DE202011003093U1

DE202011003093U1 - Gerät zum Betrieb begrenzter Datenstrecken über Energiekabel

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Publication number: DE202011003093U1
Application number: DE202011003093U
Authority: DE
Original assignee: Enicom Electronics I G GmbH; Enicom Electronics Ig GmbH
Current assignee: Enicom Electronics I G GmbH; Enicom Electronics Ig GmbH
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2021-02-24

Abstract

Gerät 2, zum Betrieb begrenzter Datenstrecken über Energiekabel 3, das hintereinander geschaltet, vom ersten bis zum letzten Gerät 2, sowie an den T-Ausgängen 4, eine für den Datenstrom begrenzende Charakteristik hat. Um Daten auf das Energiekabel 3, zu senden oder zu empfangen wird das Energiekabel 3, 2- oder 3-polig am Gerät angeschlossen, über einen Differenz-Übertrager 13, geführt und über Anschlüsse dem weiterführenden Energiekabel 3, übergeben. Im Gerät 2, ist eine weitere Verbindung zur Energiedurchleitung vorhanden, die das Netzteil des Geräts 2, selbst versorgt oder als T-Ausgang 4, verarbeitete oder weitere Funktionen speist, sowie als geschalteter oder direkter Abzweig der Energieleitung dienen kann. Die Begrenzung der Datenstrecke hat die Aufgabe, Rückwirkungen zu verhindern und die Übertragungsdaten nur in einem definierten Bereich zu halten und wirkt vom ersten Gerät 2, bis zum letzten Gerät 2, und bis zu allen T-Ausgängen 4. Funktionell wird dies mit elektrischen Drosselspulen 5, also...

Description

Datenstrecken über Energieleitungen sind unter dem Oberbegriff Powerline Communication, oder abgekürzt PLC, bekannt und werden hauptsächlich in der Gebäude-Kommunikation eingesetzt.
Übliche Geräte arbeiten mit einer Kommunikationsstrecke auf einem Kabel und sind in der Kommunikationslänge und in der Kabel-Topologie begrenzt.
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Gerät zum Betrieb einer Kommunikationsstrecke zu schaffen, das mit weiteren Geräten der Bauart eine begrenzte Datenstrecke über Energiekabel aufbauen kann.
Um Daten auf das Energiekabel zu senden oder zu empfangen wird das Energiekabel 2- oder 3-polig am Gerät angeschlossen, über einen Differenz-Übertrager geführt und über Anschlüsse dem weiterführenden Energiekabel übergeben.
Im Gerät ist eine weitere Verbindung zur Energiedurchleitung vorhanden, die das Netzteil des Geräts selbst versorgt oder als Ausgang verarbeitete oder weitere Funktionen speist, sowie als geschalteter oder direkter Abzweig der Energieleitung dienen kann.
Die Begrenzung der Datenstrecke hat die Aufgabe, Rückwirkungen zu verhindern und die Übertragungsdaten nur in einem definierten Bereich zu halten und wirkt vom ersten Gerät bis zum letzten Gerät und bis zu allen Ausgängen. Funktionell wird dies mit elektrischen Drosselspulen, also Induktivitäten, erreicht, die im Gleichstrom- oder Netzfrequenz-Betrieb einen sehr niedrigen elektrischen Widerstand, im Übertragungsfrequenzbereich aber einen sehr hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Durch eine entsprechende Anordnung der elektrischen Drosseln ergibt die Maßnahme eine eingebettete Übertragung.
Die Voraussetzung für die Begrenzung der Datenstrecke und den Einsatz von elektrischen Drosselspulen ist eine konstante Frequenz, aus diesem Grund ist die Übertragungsart eine Amplitudenmodulation, mit einer stetigen Sinus-Frequenz. Diese Übertragungsart ist an jedem Punkt der Datenstrecke berechenbar.
Die Amplitudenmodulation in Verbindung mit dem Differenz-Übertrager macht die begrenzte Datenstrecke und einem konstanten elektrischen eingeprägten Strom zu einer sehr sicheren und störungsunempfindlichen Differenzübertragungsstrecke.
Daten oder Signale am Daten I/O (Eingang bzw. Ausgang) werden im Gerät gewandelt oder verarbeitet und mit einem Datenverarbeitungsprotokoll versehen der Modulationsschaltung übergeben, die daraus resultierende Amplitudenmodulation wird verstärkt und treibt den Differenz-Übertrager. Durch induktive und galvanisch getrennte Kopplung wird das Amplitudenmodulations-Signal auf das Energiekabel induziert.
Der Empfängerpfad funktioniert umgekehrt, Amplitudenmodulations-Signale werden vom Differenz-Übertrager, ebenfalls induktiv und galvanisch getrennt detektiert, dann verstärkt und einem Demodulator zugeführt, der als Ausgang die Übertragungs-Daten zur Verfügung stellt. Durch das Datenverarbeitungsprotokoll werden die Daten wieder transparent.
Dieses Datenverberarbeitungsprotokoll nutzt die gesamte Bandbreite der Grundfrequenz und kann durch Kanalbildung völlig autarke Übertragungswege bilden. Die übertragene Sinusfrequenz kann durch getrennte Nutzung der positiven und negativen Amplitude die Übertragungsrate verdoppeln.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der 1 bis 2 erläutert. Es zeigen:
1 die Strukturierung von einzelnen Datenstrecken
2 die Ausführung des Geräts, als vereinfachtes Blockschaltbild
In der 1 ist das Grundprinzip des Geräts 2, zum Betrieb begrenzter Datenstrecken 1, über Energiekabel 3, viermal einzeln, in verschiedenen Kabeltopologien dargestellt und zeigt die Vielfältigkeit des möglichen Einsatzes in der Praxis.
In der 2 wird das Gerät 2, im vereinfachten Blockschaltbild zweifach vorhanden, dargestellt, um die Systematik besser zu zeigen. Das linke Blockschaltbild des Geräts 2, ist der Anfang der begrenzten Datenstrecke 1, und das rechte Blockschaltbild des Geräts 2, (geklappt dargestellt) ist das Ende der begrenzten Datenstrecke 1, zwischen linkem und rechtem Gerät 2, in Punkten angedeutet, können sich weitere Geräte 2, befinden und ein eingebettetes Kommunikationssystem bilden.
Bezugszeichenliste

1: Begrenzte Datenstrecke
2: Gerät
3: Energiekabel
4: Energieausgänge
5: Elektrische Drossel
6: Daten I/O
7: CPU
8: Sinusgenerator
9: Modulator
10: Ausgangsverstärker
11: Demodulator
12: Eingangsverstärker
13: Differenz-Übertrager
14: RCL-Stufe
15: Frequenz-Schalter

Claims

Gerät 2, zum Betrieb begrenzter Datenstrecken über Energiekabel 3, das hintereinander geschaltet, vom ersten bis zum letzten Gerät 2, sowie an den T-Ausgängen 4, eine für den Datenstrom begrenzende Charakteristik hat. Um Daten auf das Energiekabel 3, zu senden oder zu empfangen wird das Energiekabel 3, 2- oder 3-polig am Gerät angeschlossen, über einen Differenz-Übertrager 13, geführt und über Anschlüsse dem weiterführenden Energiekabel 3, übergeben. Im Gerät 2, ist eine weitere Verbindung zur Energiedurchleitung vorhanden, die das Netzteil des Geräts 2, selbst versorgt oder als T-Ausgang 4, verarbeitete oder weitere Funktionen speist, sowie als geschalteter oder direkter Abzweig der Energieleitung dienen kann. Die Begrenzung der Datenstrecke hat die Aufgabe, Rückwirkungen zu verhindern und die Übertragungsdaten nur in einem definierten Bereich zu halten und wirkt vom ersten Gerät 2, bis zum letzten Gerät 2, und bis zu allen T-Ausgängen 4. Funktionell wird dies mit elektrischen Drosselspulen 5, also Induktivitäten, erreicht, die im Gleichstrom- oder Netzfrequenz-Betrieb einen sehr niedrigen elektrischen Widerstand, im Übertragungsfrequenzbereich aber einen sehr hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Durch eine entsprechende Anordnung der elektrischen Drosseln ergibt die Maßnahme eine eingebettete Übertragung. Die Voraussetzung für die Begrenzung der Datenstrecke und den Einsatz von elektrischen Drosselspulen 5, ist eine konstante Frequenz, aus diesem Grund ist die Übertragungsart eine Amplitudenmodulation, mit einer stetigen Sinus-Frequenz. Diese Übertragungsart ist an jedem Punkt der Datenstrecke berechenbar, diese Übertragungsart funktioniert auch bei Datenpausen. Die Amplitudenmodulation in Verbindung mit dem Differenz-Übertrager 13, und einem konstanten elektrischen eingeprägten Strom macht die begrenzte Datenstrecke zu einer sicheren und störungsunempfindlichen Differenzübertragungsstrecke. Daten oder Signale am Daten I/O 6, (Eingang bzw. -Ausgang) werden im Gerät 2, gewandelt oder verarbeitet und mit einem Datenverarbeitungsprotokoll versehen und der Modulationsschaltung übergeben, die daraus resultierende Amplitudenmodulation wird verstärkt und treibt den Differenz-Übertrager. Durch induktive und galvanisch getrennte Kopplung wird das Amplitudenmodulations-Signal auf das Energiekabel 3, induziert. Der Empfängerpfad funktioniert umgekehrt, Amplitudenmodulations-Signale werden vom Differenz-Übertrager 13, ebenfalls induktiv und galvanisch getrennt detektiert, dann verstärkt und einem Demodulator zugeführt, der als Ausgang die Übertragungs-Daten zur Verfügung stellt. Durch das Datenverarbeitungsprotokoll werden die Daten wieder transparent. Dieses Datenverarbeitungsprotokoll nutzt die gesamte Bandbreite der Grundfrequenz und kann durch Kanalbildung völlig autarke Übertragungswege bilden. Die übertragene Sinusfrequenz kann durch getrennte Nutzung der positiven und negativen Amplitude die Übertragungsrate verdoppeln. dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät 2, mit mehreren Geräten 2, über das Energiekabel 3, verbunden, eine begrenzte Datenstrecke 1, ergibt.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die begrenzte Datenstrecke 1, kann auf dem gleichen Energiekabel 3, mehrfach vorhanden sein und addiert damit die Reichweite einer begrenzten Datenstrecke 1 und arbeitet als Repeater-Strecke.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe und Art der elektrischen Spannung, je nach Typ des Geräts 2, wählbar ist, dass sowohl Gleichstrom Kleinspannungen oder Gleichstrom Spannungen bis 250 VDC, sowie 1- oder 3-phasige Niederspannungswechselstrom mit den gängigen Frequenzen über die Energiekabel 3, angeschlossen werden können.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenz-Übertrager 13, neben den Empfangs- und Sendewicklungen für die Amplitudenmodulation, zwei Leistungswicklungen besitzt, durch die die elektrische Leistung des Energiekabels 3, geleitet wird, bis zu einer elektrischen Leistung von ca. 100 kW, kann der Differenz-Übertrager 13, aus einem magnetischen Kern bestehen, bei höheren elektrischen Spannungen und hohen elektrischen Leistungen, kann die Funktion des Differenz-Übertragers 13, auf zwei räumlich getrennte magnetische Kerne verteilt werden und außerhalb des Geräts 2, angeordnet sein können, damit unterliegt der Differenz-Übertrager 13, auch keiner Spannungs- und Leistungsgrenze.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Drosselspulen 5, die ebenfalls im Leistungskreis ihren Platz haben, bei hohen Leistungen außerhalb des Geräts 2, angeordnet sein können.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der T-Ausgang 4, sich bei kleinen Leistungen im Gerät 2, befindet und bei hohen Leistungen, auch außerhalb angeordnet sein kann.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der T-Ausgang 4, nicht nur direkte oder geschaltete Leistungen nach außen gibt, sondern auch als allgemeiner Ausgang, in 2 nicht dargestellt, dienen kann, beispielsweise als Daten-Ausgang, oder als Leistungsausgang für verarbeitete Daten, in Form von Audiosignalen oder Impulssignalen, also auch Leistungsanschlüsse für Lautsprecher oder PWM-Signale.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät 2, das als wesentliches Merkmal die Begrenzung der Datenstrecke 1, besitzt, werden Rückwirkungen, Richtung Quelle, aber auch nach dem letzten Gerät einer Datenstrecke 1, Richtung Senke, sowie an den T-Ausgängen 4, vermieden, funktionell wird dies mit elektrischen Drosselspulen 5 und einem Entstörkondensator erreicht, die im Gleichstrom- oder Netzfrequenz-Betrieb einen sehr niedrigen elektrischen Widerstand, im Übertragungsfrequenzbereich aber einen sehr hohen elektrischen Widerstand aufweisen, durch eine entsprechende Anordnung der elektrischen Drosselspule 5, ergibt die Maßnahme eine eingebettete Übertragung.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Drosselspulen 5, frequenzabhängig sind, um eine stabile begrenzte Datenstrecke 1, zu erhalten, muss die Übertragungsfrequenz stets die gleiche bleiben, aus diesem Grund basiert die Übertragung auf einer Amplitudenmodulation.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungskreis der begrenzten Datenstrecke 1, geschlossen ist, diese Aufgabe übernimmt der Frequenzschalter 15, mit der RCL-Stufe 14, die aus einer Kombination von elektrischen Bauelementen besteht, und auf die Grundfrequenz abgestimmt ist, das ist in der Regel beim ersten und beim letzten Gerät 2, der Fall, bei allen dazwischen angeordneten Geräten 2, ist der Frequenzschalter offen.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die begrenzte Datenstrecke 1, mit einer gleichen Grundfrequenz, erzeugt durch den Sinusgenerator 8, einer Sinus-Amplitudenmodulation durch den Modulator 9, über einen Ausgangsverstärker 10, den Differenz-Übertrager 13, speist, ergibt eine Differenzübertragungsstrecke, die gegenüber äußere Einflüsse auf das Energiekabel 3, unempfindlich ist, hinzu kommt ein eingeprägter Stromfluss der Grundfrequenz der zur weiteren Stabilität beiträgt und eine galvanische Trennung von mehreren tausend Volt, die das Sicherheitskonzept bilden.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenz-Übertrager 13, derart gestaltet ist, dass er Netzfrequenzen ignoriert und nur im Bereich der Grundfrequenzen arbeitet, um induktive Beeinflussungen sicher zu vermeiden.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfrequenz einer begrenzten Datenstrecke 1, projektabhängig verschieden sein kann.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über den Daten I/O 6, genormte Datenschnittstellen angeschlossen werden können, aber auch analoge Signale, binäre Signale oder Audiosignale angeschlossen werden können, die mit Hilfe der CPU 7, und deren Peripherie gewandelt und damit übertragungsfähig werden, nach der Übertragung kann in einem beliebigen Gerät 2, rückgewandelt werden, damit stehen die Daten oder Signale wieder zur Verfügung.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu sendenden Daten 6, werden von der CPU 7, mit einem Übertragungsprotokoll versehen und dem Modulator 9, übergegen und dann als Amplitudenmodulations-Signal Ausgangsverstärker 10, zugeführt der als Treiber für den Differenz-Übertrager 13, wirkt und die Daten auf die begrenzte Datenstrecke 1, des Energiekabels 3, bringt, empfangene, amplitudenmodulierte Signale überträgt der Differenz-Übertrager 13, und gibt diese auf den Eingangsverstärker 12, dann zum Demodulator 11, der nur die modulierten Daten erkennt und der CPU 7, weiterleitet, die dann verarbeitet als Daten am Daten-I/O 6, zur Verfügung stehen.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der begrenzten Datenstrecke 1, wird mit einem Datenverarbeitungsprotokoll verwaltet, durch die in allen Geräten 2, vorhandene Grundfrequenz ist eine synchrone Übertragung möglich, die das Datenverarbeitungsprotokoll wesentlich vereinfacht.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination aus Sinusgenerator 8, CPU 7, und Modulator 9, eine Multiplex-Funktion erlaubt, die die Amplitudenmodulation in Kanäle teilt, die in ihrer Wirkrichtung, Anzahl und Datendurchsatz unterschiedlich sein können, so beispielsweise mehrere digitale Audiokanäle und mehrere Datenkanäle für eine Normschnittstelle.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die kanalig gestaltete Übertragung, in Verbindung mit der Kombination aus Sinusgenerator 8, CPU 7, und Modulator 9, auch eine Not-Ausoder andere sicherheitliche Funktionen realisiert werden können.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräte 2, mit Adressen versehen werden können, auch eine automatische Adressierung kann durch die Verwendung des Frequenzschalters 15, mit der RCL-Stufe 14, realisiert werden.