieben ist jede der Kopplervorrichtungen 9a, 9b und 9n in der Lage, eine oder mehrere damit verbundene Abzweigungsleitungen in der Form von Abzweigungsleitungskabeln 11 und damit verbundenen Vorrichtungen 8 zu betreiben, und umfasst eine elektronisch einstellbare Strombegrenzung, die durch einen in 3 gezeigten Strombegrenzungsmanager 28 eingestellt wird.
Die Verbindungsleitung 3a weist einen Gesamtverbindungsleitungsstrom und eine bekannte Widerstandskomponente auf und die Kopplervorrichtungen 9a, 9b und 9n sind auf der Verbindungsleitung 3a entlang deren Länge in einer Reihenfolge montiert, wodurch die Verbindungsleitung 3a in Abschnitte 5, 6 und 7 geteilt wird, die sich entlang der Kopplervorrichtungen 9a, 9b und 9n erstrecken, von denen jede einen inhärenten Spanungsabfall aufweist, der durch die Widerstandskomponente davon verursacht wird.
Der Stromverteilungssteuerungsmechanismus 10 umfasst eine Datenbank in der Form, einer Datenbank 13, die zu Darstellungszwecken in der Kopplervorrichtung 9a angeordnet ist, obwohl es dem Fachmann ersichtlich ist, dass sie überall auf dem Segment oder in der Segmentlogiksteuerung angeordnet sein könnte. Die Datenbank 13 wird mit Daten eingepflegt, nachdem das Verfahren nach Anspruch 1 durchgeführt wurde, wobei die Daten an 14 eine Reihenfolge umfassen, in welcher die Kopplervorrichtungen 9a–9n auf der Verbindungsleitung 3a entlang deren Länge montiert sind, an 15 einen Laststrom umfassen, den jede Kopplervorrichtung 9a–9n erfordert, um die eine oder die mehreren damit verbundenen Abzweigungsleitungen 11 zu betreiben, an 16 einen durch die Widerstandskomponente der Verbindungsleitung verursachten Spannungsabfall jeder der Abschnitte der Verbindungsleitung 5–7 umfassen, der proportional zur physischen Länge und den kombinierten Lastströmen 15 jeder Kopplervorrichtung 9a–9n ist, die durch diesen Abschnitt 5–7 der Verbindungsleitung 3a betrieben wird, an 17 einen jeder Kopplervorrichtung 9a–9n verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstrom umfasst, und an 18 eine Strombegrenzung für jede Kopplervorrichtung 9a–9n umfasst, wobei die Strombegrenzung nach einem vorbestimmten Toleranzprinzip größer als der Laststrom 15 ist, und welcher außerdem den daran verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstrom 17 nicht überschreitet. Das vorbestimmte Toleranzprinzip in diesem rein veranschaulichenden Beispiel ist eine Aussteuerungsreserve von 20 mA oder 25 Prozent des Laststroms 15, je nachdem welcher geringer ist. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass dies unterschiedlich sein kann und dass das Prinzip Kopplervorrichtungs- 9a–9n spezifisch sein könnte, je nach Abhängigkeit von den Vorrichtungen 8, die sie betreiben.
Wie anderswo in dieser Beschreibung erklärt, wird im Falle einer durch eine der Kopplervorrichtungen 9a–9n vorgenommene Änderung des Strombedarfs der Stromverteilungssteuerungsmechanismus 10 angepasst, um die Strombegrenzung 18 der einen oder mehreren Kopplervorrichtungen 9a–9n einzustellen, um die Änderung des Strombedarfs unterzubringen.
1 zeigt wie der Stromverteilungssteuerungsmechanismus 10 sich mindestens zwischen den Kopplervorrichtungen 9a–9n erstreckt, die an die Verbindungsleitung 3a angeschlossen sind, sowie zwischen den Kopplervorrichtungen 9a–9n und der Stromversorgung 4a. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass er sich auch auf die Gateways 2a und 2b und das verkabelte Netz 1 erstrecken könnte, sodass es sich auf einen höhere Logiksteuerung (nicht gezeigt) erstrecken kann.
Die durch den Stromverteilungssteuerungsmechanismus 10 ermöglichte Kommunikation kann verdrahtet oder drahtlos sein, je nachdem, was angemessen ist. Jede teilnehmende Vorrichtung 9a–9n und 4a könnte ein Manager und/oder ein Rechner und/oder ein Monitor/Injektor und/oder ein Einstellgerät sein, je nachdem, wie der Stromverteilungssteuerungsmechanismus in der Elektronik festgelegt ist. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass die verschiedenen Funktionen der drei Aspekte der vorliegenden Erfindung innerhalb der überall im gezeigten Kommunikationsnetz 10 gezeigten Elektronik oder in anderen IP- (oder anderen Protokoll-) zugänglichen Vorrichtungen ausgeführt werden konnte, die dem Netz (nicht gezeigt) angeschlossen sind. Wie oben angegeben, befindet sich die Datenbank 13 in der Elektronik der ersten Kopplervorrichtung 9a. Außerdem wird Managementelektronik 19 in der Energieversorgung 4a bereitgestellt, die weiterhin nachstehend beschrieben wird.
Dem Fachmann ist ebenfalls ersichtlich, dass die Art und Weise, auf welche die Elektronik programmiert wird, um die verschiedenen Funktionen der drei Aspekte der vorliegenden Erfindung durchzuführen, eine Angelegenheit für den Fachmann ist und sich im Rahmen seines Allgemeinwissens der Elektronikprogrammierung befindet. Die bestimmten eingesetzten Prinzipien, wie diejenigen zum Bestimmen der geeigneten Aussteuerungsreserven für die Kopplervorrichtungen und die Abzweigungsleitungen des Segments, und diejenigen zum Einstufen der Abzweigungsleitung nach Priorität, sind ebenfalls eine Angelegenheit für den Fachmann, der derartige Parameter nach den Anforderungen vor Ort einstellen kann. Als solche werden diese bestimmten Aspekte der vorliegenden Erfindung vorliegend nicht weiter ausführlich beschrieben.
2 veranschaulicht die Stromversorgung 4a mit einer einstellbaren Ausgangsspannung 20, einem Stromauslösepunkt 21, einer Einschaltstromlastbegrenzung und -zeit 22 und einer Strommessung 23. Sie könnte auch eine Stromvorlast (nicht gezeigt) beinhalten, die einstellbar und auswählbar sein könnte. Die Energieversorgung 4a hostet auch die Managementelektronik 19, die Daten von den Kopplervorrichtungen 9a–9n empfängt und die die verschiedenen Berechnungen der Verfahren des ersten und zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung durchführt.
Die Energieversorgung 4a wird auch mit Mitteln zum Kommunizieren mit den Kopplervorrichtungen 9a–9n in der bekannten Art und Weise unter Benutzen von Feldbustelegrammen bereitgestellt. Dies erlaubt der Managementelektronik 19, Daten von den Kopplervorrichtungen 9a–9n zu empfangen, und dazu betriebliche Anweisungen zu übertragen, insbesondere die Strombegrenzungen 18, die jede Kopplervorrichtung 9a–9n aufweisen soll, sobald die Verfahren des ersten und zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden sind. Sie kann auch ihre eigenen Ausgangsparameter des Stroms und der Spannung kommunizieren und sie kann Anweisungen von anderen teilnehmenden Vorrichtungen entgegennehmen, um die Ausgangsspannung und/oder die Ausgangsspannungsauslösepunkte und/oder jede Einschaltstromkapazität anzupassen.
Die Kopplervorrichtungen 9a–9n werden auch mit Mitteln zum Kommunizieren untereinander und mit der Managementelektronik 19 in der bekannten Art und Weise unter Benutzen von Feldbustelegrammen bereitgestellt. Als ein integraler Teil des Stromverteilungssteuerungsmechanismus haben die Kopplervorrichtungen 9a–9n auch die Fähigkeit, an der Anpassung der Betriebsparameter der anderen teilnehmenden Vorrichtungen teilzunehmen.
3 veranschaulicht die Kopplervorrichtung 9a mit einer Eingabestrommessung 24 und/oder Strominjektionsmitteln 25, einer Eingabespannungsmessung 26, einem Vorrichtungsverbindungsmanager und Einschaltstromsequenzer 27, der den Abzweigungsleitungsstrom steuert, und einem Vorrichtungs-Strombegrenzungsmanager 28 der die vorgeschriebene Strombegrenzung 18 der Kopplervorrichtung nach den oben beschriebenen Makropowermanagementverfahrensweisen hostet sowie jede Abzweigungsleitung-Strombegrenzung nach den oben beschriebenen Mikropowermanagementverfahrensweisen einstellt. Die Kopplervorrichtung 9a weist auch eine Vielzahl von Abzweigungsleitungsausgängen auf, von denen jede eine durch den Strombegrenzungsmanager 28 der Vorrichtung gesteuerte Abzweigungsleitungs-Strombegrenzung 29 aufweist. Die Kopplervorrichtungen 9b–9n sind dieselben wie die in 3 gezeigte Kopplervorrichtung 9a. Unter Rückbezug auf 1 zeigt diese gestrichelte Kommunikationslinien an 12 zwischen der Kopplervorrichtung 9a und den damit verbundenen Abzweigungsleitungen 11, 8, was das Mikropowermanagement der durch den Strombegrenzungsmanager 28 der Vorrichtung durchgeführten Abzweigungsleitungs-Strombegrenzungen wie oben beschrieben veranschaulicht.
Die Kopplervorrichtungen 9a–9n werden daher mit Mitteln zum Detektieren der Einspeisespannung und zum Detektieren des Eingangsstroms bereitgestellt. Sie weisen auch die Fähigkeit auf, den Eingangsstrom mittels Schleifenstrominjektion einzustellen, während die Eingangsspannung überwacht wird. Dieses Merkmal, welches die dU/dl = R Berechnung ist, kann durchgeführt werden, um die Kapazität eines gegebenen Verbindungsleitungsabschnitts 5–7 mit Bezug zu anderen gegebenen Abschnitten 5–7 festzulegen. Die Kopplervorrichtungen 9a–9n werden auch mit Mitteln zum Kommunizieren untereinander und mit der Managementelektronik 19 in der bekannten Art und Weise unter Benutzen von Feldbustelegrammen bereitgestellt. Als ein integraler Teil des Stromverteilungssteuerungsmechanismus 10 weisen die Kopplervorrichtungen 9a–9n auch die Fähigkeit auf, an der Einstellung der Betriebsparameter anderer teilnehmender Vorrichtungen teilzunehmen.
4 veranschaulicht die Topologiehierarchie des in 1 gezeigten Segments, umfassend die Verbindungsleitungs- 3a Hierarchie der Kopplervorrichtungen 9a–9n, die Kopplervorrichtungs- 9a–9n Hierarchie der Abzweigungsleitungen 11 und die Abzweigungsleitungs- 11 Hierarchie der Vorrichtungen 8.
5 veranschaulicht die in Betrieb befindliche Hüllkurve des Gesamtsegments für eine gegebene Verteilung, die zeigt, dass je näher die Kopplervorrichtung an der Stromversorgung 4a ist, umso größer die Erhöhung an Laststrom sein kann und dennoch im Vergleich zu den weiter entfernten Kopplervorrichtungen innerhalb der Strombegrenzung der Kopplervorrichtung liegen kann. Die Y-Achse in 5 ist die durch die Kopplervorrichtung gezogene Leistung, und die X-Achse ist ihre Distanz von der Energieversorgung. Die Kopplervorrichtungen 9a und 9b werden als Linien auf der X-Achse der graphischen Darstellung veranschaulicht, deren Höhe die gezogene Leistung veranschaulicht. Die gestrichelte Linie 30 veranschaulicht die maximal möglichen Strombegrenzungen für die Kopplervorrichtungen 9a und 9b, und sie zeigt, wie sich diese verringern müssen, je weiter die Kopplervorrichtungen 9a und 9b von der Stromversorgung 4a entfernt sind. Die gepunktete und gestrichelte Linie 31 veranschaulicht eine Aussteuerungsreserve, die proportional zu den Strombegrenzungen 30 ist. Die verfügbare Aussteuerungsreserve verringert sich in der Größe je weiter weg eine Kopplervorrichtung von der Stromversorgung 4a ist, weil sich die maximal mögliche Strombegrenzung 30 verringert. Die durchgezogenen Linien 32 und 33 veranschaulichen das Leistungsverbrauchverhältnis zwischen den Kopplervorrichtungen 9a und 9b. Wenn die Kopplervorrichtung 9a nur einen Strom auf der Höhe der Linie 32 konsumiert, dann führt dies zu der an der Kopplervorrichtung 9b verfügbaren Leistung, welche diejenige des gegenüberliegenden Endes der Linie 32 ist, was ungefähr gleich der Strombegrenzung der Kopplervorrichtung 9b ist. Als solche kann die Kopplervorrichtung 9b wie beabsichtigt betrieben werden. Wenn jedoch die Kopplervorrichtung 9a einen erhöhten Strom auf der Höhe der Linie 33 konsumiert, dann führt dies zu der an der Kopplervorrichtung 9b verfügbaren Leistung, welche diejenige des gegenüberliegenden Endes der Linie 33 ist, welche zu niedrig ist. Umgekehrt zeigen die Linien 32 und 33 auch, wie die Kopplervorrichtung 9b den Strom auf der Höhe der Linie 32 konsumiert, was dann zu der an der Kopplervorrichtung 9a verfügbaren Leistung führt, welche diejenige des gegenüberliegenden Endes der Linie 32 ist, was für die Kopplervorrichtung 9a zu niedrig sein kann. Wenn die Kopplervorrichtung 9b gleichermaßen Strom auf der Höhe der Linie 33 konsumiert, dann führt dies zu der an der Kopplervorrichtung 9a verfügbaren Leistung, welche diejenige des gegenüberliegenden Endes der Linie 33 ist, was ungefähr gleich deren Strombegrenzung ist, und als solche könnte die Kopplervorrichtung 9a wie beabsichtigt betrieben werden.
Der relevante Punkt bei der grafischen Darstellung der 5 ist, dass er zeigt, wie ein höherer Grad der Änderung an der Kopplervorrichtung 9a im Gegensatz zur Kopplervorrichtung 9b tatsächlich möglich ist. Die Lücke zwischen den Linien 32 und 33 ist an der Position der Kopplervorrichtung 9a größer als an der Position der Kopplervorrichtung 9b. Der Grund dafür ist, dass der Punkt 34, an welchem die Linien 32 und 33 sich gegenseitig schneiden, auf der X-Achse näher an der Kopplervorrichtung 9b als an der Kopplervorrichtung 9a liegt. Als solcher ist der Anwendungsbereich zur Einstellung einer näher an der Stromversorgung gelegenen Kopplervorrichtung, ohne die nachgeschalteten Kopplervorrichtungen nachteilig zu beeinträchtigen, höher als der Anwendungsbereich zur Einstellung einer von der Stromversorgung weiter entfernten Kopplervorrichtung, ohne die vorgeschalteten Kopplervorrichtungen nachteilig zu beeinträchtigen. Dies wird in die Art und Weise, wie der Stromverteilungssteuerungsmechanismus 10 der vorliegenden Erfindung die Strombegrenzungen der Kopplervorrichtungen 9a und 9b einstellt, einbezogen und insbesondere, dass er näher an der Stromversorgung gelegenen Kopplervorrichtungen höhere Strombegrenzungen als den weiter entfernten bereitstellt.
6 veranschaulicht das Verfahren des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt sie, wie in einem ersten Schritt 60 physische Eigenschaften des Segments festgelegt werden. Diese werden in jeder der oben ausführlicher beschriebenen Arten und Weisen bestimmt und dann werden die Daten an die erste Kopplervorrichtung 9a kommuniziert und in der Datenbank 13 gespeichert. Diese Eigenschaften beinhalten an 14 die Reihenfolge, in der die Kopplervorrichtungen 9a–9n auf der Verbindungsleitung 3a entlang deren Länge montiert werden, an 15 einen Laststrom, den jede Kopplervorrichtung 9a–9n erfordert, um die eine oder die mehreren damit verbundenen Abzweigungsleitungen 11 zu betreiben, und an 16 einen durch die Widerstandskomponente der Verbindungsleitung verursachten Spannungsabfall jeder der Abschnitte 5–7 der Verbindungsleitung 3a, der proportional zu einer physischen Länge davon und den kombinierten Lastströmen 15 jeder durch diesen Abschnitt 5–7 der Verbindungsleitung 3a betriebenen Kopplervorrichtungen 9a–9n ist.
Dieser erste Schritt wird durch jede Kopplervorrichtung 9a–9n durchgeführt, indem erstens eine Messung des Stroms und/oder der Spannung der Verbindungsleitung 3a an deren Position unter Verwendung deren Eingabestrommessung 24 genommen wird und dann diese Messung sowie deren Laststrom an die Managementelektronik 19 kommuniziert wird. Die Managementelektronik 19 legt dann die Reihenfolge der Kopplervorrichtungen 9a–9n durch Platzieren der empfangenen Messungen in einer Reihenfolge nach abnehmender Größe fest. Sie legt dann den durch die Widerstandskomponente der Verbindungsleitung verursachten Spannungsabfall jedes Abschnitts 5–7 der Verbindungsleitung 3a durch Abziehen der durch eine der Kopplervorrichtung 9a–9n bereitgestellten Messung von der durch die daran vorgeschaltete Kopplervorrichtung 9a–9n oder im Falle der Kopplervorrichtung 9a von einer durch die Energieversorgung 4a genommenen Messung fest.
Die Managementelektronik 19 kann die physische Länge jedes Abschnitts 5–7 der Verbindungsleitung 3a auch durch Kombinieren der Lastströme 15 aller Kopplervorrichtungen 9a–9n festlegen, die einer Kopplervorrichtung 9a–9n folgen, um einen durch den Abschnitt 5–7 der Verbindungsleitung 3a getragenen daran nachgeschalteten Abschnittsstrom zu bestimmen und anschießend die physische Länge dieses Abschnitts 5–7 der Verbindungsleitung 3 als einen Faktor seiner daraus folgenden durch den Spannungsabfall 16 und den Abschnittsstrom verursachten Stromreduzierung zu berechnen.
In einem zweiten Schritt 61 werden die Strombegrenzungen 18 für jede Kopplervorrichtung 9a–9n nach einem vorbestimmten Prinzip berechnet. Dieser Schritt wird durch die Managementelektronik 19 in jeder der oben ausführlicher beschriebenen Arten und Weisen durchgeführt. Die Strombegrenzungen werden an 18 in der Datenbank 13 gespeichert.
In einem dritten Schritt 62 wird ein jeder Kopplervorrichtung 9a–9n verfügbarer Zwischenverbindungsleitungsstrom durch Abziehen der Strombegrenzungen 18 jeder Kopplervorrichtung 9a–9n, die der Kopplervorrichtung 9a–9n vorgeschaltet ist, von dem Gesamtverbindungsleitungsstrom in der Reihenfolge 14 sowie die daraus folgende Stromreduzierung berechnet, die durch den Spannungsabfall 16 jeder der Abschnitte 5–7 der Verbindungsleitung 3a, die dieser Kopplervorrichtung 9a–9n vorgeschaltet sind, verursacht wird. Dieser Schritt wird durch die Managementelektronik 19 in jeder der oben ausführlicher beschriebenen Arten und Weisen durchgeführt. Die Zwischenverbindungsleitungsströme werden an 17 in der Datenbank 13 gespeichert.
In einem vierten Schritt 63 werden die Strombegrenzungen 18 angepasst, sodass keine den den entsprechenden Kopplervorrichtungen 9a–9n zur Verfügung stehenden Zwischenverbindungsleitungsstrom 17 übersteigen. Dieser Schritt wird ebenfalls durch die Managementelektronik 19 in jeder der oben ausführlicher beschriebenen Arten und Weisen durchgeführt. Die abgeänderten Strombegrenzungen 18 werden in der Datenbank 13 gespeichert und an jede Kopplervorrichtung 9a–9n übertragen.
Dieser vierte Schritt 63 wird durch Identifizieren jeder Kopplervorrichtung 9a–9n mit einer Strombegrenzung 18 vollzogen, die den daran verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstrom 17 übersteigt und entweder durch Reduzieren der Strombegrenzung 18 dieser Kopplervorrichtung auf den gleichen oder einen geringeren Strom als den daran verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstrom 17 oder durch Erhöhen des daran verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstroms 17, sodass dieser gleich oder größer als die Strombegrenzung dieser Kopplervorrichtung ist durch Reduzieren der Strombegrenzung 18 einer oder mehrerer der verschiedenen daran vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet Kopplervorrichtungen 9a–9n. 5 veranschaulicht wie diese zwei Optionen gehandhabt werden können sowie die Auswirkungen jeder Option. Wenn die Kopplervorrichtung 9a Strom auf der Höhe der Linie 33 konsumiert, dann kann die Strombegrenzung der Kopplervorrichtung 9b reduziert werden, sodass sie gleich oder geringer als das gegenüberliegende Ende der Linie 33 ist. Alternativ kann der Energieverbrauch der Kopplervorrichtung 9a anstatt dessen auf die Stufe der Linie 32 reduziert werden mit der Wirkung, dass sich der an der Kopplervorrichtung 9b verfügbare Strom auf seine erwünschte Strombegrenzung erhöht.
Der vierte Schritt 63 kann auch auf verschiedene Arten und Weisen vollzogen werden, einschließlich des Ausschaltens bestimmter Abzweigungsleitungen 11 der Kopplervorrichtungen 9a–9n, um den über das Segment gezogenen Strom auszugleichen. Er kann auch durch einfaches Ändern des Prinzips, mittels welchem die Strombegrenzungen 18 festgelegt werden, auf ein weniger konservatives Model vollzogen werden, zum Beispiel Reduzieren des Laststroms von 20 Prozent auf 10 Prozent. Dies kann gleichermaßen über das Segment oder es könnte auf einer Kopplervorrichtungs- 9a–9n spezifischen Basis nach Priorität vollzogen werden.
7 veranschaulicht das Verfahren des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt sie, wie in einem ersten Schritt 70 ein Laststrom 15, den eine patentgegenständliche Kopplervorrichtung 9a–9n zum Betrieb einer oder mehrerer damit verbundener Abzweigungsleitung 11 zieht, entweder beabsichtigt verändert wird durch Verbinden oder Abschalten einer Abzweigungsleitung 11 oder unbeabsichtigt mittels eines Fehlers.
In einem zweiten Schritt 71 wird ein durch die Widerstandskomponente der Verbindungsleitung verursachter abgeänderter Spannungsabfall jedes Abschnitts 5–7 der Verbindungsleitung 3a festgelegt, welcher proportional zu seiner physischen Länge und den veränderten kombinierten Lastströmen 15 jeder durch diesen Abschnitt 5–7 der Verbindungsleitung 3a betriebenen Kopplervorrichtung 9a–9n ist.
Dieser zweite Schritt 71 wird erstens durch das Nehmen jeder Kopplervorrichtung 9a–9n einer Messung des abgeänderten Stroms und/oder Spannung der Verbindungsleitung 3a an deren Position und anschließender Kommunikation der Messung sowie ihres Laststroms an die Managementelektronik 19 vollzogen. Die Managementelektronik 19 legt dann den durch die Widerstandskomponente der Verbindungsleitung verursachten Spannungsabfall 16 jedes Abschnitts 5–7 der Verbindungsleitung 3a durch Abziehen der durch eine Kopplervorrichtung 9a–9n bereitgestellten Messung von der durch die daran vorgeschaltete Kopplervorrichtung 9a–9n bereitgestellten Messung oder im Falle der ersten Kopplervorrichtung 9a von einer durch die Stromversorgung 4a bereitgestellten Messung fest.
In einem dritten Schritt 72 wird ein jeder Kopplervorrichtung 9a–9n verfügbarer abgeänderter Zwischenverbindungsleitungsstrom durch Abziehen der Strombegrenzungen 18 jeder Kopplervorrichtung 9a–9n, die dieser Kopplervorrichtung 9a–9n vorangehen, in der Reihenfolge 14 von dem Gesamtverbindungsleitungsstrom sowie einer abgeänderten daraus folgenden Stromreduzierung berechnet, die durch den Spannungsabfall 16 jedes der Abschnitte 5–7 der Verbindungsleitung 3a, die der Kopplervorrichtung 9a–9n vorangehen, verursacht wurde. Dieser Schritt wird durch die Managementelektronik 19 in jeder der oben ausführlicher beschriebenen Arten und Weisen durchgeführt. Die abgeänderten Zwischenverbindungsleitungsströme werden an 17 in der Datenbank 13 gespeichert.
In einem vierten Schritt 73 werden die Strombegrenzungen 18 angepasst, sodass keine den der entsprechenden Kopplervorrichtung 9a–9n zur Verfügung stehenden Zwischenverbindungsleitungsstrom 17 überschreitet. Dieser Schritt wird auch durch die Managementelektronik 19 in jeder der oben ausführlicher beschriebenen Arten und Weisen durchgeführt. Die abgeänderten Zwischenverbindungsleitungsströme 18 werden in der Datenbank 13 gespeichert und an jede Kopplervorrichtung 9a–9n übertragen.
Dieser vierte Schritt 73 wird auf die gleiche Art und Weise wie der oben in Bezug genommene vierte Schritt 63 durchgeführt, durch Identifizieren jeder Kopplervorrichtung 9a–9n mit einer Strombegrenzung 18, die den daran verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstrom 17 übersteigt, und entweder Reduzieren der Strombegrenzung 18 dieser Kopplervorrichtung auf denselben oder einen geringeren daran verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstrom 17 oder durch Erhöhen des daran verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstroms 17, sodass dieser durch Reduzieren der Strombegrenzung 18 einer oder mehrerer der verschiedenen daran vorgeschalteten und/oder nachgeschalteten Kopplervorrichtungen 9a–9n gleich oder größer als die Strombegrenzung der Kopplervorrichtung ist.
Der vierte Schritt 73 kann auch auf verschiedene Arten und Weisen vollzogen werden, einschließlich des Ausschaltens bestimmter Abzweigungsleitungen 11 der Kopplervorrichtungen 9a–9n, um den über das Segment gezogenen Strom auszugleichen. Er kann auch durch einfaches Ändern des Prinzips auf ein weniger konservatives Model vollzogen werden, mittels welchem die Strombegrenzungen 18 festgelegt werden, zum Beispiel Reduzieren des Laststroms von 20 Prozent auf 10 Prozent. Dies kann gleichermaßen über das Segment oder es könnte auf einer Kopplervorrichtungs- 9a–9n spezifischen Basis nach Priorität vollzogen werden.
Eine Änderung an einem Laststrom 15 in dem ersten Schritt 70 kann eine Erhöhung oder Verringerung an Laststrom 15 sein. Wenn es eine Erhöhung ist, dann kann der vierte Schritt 73 das Erhöhen des der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung 9a–9n verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstroms 17 durch Zuteilen des gesamten Überschussstroms daran oder eines Teils desselben umfassen, wobei der Überschussstrom der Unterschied zwischen einem Laststrom 15 und einer Strombegrenzung 18 einer anderen Kopplervorrichtung sein könnte. Dies kann nach einem vorgegebenen Neuverteilungsprinzip vollzogen werden.
Die Managementelektronik 19 kann eine Abzweigungsleitungshierarchie (nicht gezeigt) umfassen, welche die Abzweigungsleitung 11 der Kopplervorrichtungen 9a–9n nach Priorität einstuft. Ist dies der Fall, dann kann der vierte Schritt 73 umfassen, dass die Managementelektronik 19 die Strombegrenzung 18 der patentgegenständlichen Kopplervorrichtungen 9a–9n erhöht, um die Erhöhung an Laststrom 15 durch Deaktivieren einer oder mehrerer Abzweigungsleitungen 11 anderer Kopplervorrichtungen 9a–9n oder der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung 9a–9n unterzubringen, die in der Stromrichtehierarchie im Rang unter einer oder mehreren Abzweigungsleitungen 11 der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung 9a–9n sind.
Wenn eine Änderung im Laststrom 15 in dem ersten Schritt 70 eine Verringerung an Laststrom 15 auf Null ist, dann können der zweite bis vierte Schritt 71–73 der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung 9a–9n aus der Berücksichtigung herausgenommen werden. Dies bedeutet, dass die patentgegenständliche Kopplervorrichtung 9a–9n nicht mit einer Aussteuerungsreserve für Fehler bereitgestellt wird und anstatt dessen eine solche Stromkapazität anderswo in dem Segment neu verteilt werden kann.
Jedes der bekannten Segmentkonzeptwerkzeuge oder Segmentkonzeptüberprüfungssysteme kann benutzt werden, um das in 1 gezeigte Segment ursprünglich einzuordnen und zu konzipieren. Dieses ursprüngliche Konzept definiert die Parameter der Stromversorgung 4a, des Kabels 3a und aller Lasten 8 und/oder Last 8 Typen. Es entwirft auch Anschlussdiagramme und führt Berechnungen des Segments durch, was sicherstellt, dass die Spannungen und Ströme für das gegebene Konzept und insbesondere für jeden Punkt auf dem Segment ausreichen. Dieses ursprüngliche Konzept wird in einer mit dem Segment (nicht gezeigt) assoziierten Datenbank als eine Konzeptvorlage gespeichert. Wie oben in Bezug genommen führen die Verfahren des ersten und zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung jedoch basierend auf dem tatsächlichen Leistungsverbrauch und verschiedenen Stromverteilungsentscheidungen, die gemacht wurden, zu abgeänderten Versionen dieser Konzeptvorlage. Nachdem das Verfahren des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden ist, wird ein erste abgeänderte Version erreicht, wenn das Segment eingestellt ist und weitere abgeänderte Versionen werden erreicht, nachdem das Verfahren des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde, wann immer ein Strombedarf die Abfrage ändert.
Immer wenn dies eintritt, wird das neue Konzept automatisch mit einem Zeitstempel versehen oder dies kann vollzogen werden, wann immer eine automatische Aktualisierung abgefragt wird, was zu jeder gewählten Frequenz sein kann. Dies führt dazu, dass historische Daten wenn erforderlich erhalten bleiben. Dies hat Wert für das Überwachen, Einloggen und Aktualisieren von Dokumenten für das Segment, weil mit einem Zeitstempel versehene Informationen über nicht terminierte Änderungen oder Versuche, das Segment zu ändern oder jedes diesbezüglicher Versagen aufgezeichnet werden. Die Sequenz der Konzeptänderungen können verwendet werden, um Dinge wie Strom- oder Spannungsdrifts im Verlauf der Zeit zu überprüfen. Wesentliche oder auffällige Änderungen können auch mit Alarmen markiert werden, wodurch die Methodologie der vorliegenden Erfindung auf fortgeschrittene diagnostische Überwachung erweitert wird.
Daher stellen die drei Aspekte der vorliegenden Erfindung einen Weg bereit, die Leistung von Zweidrahtsegmenten mittels einer selbstregulierenden Stromverteilung basierend auf tatsächlicher anstatt theoretischer Stromaufnahme erheblich zu verbessern. Dies führt zu einem höheren Ausfallwiderstand, weil potentiell gefährliche Spannungsabfälle vorhergesehen werden und das Konzept verändert wird, um diese unterzubringen. Es führt auch zu einem Ausgleich der Aussteuerungsreserve nach der Vorrichtungspriorität über das Segment.
Bezugszeichenliste

1: Verkabeltes Netz
2a: Gateway
2b: Gateway
3a: Verbindungsleitung
3b: Verbindungsleitung
4a: Energieversorgung
4b: Energieversorgung
5: Abschnitt
6: Abschnitt
7: Abschnitt
8: Vorrichtungshierarchie
9a: Verbindungsleitungshierarchie
9b: Verbindungsleitungshierarchie
9c: Verbindungsleitungshierarchie
10: Kommunikationslinien
11: Abzweigungsleitungskabel
12: Gestrichelte Kommunikationslinien
13: Datenbank
14: Kopplervorrichtungsreihenfolge
15: Lastströme der Kopplervorrichtung
16: Spannungsabfall
17: Zwischenverbindungsleitungsströme
18: Strombegrenzungen der Kopplervorrichtung
19: Managementelektronik
20: Ausgangsspannungseinstellung
21: Stromauslösepunkt
22: Einschaltstrombegrenzung/-zeit
23: Strommessung
24: Einschaltstrommessung
25: Und/Oder-Strominjektion
26: Eingangsspannungsmessung
27: Vorrichtungsverbindungsmanager und Einschaltstromsequenzer
28: Vorrichtungsstrombegrenzungsmanager
29: Strombegrenzung der Abzweigungsleitung
30: Gestrichelte Linie
31: Gestrichelte und gepunktete Linie
32: Durchgezogene Linie
33: Durchgezogene Linie
34: Punkt
60: Segmenteigenschaften festlegen
61: Strombegrenzungen berechnet
62: Zwischenverbindungsleitungsströme berechnet
63: Strombegrenzungen angepasst
70: Laststrom verändert
71: Verbindungsleitungsabschnittstromverluste festgelegt
72: Zwischenverbindungsleitungsströme berechnet
73: Strombegrenzungen angepasst

Claims

Verfahren des Festlegens von Strombegrenzungen für jede einer Vielzahl von an einer Verbindungsleitung eines elektrischen Schaltkreises zu verteilten physischen Positionen montierten Kopplervorrichtungen, wobei jede der Kopplervorrichtungen in der Lage ist, eine oder mehrere damit verbundene Abzweigungsleitungen zu betreiben, und wobei die Verbindungsleitung einen Gesamtverbindungsleitungsstrom und einen bekannte Widerstandskomponente aufweist, umfassend die folgenden Schritte: a) Festlegen physischer Eigenschaften des elektrischen Schaltkreises, einschließlich i) einer Reihenfolge, in welcher die Kopplervorrichtungen auf der Verbindungsleitung entlang deren Länge montiert sind; ii) eines Laststroms, den jede Kopplervorrichtung zum Betreiben der damit verbundenen einen oder mehreren Abzweigungsleitungen erfordert; und iii) eines Spannungsabfalls jedes der Abschnitte der Verbindungsleitung, der durch deren Widerstandskomponente verursacht wird, welcher proportional zu einer physischen Länge davon und den kombinierten Ladungsströmen jeder Kopplervorrichtung ist, die durch diesen Abschnitt der Verbindungsleitung betrieben wird; b) Berechnen einer Strombegrenzung für jede Kopplervorrichtung nach einem vorbestimmten Toleranzprinzip, wobei die Strombegrenzung größer als der Laststrom ist; c) Berechnen eines für jede Kopplervorrichtung verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstroms durch Abziehen der Strombegrenzungen jeder dieser Kopplervorrichtung in dieser Reihenfolge vorhergehenden Strombegrenzungen von dem Gesamtverbindungsleitungsstrom sowie einer daraus folgenden, durch den Spannungsabfall jeder der Abschnitte der Verbindungsleitung, die dieser Kopplervorrichtung vorhergehen, verursachten Stromreduzierung; und d) Anpassen der Strombegrenzungen, sodass keine den der entsprechenden Kopplervorrichtung zur Verfügung stehenden Zwischenverbindungsleitungsstrom übersteigt.
Verfahren des Festlegens von Strombegrenzungen nach Anspruch 1, wobei der Schritt d) das Identifizieren jeder Kopplervorrichtung mit einer Strombegrenzung umfasst, die den dieser zur Verfügung stehenden Zwischenverbindungsleitungsstrom überschreitet, und entweder Reduzieren der Strombegrenzung dieser Kopplervorrichtung auf den gleichen oder einen geringeren Strom als den daran verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstrom, oder Erhöhen des daran verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstroms, sodass er gleich oder größer als die Strombegrenzung der Kopplervorrichtung ist, durch Reduzieren der Strombegrenzung einer oder mehrerer verschiedener vor- und/oder nachgeschalteter Kopplervorrichtungen davon.
Verfahren des Festlegens von Strombegrenzungen nach Anspruch 1, in welchem der elektrische Schaltkreis ferner eine Energieversorgung und einen Stromverteilungssteuerungsmechanismus umfasst, in welchem Schritt a) das Nehmen einer Messung des Stroms und/oder der Spannung der Verbindungsleitung durch jede Kopplervorrichtung und die Energieversorgung und anschließendes Kommunizieren dieser Messung an den Stromverteilungssteuerungsmechanismus umfasst, und im Falle jeder Kopplervorrichtung auch das Kommunizieren des Laststroms an den Stromverteilungssteuerungsmechanismus, den diese Kopplervorrichtung erfordert, um die eine oder die mehreren damit verbundenen Abzweigungsleitungen zu betreiben, in welchem Schritt a) das Festlegen der Reihenfolge, in welcher die Kopplervorrichtungen an der Verbindungsleitung montiert sind, durch den Stromverteilungssteuerungsmechanismus durch Platzieren der Messungen in der Reihenfolge nach abnehmender Größe umfasst, und in welchem Schritt a) das Festlegen des durch die Widerstandskomponente der Verbindungsleitung verursachten Spannungsabfalls jedes der Abschnitte der Verbindungsleitung durch den Stromverteilungssteuerungsmechanismus umfasst, durch Abziehen der durch eine Kopplervorrichtung bereitgestellten Messung von der durch die dieser vorgeschalteten Kopplervorrichtung bereitgestellten Messung oder im Falle der Kopplervorrichtung in der Reihenfolge der durch die Stromversorgung bereitgestellten Messung.
Verfahren des Festlegens von Strombegrenzungen nach Anspruch 1, in welchem Schritt a) ferner das Festlegen der physischen Länge jedes der Abschnitte der Verbindungsleitung durch den Stromverteilungssteuerungsmechanismus durch Kombinieren der Lastströme aller Kopplervorrichtungen umfasst, die einer Kopplervorrichtung folgen, um einen Abschnittsstrom zu bestimmen, der durch den Abschnitt der daran nachgeschalteten Verbindungsleitung getragen wird, und anschließendes Berechnen der physischen Lange dieses Abschnitts der Verbindungsleitung als einen Faktor seiner daraus folgenden durch den Spannungsabfall und den Abschnittsstrom verursachten Reduzierung an Strom.
Verfahren des Anpassens von Strombegrenzungen für jede einer Vielzahl von auf einer Verbindungsleitung eines elektrischen Schaltkreises zu verteilten physischen Positionen montierten Kopplervorrichtungen, in welchem jede der Kopplervorrichtungen in der Lage ist, eine oder mehrere damit verbundene Abzweigungsleitungen zu betreiben, in welchem die Verbindungsleitung einen Gesamtverbindungsleitungsstrom und eine bekannte Widerstandskomponente aufweist, wobei die Kopplervorrichtungen in einer Reihenfolge auf der Verbindungsleitung entlang deren Länge montiert sind, wodurch die Verbindungsleitung in sich zwischen den Kopplervorrichtungen erstreckende Abschnitte geteilt ist, von denen jede einen durch die Widerstandskomponente davon verursachten Spannungsabfall aufweist, von denen jede Kopplervorrichtung eine einstellbaren Strombegrenzung nach dem Verfahren nach jedem der Ansprüche 1 bis 4 umfasst, umfassend die Schritte des: a) Ändern eines Laststroms, den eine patentgegenständliche Kopplervorrichtung zum Betreiben der damit verbundenen einen oder mehreren Abzweigungsleitung zieht, entweder beabsichtigt durch Anschließen oder Trennen einer Abzweigungsleitung oder unbeabsichtigt mittels eines Kurzschlusses; b) Festlegen eines durch die Widerstandskomponente der Verbindungsleitung verursachten abgeänderten Spannungsabfalls von jedem der Abschnitte der Verbindungsleitung, der proportional zu seiner physischen Länge und den veränderten kombinierten Lasten jeder Kopplervorrichtung ist, die durch diesen Abschnitt der Verbindungsleitung betrieben wird; c) Berechnen eines jeder Kopplervorrichtung verfügbaren abgeänderten Zwischenverbindungsleitungsstroms durch Abziehen der Kopplervorrichtungs-Strombegrenzungen jeder dieser Kopplervorrichtung in dieser Reihenfolge vorhergehenden Strombegrenzung von dem Gesamtverbindungsleitungsstrom sowie einer daraus folgenden, durch den Spannungsabfall verursachten Stromreduzierung jeder der Abschnitte der Verbindungsleitung, die dieser Kopplervorrichtung vorhergehenden; und d) Anpassen der Strombegrenzungen, sodass keine den der entsprechenden Kopplervorrichtung zur Verfügung stehenden Zwischenverbindungsleitungsstrom übersteigt.
Verfahren des Anpassens von Strombegrenzungen nach Anspruch 5, wobei in jedem Fall der Unterschied zwischen dem Laststrom einer Kopplervorrichtung und der Strombegrenzung ein Überschussstrom ist, in welchem Schritt a) das Erhöhen eines Laststroms, den die patentgegenständliche Kopplervorrichtung zieht, um die einen oder mehreren damit verbundenen Abzweigungsleitungen zu betreiben, umfasst, und in welchem Schritt d) das Erhöhen des der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung zur Verfügung stehenden Zwischenverbindungsleitungsstroms durch Zuteilung des gesamten Überschussstroms oder eines Teils desselben umfasst.
Verfahren des Anpassens von Strombegrenzungen nach Anspruch 6, im Falle der Abhängigkeit von Anspruch 3, in welchem in Schritt a) die patentgegenständliche Kopplervorrichtung die Erhöhung an Laststrom an den Stromverteilungssteuerungsmechanismus kommuniziert, und in welchem Schritt d) das Anpassen einer oder mehrere der Kopplervorrichtungsstrombegrenzungen durch den Stromverteilungssteuerungsmechanismus umfasst, um den gesamten Überschussstrom oder einen Teil desselben nach einem vorbestimmten Neuzuteilungsprinzip zuzuteilen.
Verfahren des Anpassens von Strombegrenzungen nach Anspruch 5, im Falle der Abhängigkeit von Anspruch 3, in welchem der Stromverteilungssteuerungsmechanismus eine Abzweigungsleitungshierarchie umfasst, die Abzweigungsleitungen der Kopplervorrichtungen nach Priorität einstuft, in welchem Schritt a) das Erhöhen eines Laststrombedarfs der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung auf einen höheren Pegel als die Strombegrenzung der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung umfasst, und in welchem in Schritt d) der Stromverteilungssteuerungsmechanismus die Strombegrenzung der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung erhöht, um die Erhöhung an Laststrombedarf durch Deaktivieren eines oder mehrerer Abzweigungsleitungen anderer Kopplervorrichtungen oder der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung unterzubringen, die in der Abzweigungsleitungshierarchie niedriger als eine oder mehrere der Abzweigungsleitungen der patentgegenständlichen Kopplervorrichtung eingestuft werden.
Verfahren des Anpassens von Strombegrenzungen nach Anspruch 5, in welchem Schritt a) das Verringern eines Laststroms umfasst, den die patentgegenständliche Kopplervorrichtung bei Null zieht durch Trennen aller Abzweigungsleitungen davon, und in welchem in Schritten b) bis d) die patentgegenständliche Kopplervorrichtung aus der Betrachtung ausgeschlossen wird.
Elektrischer Schaltkreis, umfassend eine Energieversorgung, eine Verbindungsleitung, eine Vielzahl von an der Verbindungsleitung an verteilten physischen Positionen montierten Kopplervorrichtungen und einen Stromverteilungssteuerungsmechanismus zum Durchführen der Verfahren nach jedem der Ansprüche 1 bis 9, in welchem jede der Kopplervorrichtungen in der Lage ist, eine oder mehrere damit verbundene Abzweigungsleitungen zu betreiben, und eine elektronisch anpassbare Strombegrenzung umfasst, in welchem die Verbindungsleitung einen Gesamtverbindungsleitungsstrom aufweist und eine bekannte Widerstandskomponente, in welchem die Kopplervorrichtungen in einer Reihenfolge auf der Verbindungsleitung entlang deren Länge montiert sind, wodurch die Verbindungsleitung in Abschnitte eingeteilt wird, die sich zwischen den Kopplervorrichtungen erstrecken, von denen jede einen durch die Widerstandskomponente davon verursachten Spannungsabfall aufweist, in welchem der Stromverteilungssteuerungsmechanismus eine mit Daten eingepflegte Datenbank umfasst, nachdem das Verfahren nach Anspruch 1 durchgeführt wurde, wobei die Daten Folgendes umfassen i) eine Reihenfolge, in der die Kopplervorrichtungen auf der Verbindungsleitung entlang deren Länge montiert sind; ii) einen Laststrom, den jede Kopplervorrichtung erfordert, um die eine oder mehreren damit verbundenen Abzweigungsleitungen zu betreiben; iii) einen durch die Widerstandskomponente der Verbindungsleitung verursachten Spannungsabfall der Abschnitte der Verbindungsleitung, der proportional zu seiner physischen Länge und dem kombinierten Laststrom jeder Kopplervorrichtung ist, die durch diesen Abschnitt der Verbindungsleitung betrieben wird; iv) einen jeder Kopplervorrichtung verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstrom; und v) eine Strombegrenzung für jede Kopplervorrichtung, wobei die Strombegrenzung größer als der Laststrom ist, nach einem vorbestimmten Toleranzprinzip, und welche außerdem den daran verfügbaren Zwischenverbindungsleitungsstrom nicht überschreitet, und in welchem im Falle einer Änderung der durch die Kopplervorrichtungen angeforderten Stromaufnahme der Stromverteilungssteuerungsmechanismus zur Einstellung der Strombegrenzung einer oder mehrerer der Kopplervorrichtungen angepasst wird, um die Änderung an Strombedarf zu ermöglichen.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 10, in welchem der Stromverteilungssteuerungsmechanismus eine oder mehrere der Vielzahl von Kopplervorrichtungen umfasst.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 10, in welchem der Stromverteilungssteuerungsmechanismus Managementelektronik umfasst.