DE19654837A1 - Bussystem für die Fernsteuerung, Programmierung und Überwachung von elektrischen Geräten in Versorgungsanlagen mit Verwendung der Niederspannungsleitungen für die Datenübertragung und Koppelmodul für den Anschluß der elektrischen Geräten an dieses Bussystem - Google Patents
Bussystem für die Fernsteuerung, Programmierung und Überwachung von elektrischen Geräten in Versorgungsanlagen mit Verwendung der Niederspannungsleitungen für die Datenübertragung und Koppelmodul für den Anschluß der elektrischen Geräten an dieses BussystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein die Niederspannungsleitungen als Medium der Datenübertragung nutzendes
Bussystem für die Fernsteuerung, Programmierung und Überwachung von elektrischen Geräten so
wie ein Koppelmodul für den Anschluß von elektrischen Betriebsmitteln an dieses Bussystem.
Als Niederspannungsleitungen werden im Sinne dieser Erfindung diejenigen elektrischen Leitungen
bezeichnet, die der Energieverteilung hinter dem Stromzähler innerhalb der Versorgungsanlage eines
Kunden der Elektroversorgungsunternehmen dienen.
Der Begriff Bussystem bezeichnet ein Netzwerk von technischen Einrichtungen, die untereinander
Informationen austauschen und sich gegenseitig beeinflussen. Die Art der Beeinflussung kann ver
schiedenartig sein und reicht von einfachen Schaltvorgängen zum Fernsteuern oder Regeln eines
Gerätes bis zur komplexen Programmierung vieler untereinander in Beziehung stehender Betriebs
mittel.
Im Bereich der Installationstechnik unterscheiden sich Bussysteme von der konventionellen Installation
dadurch, daß bei der konventionellen Installation der mögliche Informationsfluß zwischen zwei Be
triebsmitteln durch die Verlegung von jeweils zwei Betriebsmittel verbindende Kabel vorgegeben ist,
bei Bussystemen hingegen ein Informationsfluß zwischen allen in den Bus ein bezogenen Betriebsmit
teln erfolgen kann.
Im Bereich der Gebäudeautomation eingesetzte Bussysteme werden hauptsächlich in gewerblichen
und öffentlichen Gebäuden eingesetzt und dienen dort der automatischen Beschaltung von Flur- und
Treppenbeleuchtungen, der Klima- und Temperaturregelung, der Sicherheits- und Alarmtechnik und
vielen anderen Zwecken. Als Medium der Datenübertragung dient in der Regel ein separat installiertes
Netz von Signalleitungen.
In privaten Wohnungen und Einfamilienhäusern können Bussysteme zur Erhöhung des Wohnkomforts
durch automatisierte Bedienung von elektrischen Geräten wie z. B. Leuchten, zur Vergrößerung der
Sicherheit durch von Bewegungsmeldern ausgelösten Alarm und eine Einbrecher abschreckende An
wesenheitssimulation sowie zur effizienteren Nutzung von Energie durch optimierte Steuerung der
Beleuchtung beitragen. In der Regel sind hier jedoch die Kosten der Installation eines mit Signalleitun
gen arbeitenden Bussystems zu hoch, weshalb die Bustechnologie im privaten Anwendungsbereich
noch nicht sehr verbreitet ist.
Im Vergleich zu mit Signalleitungen arbeitenden Bussystemen hat die Verwendung der Niederspan
nungsleitungen als Übertragungsmedium für Bussysteme den Vorteil erheblich verminderter Installati
onskosten bei hinsichtlich der Aufgabenstellung gleicher Leistungsfähigkeit, weil keine separaten Bus
kabel verlegt werden müssen.
Die bei dieser Technik angewendete serielle Übertragung digitalisierter Information durch Einkopplung
einer modulierten Hochfrequenz in Niederspannungsleitungen geschieht wie folgt: Die zu übertragenen
Daten werden serialisiert, d. h. zu einer zeitlich genormten Folge von Signalpegeln (High- bzw.
Low-Pegel) umgeformt. Die Signalpegel werden in der Hochfrequenz durch Amplitudenmodulation abgebil
det. Die hochfrequente Spannung wird zur Netzspannung der Niederspannungsleitung addiert. Der
Empfang der übertragenen Daten erfolgt durch Erfassung der in der modulierten Hochfrequenz ent
haltenen Signalpegel und Deserialisierung der enthaltenen Information. Die Einkopplung von Hochfre
quenzen im Bereich zwischen 95 und 148 kHz in die Stromversorgung einer Wohnung oder eines Hau
ses zum Zwecke der Signalübertragung ist in der EG nach EN 50065-1 : 1991/A1 : 1992 für die Strom
kunden zulassungsfrei möglich, wobei im Frequenzband 125 bis 140 kHz ein normiertes Zugriffsproto
koll verwendet werden muß.
Die Geräte, die in einem Bussystem mit Signalübertragung durch das Leitungsnetz von Ver
brauchsanlagen die Verarbeitung und Übertragung von Informationen bewirken, werden im Sinne die
ser Erfindung als Koppelmodule bezeichnet, das dabei angewendete Verfahren der Signalübertragung
in Niederspannungsleitungen wird als Netzeinkopplung bezeichnet.
Abzugrenzen von Bussystemen für die Gebäudeautomation sind Systeme für die Übertragung von
Sprache und Geräuschen durch Nutzung der Niederspannungsleitungen als Übertragungsmedium, die
vor allem als Wechselsprechanlagen und Überwachungsmöglichkeit von Kinderzimmern ("Babyruf")
Verbreitung gefunden haben. Die Übertragung der Daten erfolgt dabei nicht durch Digitalisierung, Se
rialisierung und Amplitudenmodulation, sondern durch analogtechnische Umformung der Schallwellen
in eine frequenzmodulierte Hochfrequenz und deren Demodulation.
Es ist bekannt, Niederspannungsleitungen als Übertragungsmedium für die Fernsteuerung, Program
mierung und Überwachung von elektrischen Geräten zu verwenden. Ebenso sind Verfahren bekannt,
mit dieser Übertragungstechnik ein Bussystem zu betreiben, das einen Informationsfluß zwischen allen
angeschlossenen Betriebsmitteln ermöglicht.
Stand der Technik ist es, zu diesem Zweck einen speziell für Bussysteme als Busknotenverwaltung
ausgeführten Mikroprozessor einzusetzen. Dieser Prozessor realisiert einen normierten Datentransfer
entsprechend eines der beiden internationalen Standards LON und EIB. Diese Standards wurden im
Bereich der Industrieautomation (LON, Echolon AG) und der gewerblichen Gebäudeautomation
(Europäischer Installationsbus, EIB) mit dem Ziel, u. a. schnelle Datenübertragungen und Echtzeit
verarbeitung zu ermöglichen, entwickelt (1.-4. Rundbrief der LON Nutzer Organisation, Aachen
1994-1996). Sie übersteigen in ihrer Leistungsfähigkeit bei weitem das für die Gebäudeautomation im priva
ten Bereich erforderliche Maß, das gilt besonders für die Datenübertragung durch Netzeinkopplung,
bei dem nur niedrige Übertragungsraten angewendet werden. Der Einsatz dieser speziellen Prozesso
ren trägt mit zu dem hohen Preis der angebotenen Module bei, weil im Preis der Prozessoren Lizenz
gebühren für Technologien enthalten sind, die für den Anwendungszweck der Steuerung und Kontrolle
von elektrischen Geräten in Privatwohnungen und -häusern nicht benötigt werden.
Für die Durchführung der Signaleinkopplung in die Niederspannungsleitung verwenden die bekannten
Systeme einen handelsüblichen Modemschaltkreis. Busknotenprozessor und Modemschaltkreis haben
eine gemessen am zu erreichenden Zweck hohe Leistungsaufnahme, was den Einsatz eines ausrei
chend dimensioniertes Netzgeräts zur Bereitstellung dieser Leistung erforderlich macht. Durch die
Verwendung der genannten elektronischen Bauteile - Busknotenprozessor, Modemschaltkreis und
Netzgerät - ergibt sich eine Mindestbaugröße der Koppelmodule, die ihre Einsatzmöglichkeiten be
schränkt. Zugleich ist ihr Energiebedarf unter Kosten- und Umweltschutzgesichtspunkten problema
tisch.
Gemeinsam ist allen bekannten mit Netzeinkopplung arbeitenden Bussystemen der Umstand, daß nur
solche handelsüblichen Verbrauchsgeräte in das Bussystem einbezogen werden können, die über
eine Steckdose an das Verbrauchsnetz angeschlossen werden können - nicht aber z. B. Decken
leuchten - und daß die Signale von in Verbrauchsanlagen üblicherweise eingesetzten Befehlsgeräten
wie Lichtschaltern oder -tastern vom Bussystem nicht ausgewertet werden können. Aufgrund der Bau
größe der in den bekannten Bussystemen verwendeten Koppelmodule ist ihre räumliche Integration in
die üblicherweise in elektrischen Installationen vorhandenen Betriebsmittel nicht möglich.
Oftmals werden die Koppelmodule als Steckdosenadapter ausgeführt. Dabei handelt es sich um Ge
häuse, die rückwärtig mit einem Netzstecker und an der Vorderseite mit einer durch eine im Gehäuse
befindlichen Koppelelektronik gesteuerten Steckdose versehen sind (Arigo GmbH). Eine weiterer be
kannter Aufbau besteht in dem Einbau einer elektronischen Schaltung in ein mit einem Netzanschluß
kabel und einer über das Bussystem geschalteten Ableitung versehenes kugelförmiges Gehäuse mit
einem Durchmesser von 110 mm (Asgard Systeme AG, Ittigen/Schweiz). Die Zuleitung ist mit einem
Stecker, die Ableitung mit einer Kupplung versehen, so daß das Modul als Verlängerungskabel einge
setzt werden kann.
Die bekannten mit den Niederspannungsleitungen als Übertragungsmedium arbeitenden Bussysteme
für die Programmierung, Fernsteuerung und Überwachung von elektrischen Geräten müssen, sofern
sie einen übergreifenden Anwendungszweck verfolgen und nicht allein der Sicherheitstechnik dienen,
durch den Anschluß eines Personalcomputers an das Bussystem parametrisiert werden. Auch das
Ablesen der Schaltzustände erfordert einen mit einer speziellen Software ausgestatteten Perso
nalcomputer. Damit ist der Anwenderkreis der Bussysteme auf Personen mit Kenntnissen in der Be
dienung von Personalcomputern begrenzt, zugleich ist das Vorhandensein eines Personalcomputers
Voraussetzung für die Nutzung des ganzen Funktionsumfangs dieser Systeme. Auch diese Begren
zung des Anwenderkreises steht einer weiteren Verbreitung derartiger Bussysteme im Wege.
Die bekannten mit den Niederspannungsleitungen als Übertragungsmedium arbeitenden Bussysteme
für die Programmierung, Fernsteuerung und Überwachung von elektrischen Geräten ermöglichen bis
lang nicht die Programmierung und Fernbedienung der Raumtemperaturregelung. Eine solche Beein
flussungsmöglichkeit kann erheblich zur Senkung des Energieverbrauchs und der Betriebskosten so
wie zur Vergrößerung des Wohnkomforts beitragen, indem z. B. eine Absenkung der Temperaturen
bestimmter Räume in den Zeiten der Abwesenheit von Personen in diesen Räumen automatisch er
folgt.
Die praktische Anwendbarkeit und in der Folge die Verbreitung von Bussystemen mit Netzeinkopplung
sind deshalb beschränkt, weil sie die Funktionalität der vorhandenen elektrischen Installationen und
der in diesen eingesetzten handelsüblichen Betriebsmittel (z. B. Schalterdosen, Lichtschalter Leuch
tengehäuse, und Leuchtenbaldachine) nicht in ausreichendem Umfang unterstützen, weil sie nicht in
Haushalten eingesetzt werden können, in denen kein PC vorhanden ist bzw. in denen keine Personen
mit PC-Kenntnissen leben und weil sie nicht zur Energieeinsparung und Komforterhöhung im Bereich
der Heizungstechnik eingesetzt werden können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Bussystem so auszuführen, daß es die Fernsteuerung, Pro
grammierung und Überwachung von handelsüblichen Leuchten und anderen Verbrauchsgeräten und
die Auswertung der Signale von handelsüblichen Lichtschaltern und anderen handelsüblichen Signal
gebern bewirkt, daß die Installation des Bussystems ohne Verlegung zusätzlicher Kabel und ohne
Verwendung zusätzlicher installationstechnischer Gehäuse erfolgt, daß ein Einsatz des Systems auch
in solchen Haushalten möglich ist, in denen kein PC vorhanden ist oder in dem keine Personen leben,
die einen PC bedienen können und daß das Bussystem eine fernbedienbare und programmierbare
Regelung von Raumtemperaturen ermöglicht.
Die Aufgabe der Fernsteuerung, Programmierung und Überwachung von handelsüblichen Leuchten
und anderen Verbrauchsgeräten und die Auswertung der Signale von handelsüblichen Lichtschaltern
und anderen handelsüblichen Signalgebern durch das Bussystem wird erfindungsgemäß dadurch ge
löst, daß eine solche elektronische Schaltung für das Koppelmodul verwendet wird, deren Platzbedarf
so klein ist, daß es in die in Verbrauchsanlagen üblicherweise verwendeten Betriebsmittel integrierbar
ist.
Das Koppelmodul zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß bei ihm ein einziger Mikroprozes
sor zugleich die Informationsverarbeitung und -bereitstellung und die Serialisierung und Deserialisie
rung der zu übertragenden Information leistet sowie zusätzlich auch die Erzeugung, Modulation und
Demodulation der für die Informationsübertragung erforderlichen Hochfrequenz bewirkt. Dadurch wird
der Einsatz eines gesonderten Modemschaltkreises vermieden und der für die Netzeinkopplung erfor
derliche Energiebedarf und der Aufwand zur Energiebereitstellung verringert. In der Folge ist das Kop
pelmodul mit kleiner Baugröße herstellbar, die Schaltung kann in ein etwa streichholzschachtelgroßes
Kunststoffgehäuse eingebaut werden, welches mit den erforderlichen Anschlußklemmen versehen ist.
Der Mikroprozessor ist im Koppelmodul über eine Bandfilter- und Verstärkerschaltung und einen Kom
parator mit der mit Mittenanzapfung versehenen Sekundärseite eines Transformators verbunden, der
primärseitig an die Netzspannung angeschlossen ist. Die Bandfilter- und Verstärkerschaltung bewirkt
beim Lesen der in die Netzleitung eingekoppelten Information die Ausfilterung und Verstärkung der für
die Übertragung verwendeten Hochfrequenz, die anschließend durch einen Komparator digitalisiert
und an einen Digitaleingang des Mikroprozessors herangeführt wird. Das Einkoppeln von Information
in die Netzleitung erfolgt durch Entfernung der Oberschwingungen aus der vom Prozessor erzeugten
hochfrequenten Rechtecksignalfolge und Abgabe des verstärkten und im zeitlichen Verlauf nun sinus
förmigen Signals an den Koppeltransformator. Die erforderliche Sendeleistung kann vom Mikroprozes
sor durch Parallelschaltung mehrerer Digitalausgänge bereitgestellt werden. Die elektronische Schal
tung stellt die elektromagnetische Verträglichkeit der Koppelmodule sowohl hinsichtlich ihrer elektro
magnetischen Emission als auch hinsichtlich extern er Einflüsse sicher.
Die Energieversorgung des Koppelmoduls kann mit einem Festspannungsregler sehr kleiner Baugröße
erfolgen. Die zum Senden erforderliche Energie wird zusätzlich von einem im Ruhezustand aufgelade
nen Kondensator bezogen. Die Leistungsaufnahme des Koppelmoduls läßt sich so gestalten, daß zu
keinem Zeitpunkt mehr als ca. 0.025 W benötigt werden. Erfindungsgemäß vorteilhaft am Koppelmodul
ist, daß bei ihm im Vergleich zu bekannten Techniken zugleich die Baugröße klein gehalten werden
kann und Herstellungskosten und Energieverbrauch niedrig sind.
Die in dem Bussystem eingesetzten Koppelmodule können als Signalgeber und als Stellglied für die
Funktion des Ein- und Ausschaltens von elektrischen Verbrauchern verwendet werden. Darüber hin
aus ist das Koppelmodul mit mindestens einem nicht flüchtigen beschreibbaren Speicher versehen,
der die Programmierung jedes angeschlossenen Verbrauchers nach einem Zeitplan, in dem Jahres
zeit, Datum, Wochentag und Uhrzeit berücksichtigt werden können, nach einem Ablaufplan, der die
Signalzustände beliebiger an das Bussystem angeschlossener Signalgeber auswertet sowie nach
einer Kombination von Zeitplan und Auswertung von Signalzuständen ermöglicht.
Die Aufgabe der Erfindung, die Installation des Bussystems ohne Verlegung zusätzlicher Kabel und
ohne Verwendung zusätzlicher installationstechnischer Gehäuse zu ermöglichen, ist dadurch erfüllt,
daß ein Einbau des Koppelmoduls in die in Verbrauchsanlagen üblicherweise vorhandenen Gehäuse
wie Schalterdosen, Abzweigdosen und Leuchtenbaldachine sowie in die Gehäuse einer Vielzahl von
elektrischen Geräten, wie z. B. in die Sockel einer Tischlampe oder eines Bewegungsmelders, möglich
ist und das Koppelmodul über die für den Anschluß der zu den Geräten führenden elektrischen Leitun
gen erforderlichen Klemmen verfügt.
So sind die Anschlußklemmen des Koppelmoduls an den Stirnseiten in der Form angeordnet, daß es
u. a. überall dort mit der zusätzlichen Funktion einer Verbindungsklemme eingesetzt werden kann, wo
eine Verbindung des Anschlußkabels ortsveränderlichen Verbraucher mit mehrdrähtigen Adern an das
fest verlegte Installationskabel mit eindrähtigen Adern erfolgt. Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung,
daß die Einbeziehung von elektrischen Betriebsmitteln in ein durch Netzeinkopplung betriebenes Bus
system durch ein Modul erfolgt, das infolge seiner Größe und Formgebung einer Geräteanschluß
klemme ähnelt und z. B. bei der Montage von Deckenleuchten anstelle von Geräteanschlußklemmen
("Lüsterklemme") eingesetzt werden kann, wodurch diese über das Bussystem mit dem Koppelmodul
als Stellglied zu schalten sind.
Weiterhin ist das Koppelmodul mit Anschlußklemmen versehen, an die Anschlußleitungen der potenti
alfreien Kontakte von Lichtschaltern und beliebiger anderer Signalgeber angeschlossen werden kön
nen. Die Auswertung der Signale durch die Koppelmodule ermöglicht sowohl den Anschluß bistabiler
Signalgeber - z. B. zwischen den Schaltstellungen "Aus" und "Ein" umschaltbare Lichtschalter - als
auch monostabiler Signalgeber - z. B. Klingelknöpfe - ausgewertet werden.
Die Aufgabe der Erfindung, die Bedienung und Programmierung des Bussystems auch technisch we
nig versierten Personen verfügbar zu machen, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Eingabe
der für den Betrieb des Bussystems erforderlichen Parameter mit einem Handsteuergerät erfolgt, wel
ches mit einer Tastatur und einem grafischen Display ausgestattet und so beschaffen ist, daß Bedie
nung und Informationserfassung ohne technische Vorkenntnisse möglich sind. Zusätzlich ist das
Handsteuergerät mit einer Vorrichtung zur Erzeugung akustischer Warnsignale versehen, mit der Stö
rungen des Bussystem oder an dieses angeschlossener Geräte sowie das Ansprechen alarmtechni
scher Einrichtungen gemeldet werden können.
Das für die Eingabe der Parameter und das Ablesen der Schaltzustände der angeschlossenen Ver
braucher verwendete Handsteuergerät wird über eine Funkverbindung mit einem in eine beliebige
Steckdose der Wohnung bzw. des Gebäudes gesteckten Steckdosenadapter mit eingebautem Kop
pelmodul an das Bussystem angeschlossen. Am Display des Handsteuergeräts ist dann z. B. abzule
sen, ob ein in das Bussystem einbezogener Bewegungssensor aktiviert wurde. Das Koppelmodul für
das Handsteuergerät ist mit einer seriellen Schnittstelle versehen, über die ein Anschluß an einen PC
möglich ist, der dann zusätzlich für die Parametrisierung des Bussystems und das Ablesen der Schalt
zustände eingesetzt werden könnte.
Die Aufgabe der Erfindung, eine busgesteuerte Regelung von Raumtemperaturen zu ermöglichen, wird
erfindungsgemäß durch ein Raumtemperaturmodul gelöst, welches eine über das Bussystem vorein
gestellte Raumtemperatur regelt. Dazu ist eine in einen Steckdosenadapter eingebaute Schaltung mit
einem handelsüblichen elektrischen Ventilantrieb des Raumheizkörperventils verbunden. Die Schal
tung besteht in einem zusätzlich mit einem Analogeingang ausgestatteten Koppelmodul sowie einem
an diesen Analogeingang angeschlossenen elektronischen Thermometer. Die Installation der Raum
temperaturregelung besteht im Ersetzen des manuellen Thermostatknaufs am Raumheizkörper durch
einen handelsüblichen elektrischen Ventilantrieb und das Stecken des mit einem 3-poligen Kabel mit
dem elektrischen Ventilantrieb verbundenen Steckdosenadapters in eine Steckdose der Ver
brauchsanlage.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, daß für einfache Anwendungen des Bussystems, z. B. der Schaltung
von Leuchten von einer oder mehreren Schaltstellen aus mit gegenüber der konventionellen Technik
vermindertem Installationsaufwand, das Koppelmodul schon ab Werk mit der erforderlichen Funktiona
lität ausgestattet werden kann, so daß eine Programmierung für den Betrieb durch den Anwender nicht
erforderlich ist.
Bei weiteren Ausbaustufen des Bussystems kann die Eingabe der Parameter sowohl der mit dem Ein
bau der Koppelmodule beauftragten Fach kraft als auch von dem Benutzer des Bussystems erfolgen.
Ist eine nachträgliche Änderung der Funktionen des Bussystems und ein Ablesen der Schaltstellung
der angeschlossenen Geräte nicht erwünscht, kann nach der Erstinbetriebnahme der normale Betrieb
des Bussystems ohne das Handsteuergerät erfolgen.
Das Koppelmodul kann in eine Vielzahl von Geräten und Betriebsmitteln der Elektroinstallation einge
baut und dort sowohl als Signalgeber als auch als Stellglied für über den Bus zu transportierende In
formationen und zu steuernde Funktionen eingesetzt werden, z. B. in Unterputzdosen für Lichtschalter,
Abzweigdosen und Sockel von handelsüblichen Bewegungsmeldern.
Die Anzahl der in das Bussystem zu integrierenden Koppelmodule ist für alle denkbaren praktischen
Anwendungen nicht begrenzt, denn die Koppelmodule des Bussystems werden bei der Herstellung mit
einer eindeutigen Adresse im Bereich zwischen 0 und mindestens 231 versehen, die bei jedem Sende
vorgang der zu übertragenen Information vorangestellt wird und eine unverwechselbare Identifizierung
jedes in das Bussystem eingebundenen Gerätes ermöglicht.
Günstig ist gemäß der Erfindung, daß - als einfachste Realisierung des Bussystems - allein durch den
Einsatz eines als Verbindungsklemme ausgeführten Busstellglieds für den Anschluß einer Leuchte
sowie eines in einer Schalterdose an einen handelsüblichen Lichtschalter angeschlossenen Signalge
bers eine Lichtschaltung hergestellt werden kann, ohne daß ein Kabel vom Lichtschalter zur Leuchte
verlegt werden muß. Dadurch ermöglicht die Erfindung eine Verminderung des Installationsaufwands
sowohl bei der Durchführung von nachträglichen Änderungen an der Elektroinstallation als auch bei
Altbaumodernisierung und Neubau.
Durch den Einsatz der Erfindung bei Altbaumodernisierung und Neubau kann die Elektroinstallation
durch die Verbindung aller Schaltstellen und Versorgungsanschlüsse für Leuchten, Steckdosen, Rollä
den und sonstigen Betriebsmittel mit der Versorgungsspannung erfolgen, ohne daß besondere Lei
tungen für geschaltete Funktionen (geschaltete Leuchten und Steckdosen) verlegt werden müssen.
Vorteilhaft an der Erfindung und ihrem Einsatz für Altbaumodernisierung und Neubau ist, daß Installa
tionskosten durch Material- und Arbeitsersparnis gesenkt werden können.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung und ihrem Einsatz für Altbaumodernisierung und Neubau ist, daß
es Bauherren erleichtert wird, individuelle Kundenwünsche bei der Elektroinstallation zu berücksichti
gen, wenn die zukünftige Nutzung der Gebäude oder Gebäudeteile erst während oder nach Abschluß
der Bauarbeiten festgelegt wird. Denn die Entscheidung, welche Funktionen der Elektroanlage von
welchen Schaltstellen aus geschaltet werden sollen, erfolgt nicht schon bei der Verlegung der Kabel,
sondern wird in einer späteren Bauphase nach dem Anschließen der Schalter, Steckdosen und weite
ren elektrischen Betriebsmittel der ansonsten fertiggestellten Gebäude oder Gebäudeteile vorgenom
men und ist auch anschließend mit geringem Aufwand modifizierbar. Die durch das Bussystem be
wirkte Flexibilität in der Nutzung der Elektroinstallation wirkt sich wertsteigernd auf Immobilien aus.
Bewohner von Mietwohnungen und Einfamilienhäusern sind gelegentlich an einer Änderung oder Er
weiterung der Funktionen der elektrischen Anlage interessiert, die z. B. in der Verlagerung einer
Schaltmöglichkeit für die Zimmerbeleuchtung zu einem anderen Lichtschalter oder der von einem be
stimmten Lichtschalter aus erfolgenden Schaltung einer Steckdose, die bislang nicht schaltbar war,
bestehen kann. Solche Wünsche können u. a. bei einer Veränderung der Wohnungseinrichtung auf
treten, durch die bisher gut nutzbare Lichtschalter sich an einer nun nicht mehr zugänglichen Stelle
befinden, weil z. B. ein Schrank davorsteht. Vorteil der Erfindung ist, daß bei ihrem Einsatz der Installa
tionsaufwand gerade für die Durchführung von nachträglichen Änderungen erheblich vermindert wer
den kann, denn es ist im geschilderten Fall lediglich der Einbau der Koppelmodule in Schalterdosen
und Leuchtenbaldachine oder -gehäuse erforderlich. In einigen Fällen ist zusätzlich noch eine Ände
rung der in Abzweigdosen befindlichen Klemmverbindungen von zu Lichtschaltern führenden Kabeln
vorzunehmen, um die Netzspannung der Versorgungsanlage an die in den Schalterdosen der Licht
schalter befindlichen Koppelmodule heranzuführen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß sie mit geringem Installationsaufwand die Überwachung und
automatische Auswertung der Schaltzustände von Bewegungs-, akustischen und Rauchsensoren und
den Anschluß von Sirenen und Telefonnotrufsystemen ermöglicht, wodurch eine Alarmauslösung bei
Einbruch und Brand verwirklicht werden kann. Eine solche Alarmauslösung kann die Sicherheit der
Bewohner einer Wohnung oder eines Einfamilienhauses und ihres Eigentums erheblich vergrößern. Zu
diesem Zweck muß der elektrische Anschluß der verwendeten Geräte mit dem Koppelmodul erfolgen,
was bei den handelsüblichen Geräten aufgrund der kompakten Bauweise der Koppelmodule in der
Regel ohne zusätzliche Gehäuse und Anschlußleitungen möglich ist.
Alarmsysteme zeichnen sich dadurch aus, daß es zu Auslösung von Fehlalarmen z. B. durch Erregung
eines vor dem Haus montierten Bewegungsmelders durch eine nachts umherschweifende Katze
kommen kann. Es ist oftmals unzweckmäßig, beim Ansprechen lediglich eines alarmtechnischen Si
gnalgebers sogleich das Erklingen einer Sirene oder einen Telefonnotruf auszulösen. Die Erfindung
ermöglicht eine zunächst nur am Handsteuergerät erfolgende Alarmauslösung durch ein nur aus der
Nähe hörbares akustisches Signal des Handsteuergerätes, wobei das die Alarmauslösung verursa
chende Gerät an der Displayanzeige ablesbar ist. Der Nutzer des Bussystems hat dann die Möglich
keit, die Ursache der Alarmauslösung zu kontrollieren und im Falle eines Fehlalarms durch Betätigung
einer Quittungstaste des Handsteuergeräts den Alarm zurückzusetzen. Erfolgt eine solche Quittierung
des Alarms nicht, löst das Bussystem automatisch nach einer festgelegten Zeitspanne das Erklingen
einer lauten Sirene oder die Auslösung eines Telefonnotrufs aus.
Einbrecher können auch dadurch abgeschreckt werden, daß in Zeiten der Abwesenheit der Bewohner
die Leuchten einer Wohnung oder eines Hauses in einer programmierten Folge ein- bzw. ausgeschal
tet werden. Zu den Vorteilen der Erfindung gehört, daß bei Verwendung des Bussystems eine solche
Anwesenheitssimulation ohne zusätzlichen Installationsaufwand zu realisieren ist. Zu diesem Zweck
kann mit dem Handsteuergerät ein Zeitplan für das Ein- und Ausschalten von der an das Bussystem
angeschlossenen Leuchten eingegeben und aktiviert werden. Dabei können Einschaltzeitpunkt
und -dauer durch Zufallsvariable so gestaltet werden, daß sich keine regelmäßige Wiederholung einer
Schaltfolge ergibt, wodurch die Wirkung der Anwesenheitssimulation gesteigert wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die in die üblichen installationstechnischen Ge
häuse wie Abzweigdosen und Schalterdosen integrierbaren Koppelmodule für die Busankopplung mit
Signaleingangsklemmen versehen sind, die mit den potentialfreien Kontakten beliebiger installa
tionstechnischer Schalter wie z. B. Lichtschalter oder Klingelknöpfe beschaltet werden können. Dadurch
ermöglicht das Bussystem u. a. die Herstellung einer Lichtsignalanlage für Hörbehinderte als Ergän
zung der Klingelanlage, bei der zur Erzeugung des Lichtsignals jede über das Bussystem beschaltete
Leuchte verwendet werden kann.
Es sind Verfahren bekannt, mit denen bewirkt wird, daß ein betriebssicherer und gegen unbefugte
Benutzung geschützter Transfer von Daten durch ein Bussystem erfolgt. An die Datenübertragung
werden in diesem Zusammenhang besonders folgende Anforderungen gestellt: Die Datenübertragung
muß betriebssicher erfolgen, Sender und Empfänger sowie Beginn und Ende einer Datenübertragung
müssen eindeutig festgelegt sein, das Bussystem muß Fehler in der Datenübermittlung und unbefugte
Datenübertragungen erkennen können es muß sichergestellt sein, daß gleichzeitig nur eine Daten
übertragung stattfindet und der Einsatz des Bussystems darf keine Konflikte mit von anderen Syste
men erfolgenden Signalübertragungen hervorrufen.
Die Betriebssicherheit wird bei der Erfindung u. a. dadurch gewährleistet, daß jeder High-Signalpegel
durch die Erzeugung einer festgelegten Anzahl von Amplituden der Hochfrequenz innerhalb eines
normierten Zeitraums gesendet wird. Der Empfang erfolgt durch Zählung der in dem normierten Zeit
raum erfaßten Amplituden. Dabei kann das durch Störeinflüsse hervorgerufene Ausbleiben einer fest
gelegten Anzahl von Amplituden ignoriert werden. Wird diese festgelegte Anzahl fälschlicherweise
erzeugter Amplituden überschritten, erfolgt durch die Koppelmodule eine Bewertung der Übertragung
als fehlerhaft, und die Übertragung wird wiederholt. Entsprechend erfolgt die Übertragung von
Low-Signalpegel durch ein Ausbleiben von Amplituden während des normierten Zeitraums. Es wird eine
festgelegte Anzahl von durch Störeinflüsse fälschlicherweise hervorgerufenen Amplituden ignoriert.
Wird diese festgelegte Anzahl fälschlicherweise erzeugter Amplituden überschritten, erfolgt durch die
Koppelmodule eine Bewertung der Übertragung als fehlerhaft, und die Übertragung wird wiederholt.
Die Betriebssicherheit der Erfindung wird ferner dadurch sichergestellt, daß jedes Koppelmodul mit
einer im Zuge der Fertigung fest einprogrammierten und nachträglich nicht veränderbaren Adresse
versehen ist, wobei jede Adresse nur einmal Verwendung findet. Bei einer Adressgröße von 32 Bit ist
die eindeutige Festlegung von 231 Adressen möglich. Der Sendevorgang schließt die Übermittlung der
Länge der zu übertragenden Sendung, der Empfänger- und Senderadresse, der zu übertragenen In
formation sowie einer Prüfsumme ein und wird durch die Übermittlung einer die gleichen Bestandteile
enthaltenden Quittierungsmeldung durch den Empfänger abgeschlossen. Dadurch ist eine überdeter
minierte Fehlererkennung gewährleistet: So könnte z. B. ein Fehler bei der Übertragung der Empfän
geradresse dazu führen, daß fälschlicherweise mehrere Empfänger die Sendung aufnehmen. In diesem
Fall wäre als Fehlerursache eine elektrische Störung anzunehmen, die bei den fälschlicherweise an
gesprochenen Empfängern als Prüfsummenfehler registriert wird, sie würden daraufhin keine Quittie
rungsmeldung erzeugen und ggf. übertragene Kommandos nicht ausführen. Sollte durch einen zusätz
lichen Fehler ein Prüfsummenfehler nicht erkannt oder ausgewertet werden, würde der fälschlicher
weise angesprochene Empfänger eine Quittierungsmeldung erzeugen, die vom Sender als vom fal
schen Empfänger ausgehend erkannt würde. In jedem Fall könnte eine vom Sender ausgelöste Feh
lerbehandlung erfolgen.
Ein gleichzeitiges Senden mehrerer Sender wird dadurch vermieden, daß die Koppelmodule nur dann
Sendevorgänge beginnen, wenn kein anderes Koppelmodul sendet. Ein hinsichtlich der Zeitauflösung
der verwendeten Prozessoren zeitgleicher Beginn des Sendevorgangs von mehreren Koppelmodulen
erfolgt nur mit einer kleinen Wahrscheinlichkeit und führt zu vom Bussystem abfangbaren Fehlern, weil
jeder Sender beim Senden von Low-Pegeln kontrolliert, ob ein High-Pegel eines anderen Senders in
die Niederspannungsleitung eingekoppelt wird. Zur Behebung des Fehlers erfolgt eine Wiederholung
des Sendevorgangs, sobald die konkurrierende Datenübertragung abgeschlossen ist.
Konflikte mit von anderen Systemen hervorgerufenen Signalen können durch Verwendung des Fre
quenzbandes 125 kHz bis 140 kHz und Beachtung des für dieses Frequenzband vorgeschriebenen
Zugriffsprotokolls nach EN 50065-1 : 1991/A1 : 1992 Abschnitt 5 vermieden werden.
Bei besonderen Ausführungsformen der Erfindung ist das Koppelmodul zusätzlich mit einem oder
mehreren Analogeingängen bzw. mit einem oder mehreren Analogausgängen ausgestattet, wodurch
z. B. die Übermittlung und Anzeige von Temperaturwerten oder die Steuerung und Überwachung von
Servoantrieben durch das Bussystem ermöglicht wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den anliegenden
Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 Funktionsschema eines Anwendungsbeispiels mit mehreren angeschlossenen Geräten,
Fig. 2 Funktionsschema des Koppelmoduls,
Fig. 3 Aufsicht und Seitenansicht des Koppelmoduls, teilweise schematisiert.
Das in Fig. 1 schematisch wiedergegebene Anwendungsbeispiel ermöglicht sowohl die manuelle als
auch die automatische Schaltung einer Deckenleuchte 8, einer als Durchgangsbeleuchtung dienenden
Wandleuchte 37 und eines anderen handelsüblichen elektrischen Verbrauchausgeräts 9 sowie die
über das Bussystem parametrisierte Regelung einer Raumtemperatur mit dem in eine Steckdose 27
gesteckten Raumtemperaturmodul 32, welches mit dem elektrisch betriebenen Heizkörperventil 35 des
Raumheizkörpers 33 verbunden ist.
Der handelsübliche, als Serienschalter ausgeführte Lichtschalter 7 ermöglicht das manuelle Schalten
von Leuchte 8 und Verbrauchsgerät 9. Bei Ansprechen des Signalgebers 10, bei dem es sich im An
wendungsbeispiel um einen Bewegungsmelder handelt, wird die Wandleuchte 37 ein- und zeitverzö
gert wieder ausgeschaltet.
Das Handsteuergerät 34 ist über eine Funkverbindung zu einem in eine Steckdose gesteckten Steck
dosenadapter 11 mit dem Bussystem verbunden. Mit ihm können die Leuchte 8 und das Verbrauchs
gerät 9 geschaltet werden, die Raumtemperatur des Raumes, in dem sich Raumheizkörper 33 und
Raumtemperaturmodul 32 befindet, eingestellt werden und die Zeitspanne gewählt werden, für die
nach Ansprechen des Signalgebers 10 die Leuchte 37 brennt.
Die Leuchten 8, 37, der Lichtschalter 7, der Signalgeber 10 und das Verbrauchsgerät 9 sind jeweils
über ein Koppelmodul 1 mit der Niederspannungsleitung 2 verbunden. Die Koppelmodule 1 sind in
einer Unterputz-Schalterdose 3, in einem Leuchtenbaldachin 4, in dem Gehäuse 5 eines handelsübli
chen elektrischen Verbrauchsgeräts 9, in dem Gehäuse eines handelsüblichen elektronischen Signal
gebers 10 sowie in einer Abzweigdose 37 montiert.
Das Anwendungsbeispiel zeigt, wie in einer Wohnung mit durchschnittlich ausgeführter Elektroinstalla
tion ohne Verlegung von zusätzlichen Kabeln oder Montage zusätzlicher Gehäuse eine Herstellung der
Busfunktionen erfolgen kann.
Der Anschluß der Koppelmodule an die Niederspannungsleitung 2 erfolgt durch Verbindung der für das
230 V-Potential vorgesehenen Anschlußklemme 13 mit dem entsprechenden Potential der Verbrauch
anlage und der für den Nulleiteranschluß vorgesehenen Anschlußklemme 12 mit dem Nulleiter der
Versorgungsanlage. Der Anschluß von Verbrauchsgeräten an das Koppelmodul erfolgt an die An
schlußklemme für das vom Koppelmodul geschaltete 230 V-Potential 20 sowie an die Klemmen für die
durch das Koppelmodul hindurchgeführten Potentiale von Schutz- 19 und Nulleiter 21. Der Anschluß
von Signalgeber erfolgt durch deren Anschluß an die Klemmen für Eingangssignale 22 und an das
Bezugspotential 3.
In dem Koppelmodul dient ein Koppeltransformator 24 sowohl der Erfassung der von anderen Koppel
modulen in die Niederspannungsleitungen eingegeben modulierten Hochfrequenz wie auch dem Ein
koppeln abzugebender modulierter Hochfrequenz in die Niederspannungsleitung 2. Zu diesem Zweck
ist eine Wicklung an die Niederspannungsleitung 2 angeschlossen, die andere Wicklung ist mit einer
Mittenanzapfung 38 versehen und mit einer Schaltung mit Bandfilter und Verstärker 29 verbunden. Der
Signalempfang durch den Mikroprozessor erfolgt durch Übergabe der vom Bandfilter und Verstärker
bearbeiteten Signalfolge an einen Komparator 30, der ein digitalisiertes Signal an den Mikroprozes
soreingang 39 abgibt. Das Senden von Signalen erfolgt durch Ausgabe einer digitalen Signalfolge
durch zum Zwecke der Leistungserhöhung jeweils mehrfach parallelgeschaltete Mikroprozessoraus
gänge 40 an den Bandfilter und Verstärker 29, der durch Abscheidung der Oberwellen aus der digita
len Signalfolge des Mikroprozessors eine sinusförmige Frequenz erzeugt und an den Koppeltransfor
mator 24 abgibt.
Die Spannungsversorgung des Mikroprozessors 17 erfolgt durch den Festspannungsregler 16 und
während des Sendevorgangs zusätzlich durch den im Ruhezustand aufgeladenen Kondensator 15.
Das Schalten von Verbrauchsgeräten erfolgt durch den je nach Ausführung elektronischen oder elek
tromagnetischen Schalter 18, der zu diesem Zweck mit dem Mikroprozessor 17 verbunden ist.
Die elektronischen Bauteile 15-18 sind auf einer Platine 28 zusammengefaßt. Die Platine 28, die An
schlußklemmen 19-23 und 12-14, der Koppeltransformator 24 sowie die für die elektrische Funktion
erforderlichen Kabel können in einem nach einer Seite hin offenen Kunststoffgehäuse montiert werden,
welches nach der Montage im Vakuum mit Vergußmaterial 26 aufgefüllt wird, wodurch eine für den
Anwendungszweck ausreichende mechanische Stabilität des Koppelmoduls erreicht wird.
1
Koppelmodul
2
Netzleitung der Versorgungsanlage
3
Unterputz-Schalterdose
4
Leuchtenbaldachin
5
Gehäuse eines handelsüblichen elektrischen Verbrauchers
6
Gehäuse eines handelsüblichen Signalgebers (z. B. Bewegungs- oder Brandmelder)
7
handelsüblicher Lichtschalter
8
handelsübliche Leuchte
9
handelsübliches Verbrauchsgerät
10
handelsüblicher Signalgeber (z. B. Bewegungs- oder Brandmelder)
11
Steckdosenadapter mit Funkverbindung zu Handsteuergerät
12
Anschlußklemme des Koppelmoduls für Nulleiter der Versorgungsanlage
13
Anschlußklemme des Koppelmoduls für
220
V-Potential der Versorgungsanlage
14
Anschlußklemme des Koppelmoduls für Schutzleiter der Versorgungsanlage
15
Festspannungsregler
16
Kondensator
17
Mikroprozessor
18
elektronisches oder elektromagnetisches Stellglied
19
Anschlußklemme des Koppelmoduls für Schutzleiter eines Verbrauchsgeräts
20
Anschlußklemme des Koppelmoduls für geschaltetes
220
V-Potential eines Verbrauchsgeräts
21
Anschlußklemme des Koppelmoduls für Nulleiter eines Verbrauchsgeräts
22
Anschlußklemme des Koppelmoduls für Signaleingänge
23
Anschlußklemme des Koppelmoduls für Bezugspotential der Signaleingänge
24
Koppeltransformator
25
Kunststoffgehäuse des Koppelmoduls
26
Vergußmaterial
27
Steckdose
28
Platine
29
Bandfilter und Verstärker
30
Komparator
31
Abzweigdose
32
Steckdosenadapter für Raumtemperaturregelung
33
Heizkörper
34
Handsteuergerät
35
elektrisch betriebenes Heizkörperventil
36
Funkverbindung
37
Wandleuchte
38
Mittenanzapfung
39
Mikroprozessoreingang
40
Mikroprozessorausgang.
Claims (10)
1. Bussystem für die Fernsteuerung, Programmierung und Überwachung von elektrischen Ge
räten in Versorgungsanlagen mit Verwendung der Versorgungsleitungen für die Datenüber
tragung, dadurch gekennzeichnet, daß es die Fernsteuerung, Programmierung und Über
wachung von handelsüblichen Leuchten 8 und anderen Verbrauchsgeräten 9 und die Aus
wertung der Signale von handelsüblichen Lichtschaltern 7 und anderen handelsüblichen Si
gnalgebern 10 bewirkt.
2. Bussystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Installation des Bussy
stems ohne Verlegung zusätzlicher Kabel und ohne Verwendung zusätzlicher installa
tionstechnischer Gehäuse erfolgt.
3. Bussystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabe von Para
metern und das Ablesen von Schaltzuständen durch ein mit Tasten und Display ausgestat
tetes Handsteuergerät 34 erfolgt.
4. Bussystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Pa
rametereingabe und zum Ablesen der Schaltzustände verwendete Handsteuergerät über ei
ne Funkverbindung zu einem in eine Steckdose gesteckten Steckdosenadapter 11 mit Bus
koppelfunktion mit dem Bussystem verbunden ist.
5. Bussystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es eine fern
bedienbare und programmierbare Regelung von Raumtemperaturen durch busgesteuerte
Beeinflussung elektrisch betriebener Ventile 35 von Raumheizkörpern 33 bewirkt.
6. Bussystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rege
lung von Raumtemperaturen durch den über ein Anschlußkabel erfolgenden Anschluß von
elektrisch betriebenen Ventilen 35 von Raumheizkörpern mit in Steckdosen zu steckenden
Steckdosenadaptern 32 erfolgt, die mit einem elektronisch auszuwertenden Thermometer
und einem mit diesem Thermometer verbundenen Koppelmodul 1 für die Ein- und Ausgabe
von Signalen an das Bussystem ausgestattet sind.
7. Koppelmodul zum Anschluß von elektrischen Betriebsmitteln an ein Bussystem nach einem
der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Mikroprozessor
17 enthalten, der zugleich die Aufnahme und Serialisierung der zu sendenden Signale, die
Deserialisierung und Ausgabe empfangener Signale sowie die für den Empfangs- und Sen
devorgang erforderliche Bereitstellung, Modulation und Demodulation einer Hochfrequenz
leistet.
8. Koppelmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es die zusätzliche Funktion
einer Verbindungsklemme ("Lüsterklemme") hat, indem die Stirnseiten des Moduls mit den
für den elektrischen Anschluß einer zwei- oder dreipoligen Zuleitung erforderlichen Klemmen
12, 13 und 14 sowie den für den Anschluß von Leuchten 8 oder anderen zwei- oder dreipolig
fest angeschlossenen elektrischen Verbrauchern 9 erforderlichen Klemmen 19, 20 und 21
versehen sind.
9. Koppelmodul nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es mit den für den
Anschluß von Leitungen für die Übertragung der Signale von Lichtschaltern 7 oder anderen
handelsüblichen Signalgebern 10 verwendeten Klemmen 22 und 23 ausgestattet ist.
10. Koppelmodul nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß seine Bau
größe so beschaffen ist, daß es in Unterputz-Schalterdosen 3, Abzweigdosen 31, Leuchten
baldachinen 4 und Gehäusen von handelsüblichen elektrischen Geräten 5, 6 montiert wer
den kann.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19654837A DE19654837A1 (de) | 1996-12-23 | 1996-12-23 | Bussystem für die Fernsteuerung, Programmierung und Überwachung von elektrischen Geräten in Versorgungsanlagen mit Verwendung der Niederspannungsleitungen für die Datenübertragung und Koppelmodul für den Anschluß der elektrischen Geräten an dieses Bussystem |
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DE19654837A DE19654837A1 (de) | 1996-12-23 | 1996-12-23 | Bussystem für die Fernsteuerung, Programmierung und Überwachung von elektrischen Geräten in Versorgungsanlagen mit Verwendung der Niederspannungsleitungen für die Datenübertragung und Koppelmodul für den Anschluß der elektrischen Geräten an dieses Bussystem |
Publications (1)
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DE19654837A1 true DE19654837A1 (de) | 1998-06-25 |
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ID=7816468
Family Applications (1)
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