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Abfrageeinrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur selbsttätigen Abfrage einer Vielzahl von signalgebenden Verbrauchsmessern für
öffentliche Verbrauchsgüter über einen ein Versorgungsnetz für elektrische Energie
einbeziehenden Fernwirkkanal.
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Die zunehmende Ausbreitung der Versorgungsnetze für öffentliche Verbrauchsgüter,
z. B. für Elektrizität, Gas, Wasser u.dgl., bedingt einen ständig steigenden Aufwand
für die Verbrauchsermittlung und Verbrauchsabrechnung.
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Es wurde daher bereits vorgeschlagen, Verbrauchsmesser mit einer Einrichtuna
zu versehen, welche nach Verbrauch einer bestimmten Menge eines Verbrauchsgutes
oder nach Verbrauch einer einem bestimmten Geldbetrag entsprechenden Menge eines
oder mehrerer verschiedener Verbrauchsgüter über ein Versorgungsnetz für elektrische
Energie ein Signal an eine Kontroll- und Abrechnungsstelle eines das Verbrauchsgut
liefernden Versorgungsunternehmens abgibt. Dabei wird also nicht ein eigentlicher
Meßwert, z. B. ein Zählerstand, übertragen, sondern lediglich der Verbrauch einer
mit dem Verbraucher vereinbarten Verbrauchsmenge, einer sogenannten Festmenge, signalisiert.
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Das Signal eines Verbrauchsmessers kann einfach darin bestehen, daß
vom Zählwerk des Verbrauchsmessers jedesmal dann, wenn eine Festmenge verbraucht
ist, ein Signalkontakt kurzzeitig geschlossen oder, um die im Kontaktzustand enthaltene
Information über längere Zeit verfügbar zu machen, vom Zählwerk so gesteuert wird,
daß dieser Signalkontakt für die Dauer des Verbrauches einer Festmenge geschlossen
und sodann für die Dauer des Verbrauches einer weiteren Festmenge wieder geöffnet
ist usw.
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Damit liegt die Aufgabe vor, von einer Abfragezentrale aus über ein
Versorgungsnetz für elektrische Energie den elektrischen Zustand des in jedem einzelnen
einer Vielzahl von örtlich verteilten Verbrauchsmessern angeordneten Signalkontaktes
zuverlässig und auf möglichst einfache Weise festzustellen.
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Diese Aufgabe ließe sich grundsätzlich in bekannter Weise so lösen,
daß ein zentraler Sender aufgestellt wird, der nach einem bestimmten Zeitplan den
einzelnen Verbrauchsmeßeinrichtung ,en Abtastsignale zuleitet, die je nach
der augenblicklichen Stellung von dort angeordneten Signalkontakten in einer Weise
beeinflußt werden, daß die Beeinflussung in der Zentrale erkennbar ist und als Kennzeichen
für die Stellung der betreffenden Verbrauchsmeßeinrichtung gewertet werden kann.
Derartige Einrichtungen zur Abfrage einer Vielzahl von Verbrauchsmessern erfordern
jedoch recht komplizierte Apparate sowohl bei der zentralen Sendestelle als auch
bei den einzelnen Verbrauchsmessern und lassen sich nachträglich nur schlecht erweitern.
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Die Erfindung geht von der überlegung aus, daß die Anlage sehr viel
einfacher werden könnte, wenn die Signale nicht von einem zentralen Sender ausgesendet
werden, sondern wenn jeder Verbrauchsmesser mit einem eigenen, aktiven Signalsender
ausgerüstet wird, so daß bei Verwendung eines elektrischen Versorgungsnetzes als
übertragungskanal die übertragenen Signale der Flußrichtung der elektrischen Energie
entgegenlaufen.
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Fernmeßanlagen, die nach diesem Prinzip arbeiten, sind ebenfalls bereits
bekannt. Für den hier vorliegenden Fall, wo es sich um eine sehr große Zahl von
Verbrauchsmeßeinrichtungen handelt, führt das genannte Prinzip jedoch zu einem wirtschaftlich
nicht tragbaren Aufwand. Wirtschaftlich läßt sich das Prinzip, die einzelnen Verbrauchsmesser
mit aktiven Signalsendern auszurüsten, nur dann durchführen, wenn die einzelnen
Sender, die ja in sehr 01 oßer Zahl vorhanden sein müssen, einfach und .r leistungsschwach
gebaut werden können.
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Dem steht jedoch entgegen, daß ein ausgedehntes
elektrisches
Versorgungsnetz stets Transformatoren, Drosseln und ähnliche Einrichtungen enthält,
die für die überlagerten Signale Glieder von erheblicher Dämpfung bilden. Außerdem
treten in einem Netz stets Störungen auf, welche die Signale verfälschen können,
und so wäre das genannte Prinzip nur mit verhältnismäßig starken Sendern durchführbar,
wenn das Verhältnis des Signalpegels zum Störpegel hinreichend groß sein soll.
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Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß man mit
dem Prinzip, den einzelnen Verbrauchsmessern je einen besonderen Sender
zu-
zuordnen und einenzentralenErnpfängervorzusehen, gegeAüber dem entgegengesetzten
Prinzip, das mit eindg zentralen Signalgeber arbeitet, doch zu einem ganz.
wesentlich geringeren technischen Aufwand kommen kann, wenn man auf einen zentralen
Empfänger, der bestimmt ist, die Signale von sämtlichen Verbrauchsmessern zu empfangen,
verzichtet und statt dessen eine Mehrzahl von Bezirksempfängern derart in dem Netz
verteilt, daß der Netzbezirk, der dem einzelnen Bezirksempfänger zugeordnet ist,
ausschließlich aus galvanisch miteinander verbundenen Netzteilen besteht.
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Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf eine Einrichtung zur Abfrage
einer Vielzahl von der Ermittlung des Verbrauchs von öffentlichen Verbrauchsgütern
dienenden Verbrauchsmessern, die an den P-ndpunkten der niedrigsten Spannungsebene
eines Verteilungsnetzes für elektrische Energie angeordnet sind und jeweils nach
Messung des Verbrauchs einer Festmenge durch Betätigung eines Signalkontaktes ein
durch einen Signalsender dem Verteilungsnetz überlagertes Signal abgeben, das über
einen ein Verteilungsnetz für elektrische Energie einbeziehenden übertragungsweg
und in diesem entgegengesetzt der Flußrichtung der elektrischen Energie an eine
Abfragezentrale übermittelbar ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein in das
Verteilungsnetz eingekoppelter Bezirksempfänger sich in einer Sammelstelle jedes
galvanisch zusammenhängenden Netibezirks der niedrigsten Spannungs#bene befindet
und vorzugsweise über einen Fernwirkkanal, in an si'Ci#',bekannte,r Weise mit einer
mindestens einen Signalempfänger aufweisenden Zentralstelle in Verbindung steht.
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Die vielen Signalsender können dabei mit Vorteil als modulierte Signalerzeuger
ausgebildet werden, wobei eine als Kontaktzustand vorliegende Information in eine
andere Form, beispielsweise in ein Wechselstromsignal umgesetzt wird, dessen Frequenz
wenigstens zwei verschiedene, den jeweils möglichen Kontaktstellungen des Signalkontaktes
entsprechende Werte annehmen kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die Figur zeigt ein Schema einer Abfrageeinrichtung.
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In# der Figur sind Netzbezirke 1, 2, 3, bzw. Bezirke',
von Niederspannungsnetzen eines öffentlichen Verteilungsnetzes für elektrische Energie,
angedeutet, in welchen sich eine Vielzahl von Verbrauchsmessem 4 für öffentliche
Verbrauchsgüter, wie Gas, .-Wasser, Elektrizität u. dgl., befindet.
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Von allen in einem Netzbezirk vorhandenen Verbrauchsinessern werden
die meisten als signal-.gebende Verbrauchsmesser 4 ausgebildet und weisen .demnach
einen Signalsender 5 auf. Ausnahmen bleiben hier außer Betracht. Wenn daher
im folgenden von Verbrauchsmessern die Rede ist, sind- stets signalgebende, an die
Abfrageeinrichtungen angeschlossene Verbrauchsmesser 4 gemeint.
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Jeweils einem Verbrauchsmesser 4, oder besser einer Gruppe von Verbrauchsmessern
4, ist als Befehlscrerät ein Rundsteuerempfänger 6, wie im Netzbezirk 2 angedeutet,
oder eine Schaltuhr 7, wie im Netzbezirk 3 angedeutet, zugeordnet.
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Verteilungsleitungen 8 laufen in einer Sammel-
stelle
9 des jeweiligen Netzbezirkes zusammen, in der Regel in einer den
Niederspannungstransformator enthaltenden Unterstation des Energieverteilungsnetzes.
In der Sammelstelle9 befindet sich ein mit den Verteilungsleitungen 8 vorzugsweise
in Reihenankopplung verbundener Bezirksempfänger 10. Die Reihenankopplung
erfolgt in der Regel durch einen in den Nulleiter des Verteiltransformators, eingefügten
Stromwandler, an dessen Arbeitswiderstand die über die Verteilungsleitungen eingelaufenen,
vom Stromwandler übersetzten Signalwechselströme abgegriffen werden.
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Der Bezirkseinpfänger 10 besteht in seiner einfachsten Form
aus dem erwähnten Stromwandler mit Arbeitswiderstand sowie einem Bandfilter, welches
nur fär Wechselströme mit den für die Signale charakteristischen Frequenzen durdhlässig
ist. Diese Signalwechselströme können nun ohne zusätzliche Verstärkung an eine mit
einem entsprechenden Signalempfänger sowie mit Speicher- und Auswerteeinrichtungen
ausgestattete Zentrale 11 über einen beliebigen Frrnwirkkanal 12 gelangen.
Je nach den übertragungseigenschaften des Fernwirkkanals 12 wird es zweckmäßig sein,
dem Bandfilter einen einfachen Verstärker nachzuschalten.
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Es ist auch denkbar, daß der Bezirksempfänger 10
die von jedem
Verbrauchsmesser 4 empfangene Information in eine zur Weiterleitung an die Zentrale
11 geeignete andere Form umsetzt. Dies kann z. B. so geschehen, daß dem Bezirksempfänger
10 für jede in der Abfrageeinrichtung verwendete Signalart ein Signaldiskriminator
nachgeschaltet ist, wobei jeweils mehrere Signaldiskriminatoren auf einen als Informationsumsetzer
dienenden Streifenlocher wirken, welcher die eingelaufenen Informationen in einen
Lochstreifen überträgt. Die ausgegebenen Lochstreifen können nun von Zeit zu Zeit
in der Sammel-
stelle 9 durch einen Beauftragten der Zentrale
11 abgeholt oder aber in eine einen Teil des Informationsumsetzers bildende
Sendeeinrichtung der Sammelstelle 9 eingegeben werden, die nun laufend oder
erst nach besonderem Aufruf die auf dem Lochstreifen verzeichneten Informationen
über den erwähnten Fernwirkkanal 12 an die Zentrale 11 sendet. Der
Weg der Information vom Bezirksempfänger 10 zur Sendeeinrichtuno,
der Sammelstelle 9 braucht natürlieh nicht über einen Lochstreifen zu führen;
es sind durchaus auch andere Informationsumsetzer verwendbar, vorzugsweise solche
mit Speicherwirkung.
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Der Fernwirkkanal 12 kann z. B. eine Telephonleitung oder eine beliebige
andere Fernmeldeleitung sein. Vorteilhaft dient als Fernwirkkanal 12 ebenfalls ein
Teil eines Versorgungsnetzes für elektrische Energie, z. B. ein Mittelspannungsnetz.
Der Fernwirkkanal 12 muß dabei keineswegs dem gleichen Netzkomplex angehören wie
die Netzbezirke 1, 2, 3;
auch die einzelnen, von der Abfrageeinrichtung
erfaßten Niederspannungsnetze können verschiedenen Netzkomplexen angehören.
Bei
Einrichtunaen der -hier beschriebenen Art ist C eine hohe übertragungssicherheit
für die von den Verbrauchsmessern abgegebenen Signale unerläßlich. Diese Beding
C
gung läßt sich in Verteilungsnetzen für elektrische Energie auch bei sehr
kleiner Sendeleistung trotz des in solchen Netzen vorhandenen hohen Störpegels erfüllen,
wenn die von den Signalsendern 5
erzeugten Signale mit viel Redundanz ausgestattet
sind. (Unter Redundanz wird hierbei der überschuß an Bestandteilen eines Signals
über die zum vollständigen Erkennen der in dem Signal enthaltenen Information unbedingt
notwendigen Bestandteile dieses Signals verstanden.) Mit Vorteil überlagern die
Signalsender 5 die Information dem Netz daher in Form eines Signalwechselstromes,
dessen Amplituden periodisch zwisehen einem Größtwert und einem Kleinstwert pendeln
(Amplitudenmodulation). Selbstverständlich ist auch Frequenzmodulation und schließlich
auch eine periodische oder innerhalb einer Signalsendung sogar aperiodische Variation
verschiedener Modulationsarten anwendbar, um das einzelne Signal mit der nötigen
Redundanz auszustatten. Die verwendete Modulationsfrequenz ist vorzugsweise etwa
eine Größenordnung kleiner als die Netzfrequenz und von Netzharmonischen hinreichend
verschieden. Sie kann aber natürlich jeden beliebigen Wert aufweisen, derart, daß
eine einwandfreie Trennung vom Netzwechselstrom und von Störgrößen möglich ist.
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Die Trennung, erfolgt im Signalempfänger der Zentrale 11 oder
bereits schon im Bezirksempfänger 10
z. B. mit Hilfe von als Signaldiskriminatoren
wirkenden kontaktgesteuerten Ringmodulatoren, deren Schaltfrequenz je einer
der von den Signalsendern 5
erzeugten Modulationsfrequenzen gleich ist und
welche die jeweiligen Signalwechselströme in eine Gleichstromgröße umformen. Die
Signale werden in den Signalsendern am einfachsten durch in einem bestimmten Takt
erfolgendes Anschalten eines elektrischen Netzwerkes, z. B. eines Schwingkreises,
an das zu überlagende Wechselstromnetz erzeugt.
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Die beschriebene Abfrageeinrichtung arbeitet wie folgt: Jeder Verbrauchsmesser
4 schaltet jeweils nach Messung des Verbrauchers einer bestimmten Menge des Meßgutes
seinen Signalkontakt von einer Schaltstellung a, bei welcher der Signalsender
5 eine Modulationsfrequenz A erzeugt, auf eine SchaltsteRung
b
um, welche einer Modulationsfrequenz B entspricht, und umgekehrt. Diese
Modulationsfrequenzen entstehen aber nur, wenn der Signalsender 5 an die
Verteilungsleitung 8 angeschaltet ist. Die Anschaltung erfolgt gemäß einem
anderen Vorschlag durch ein zeitabhängiges Laufwerk des Signalsenders
5 auf einen von der Zentrale 11 gegebenen Rundsteuerbefehl hin, der
vermittels der Rundsteuerempfänger 6
die Laufwerke aller von diesem Rundsteuerbefehl
erfaßten Signalsender 5 in Betrieb setzt. Der Start der Laufwerke kann jedoch
auch durch Schaltuhren zu einem festgesetzten Zeitpunkt ausgelöst werden.
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Die einzelnen Rundsteuerbefehle (bzw. Schaltuhrbefehle) sind mit den
Schalthandlungen der zeitabhängigen Laufwerke eines jeden Signalsenders
5 so abgestimmt, daß im Verlaufe der Abfrage aller Verbrauchsmesser 4 in
jeweils einem Netzbezirk ein Signalsender 5 nach dem anderen seine Information
an das jeweilige Bezirksnetz und damit an den zugehörigen Bezirksempfänger
10 abgibt, ohne daß überschneidungen der zu übertragenden Informationen stattfinden.
Die zeitliche Aufeinanderfolge der Signalsendungen ist für alle Signalsender
5 festgelegt und dient der Zuordnung jedes der einlaufenden Signale zu demjenigen
Signalsender, der das betreffende Signal abgegeben hat.
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Die in den einzelnen Sammelstellen 9 eingelaufenen Informationen
gelangen nun, wie bereits beschrieben, zur Zentrale 11 und werden dort ausgewertet.
Die Auswertung besteht zunächst in einem Vergleich von zwei bei aufeinanderfolgenden
Ab-
fragen von ein und demselben Signalsender 5 her empfangenen Signalen.
Hat das Signal bei einer Ab-
frage die Form A besessen und weist es
bei der nächstfolgenden Abfrage die Form B auf (oder umgekehrt), so bedeutet dies,
wie bereits erwähnt, daß der zugehörige Verbrauchsmesser inzwischen den
C g
Verbrauch einer bestimmten Menge des jeweiligen Verbrauchsgutes gemessen
hat. Die für den einzelnen Verbrauchsmesser solcherart ermittelten Meßergebnisse
dienen nun als Grundlage für die Ausstellung und den Versand von Rechnungen an die
einzelnen Verbraucher durch die Zentrale.
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Bei Verwendung von Rundsteuerempfängern 6
erfolgt die Auslösung
einer Abfrage von der Zentrale 11 aus und kann entweder alle Verbrauchsmesser
4 durch einen einzigen Rundsteuerbefehl erfassen, oder es sind mehrere Rundsteuerbefehle
für die Abfrage reserviert, so daß durch einen Rundsteuerbefehl nur jeweils eine
Gruppe von Verbrauchsmessern aufgerufen wird. Solche Gruppen von Verbrauchsmessern
können nach sehr verschiedenen Gesichtspunkten gebildet sein, z. B. aus gleichartigen
Verbrauchern, aus Verbrauchern mit ähnlichen Verbrauchswerten, aus nach Wohnbezirken
zusammengefaßten Verbrauchern usw.
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Die für die verschiedenen Verbrauchsmesser 4 festgesetzten Verbrauchsmengen,
nach deren Messung jeweils eine Betätigung des Signalkontaktes erfolgt, können beliebige
Werte aufweisen und z. B. nur die Maßeinheit, also 1 Kilowattstunde,
1 Kubikmeter u. doI., oder auch deren mehrere, z. B. einige C
hundert
Kilowattstunden usw. betragen. Die Abfragehäufigkeit ist dabei stets größer gewählt
als die größte Schalthäufigkeit der einzelnen Signalkontakte der Verbrauchsmesser.