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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur exakten Positionsbestimmung von einzelnen Busteilnehmern bzw. Slave-Einheiten in einer Anlage umfassend mehrere solcher Teilnehmer bzw. Einheiten, die insbesondere nebeneinander in gemeinsamen oder getrennten Funktionsbereichen eingesetzt sind.
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Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem lässt sich anhand dem nachfolgend erläuterten Beispiel darstellen. Eine Kühltheke im Supermarkt besteht typischerweise aus mehreren Kühlsegmenten, deren Anzahl von der Länge der Kühltheke oder Kühltruhe abhängt. In jedem Segment befindet sich typischerweise ein Temperatursensor zur Überwachung der Temperatur in diesem Kühlsegment, z.B. für die gesetzlich vorgeschrieben Protokollierung der Kühltemperatur oder auch zur Steuerung der Kühlleistung in diesem Segment.
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Die Ventilatoren in den jeweiligen Kühlsegmenten besitzen im Auslieferungszustand alle die Adresse ,,1" und müssen jeweils gesondert adressiert werden, um später im Betrieb individuell angesprochen werden zu können. Um nun die Ventilatoren jeweils einzeln adressieren zu können, kann auf einen bekannten Autoadressierungsalgorithmus zurückgegriffen werden.
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Es gibt im Stand der Technik diverse Verfahren der Adressvergabe in einem Netzwerk, wie z. B. die manuelle IP-Adressvergabe bei Netzwerkgeräten (Computer, Drucker, etc.), die Seriennummer basierte Autoadressierung, eine Adressvergabe nach einem bestimmten Kabelplan oder eine Schieberegisteradressvergabe. Einen automatisierten Adressiervorgang schlägt z. B. die
DE 103 36 301 A1 vor. Aus der
EP 2 287 689 EP ist ein Bus-basierendes Adressierverfahren von Slave-Einheiten bekannt.
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Ferner sind im Stand der Technik Verfahren bekannt, bei der die Adressvergabe der betroffenen Einheit (Slave-Einheit) basierend auf der Seriennummer der Einheit erfolgt. Ferner sind im Stand der Technik entsprechende Algorithmen bekannt, um die Seriennummer-bezogene Adressvergabe in einfacher Weise zu realisieren. Nach Abschluss des Adressvergabeprozesses können die Ventilatoren einzeln und individuell von einer Steuerung angesprochen werden.
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Allerdings besteht das Problem, dass damit nicht klar ist, welche Slave-Einheit (hier Ventilator) an welcher Position angeordnet ist. Im vorliegenden Beispiel bedeutet dies, dass auch bei Kenntnis der Adresse der Ventilatoren unklar bleibt, an welcher exakten Position in der Kühlanlage d. h. in welchem Kühlsegment sich der entsprechende Ventilator befindet. Diese Problematik stellt sich auch in anderen Applikationen, bei denen eine Mehrzahl an Ventilatoren oder Slave-Einheiten angesprochen werden müssen.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, vorbesagte Nachteile zu überwinden und ein Verfahren bereitzustellen, um die Position von mehreren Slave-Einheiten in einem Anlagenbereich auf einfache, kostengünstige und zuverlässige Weise ermitteln zu können.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1.
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Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Position der betreffenden Slave-Einheit durch die mit der Slave-Einheit verbundene technische Wirkung mittels indirekter Informationsgewinnung zu bestimmen, wozu eine Sensorik vorgesehen ist. Wenn insofern, wie im vorliegenden Beispiel, die Aufgabe der Slave-Einheit in der Kühlfunktion oder einer die Kühlfunktion unterstützenden Funktion liegt, so lässt sich mithilfe einer Sensorik, die die Wirkung der zu erzielenden Funktion ermittelt und deren Einbauort bekannt ist, mittels dieser sekundären Information ein Rückschluss auf die genauer Position der Slave-Einheit erzielen.
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Mittels iterativem Vorgehen kann dann, beginnend von der ersten Slave-Einheit aufeinanderfolgend die jeweilige Position aller weiteren Slave-Einheiten bestimmt werden. Die Position eines Ventilators in einem bestimmten Kühlsegment des Kühlsystems kann somit dadurch bestimmt werden, dass zunächst nur der Ventilator und der Kühlkreislauf mit der ersten Adresse betrieben wird und alle anderen Ventilatoren außer Funktion bleiben. In diesem Fall wird nur der im entsprechenden Segment angeordnete Sensor (zum Beispiel ein Temperaturfühler) eine deutlich stärkere Temperaturänderung erfassen, im Vergleich zu den Sensoren in den anderen Kühlsegmenten. Werden die jeweils verbauten Sensoren den einzelnen Kühlsegmenten fest zugeordnet, lässt sich aus dem Änderungsverhalten (Gradienten) der Messkurve der jeweiligen Messgröße auf die Position des zugeordneten Ventilators schließen.
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Dieser Positionserfassungsvorgang wird für die weiteren vorhandenen Adressen bzw. Ventilatoren (allgemein Slave-Einheiten) schrittweise vorgenommen, bis die Positionen aller Slave-Einheiten feststehen.
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Alternativ können auch komplexere Algorithmen eingesetzt werden, die zum Beispiel mehrere Ventilatoren auf einmal betreiben und über z. B. DOE eine minimale Anzahl an Versuchen benötigen, um alle Positionen eindeutig zu bestimmen.
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Die für die Positionserfassung bestimmte indirekte Größe kann dabei über einen Sensor oder auch das gesamte Systemverhalten bestimmt werden, beispielsweise kann das Vorhandensein von bewegter Luft benutzt werden, oder auch die Abschaltung eines Kompressionskältesubsystems, welches aufgrund eines nicht angesteuerten Ventilators am Verflüssiger oder Verdampfer eine Systemstörung erfährt.
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Erfindungsgemäß wird hierzu eine Vorrichtung zur Positionserfassung des Einbauortes von Slave-Einheiten in einem Betriebsbereich einer Anlage umfassend eine Anzahl i an benachbarten Betriebsbereichen jeweils aufweisend eine Slave-Einheit vorgeschlagen, wobei jeder Betriebsbereich im Betrieb der Anlage jeweils einen vorbestimmten physikalischen Zustand aufweisen soll, wozu die einzelnen Slave-Einheiten eine Betriebsfunktion zum Erzielen oder Verändern des physikalischen Zustands in dem betreffenden Betriebsbereich der Anlage aufweisen oder zu diesem Zweck bereitstellen und wobei im betreffenden Betriebsbereich jeweils ein Sensor vorgesehen ist, um eine dem physikalischen Zustand proportionale Messgröße zu erfassen, mit den folgenden Schritten:
- a. Vergabe oder Ermitteln der Netzwerkadresse wenigstens einer Slave-Einheit mittels eines Autoadressierungsverfahrens (vorzugsweise eines Seriennummerbezogenen Adressierverfahrens);
- b. Aktivieren oder Verändern der Betriebsfunktion jeweils dieser Slave-Einheit zum Erzielen oder Verändern des physikalischen Zustands in dem betreffenden Betriebsbereich;
- c. Erfassen einer detektierbaren physikalischen Zustandsänderung in dem oder den Betriebsbereichen durch Messen der jeweiligen Messgrößen, die dem jeweiligen Zustand korrespondiert und zwar in Abhängigkeit der Zeit mittels der Sensoren;
- d. Zuordnen des erfassten Einbauortes aus einer Anzahl vorhandener Einbauorte aus der oder den Messgrößen insbesondere aus derjenigen Messgröße mit der größten gemessenen Änderung zu der Netzwerkadresse der aktivierten Slave-Einheit.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die zuvor genannten Schritte a) bis d) sukzessive wiederholt werden, bis alle Einbauorte und damit Betriebsbereiche der Slave-Einheiten den jeweiligen Netzwerkadressen dieser Slave-Einheiten zugeordnet sind.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn bei der sukzessiven Vergabe der Netzwerkadressen die Netzwerkadressvergabe der jeweils nächsten Slave-Einheit um jeweils den Faktor „1“ erhöht wird, vorzugsweise beginnend mit N1=1 bis Ni=i.
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Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, wenn eine Identifikation jeder Slave-Einheit ferner über eine Datenzuordnungstabelle enthaltend die individuelle Seriennummer jeder Slave-Einheit und die dieser Seriennummer zugewiesene Netzwerkadresse erfolgt. Sofern in Schritt a) eine Netzwerkadresse nicht vorhanden ist, kann mittels eines Adressierverfahrens entsprechend einer gespeicherten Tupel eine Adressierung erfolgen, so dass die betreffende Slave-Einheit eine eindeutige Adresse erhält.
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Je nach Applikation können die Slave-Einheiten zum Beispiel Ventilatoren, vorzugsweise Ventilatoren mit regelbarer Drehzahl sein.
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Es kann weiter mit Vorteil vorgesehen sein, dass vor dem zuvor genannten Schritt b) zunächst alle Slave-Einheiten aktiviert werden, um einen bestimmten physikalischen Zustand in den Betriebsbereichen der Anlage zu erzielen, insbesondere einen Zustand in einem thermodynamischen Gleichgewicht. Am Beispiel einer Kühlanlage mit unterschiedlichen Kühlbereichen als Betriebsbereiche wird hierzu die Kühlanlage in Betrieb genommen und die Ventilatoren alle mit gleicher Drehzahl betrieben, um die gewünschte Temperatur in den einzelnen Kühlbereichen einzustellen.
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In einem weiteren Schritt ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass nach Erreichen eines bestimmten Zustandes oder des thermodynamischen Gleichgewichts die jeweiligen von den Sensoren erfassten Messgrößen (zum Beispiel die Temperaturen in den unterschiedlichen Kühlbereichen) in einem Speicher gespeichert werden.
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In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Schritt b) nach Erreichen eines bestimmten Zustandes oder des thermodynamischen Gleichgewichts in den mehreren Betriebsbereichen (zum Beispiel Kühlbereichen) der Anlage die Betriebsfunktion derjenigen Slave-Einheit (z. B. die Drehzahl des betreffenden Ventilators) deren Einbauort bestimmt werden soll, wieder deaktiviert oder verändert wird.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Schritt b) nach Erreichen eines bestimmten physikalischen Zustandes oder des thermodynamischen Gleichgewichts in den jeweiligen Betriebsbereichen der Anlage alle Slave-Einheiten (zum Beispiel alle Ventilatoren) bis auf diejenige Slave-Einheit (derjenige Ventilator) deren Einbauort ermittelt werden soll, wieder deaktiviert werden. Da es eine bekannte Anzahl an vorhandenen Einbauorten gibt, an denen sich die Ventilatoren bzw. Slave-Einheiten befinden können, kann man für jeden Einbauort auch repräsentativ eine den Einbauort repräsentierende Positionsnummer oder Positionsinformation verwenden, wie z. B. POS1, Pos2, ... Posi.
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Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Messgröße zum Erfassen des physikalischen, insbesondere thermischen Zustands in dem betreffenden Betriebsbereich der Anlage die Temperatur ist und die Sensoren entsprechend zur Erfassung der Temperatur ausgebildet sind.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Positionserfassungsvorrichtung zur Erfassung des Einbauortes von Slave-Einheiten in einem Betriebsbereich einer Anlage, umfassend eine Anzahl i an benachbarten Betriebsbereichen jeweils aufweisend eine Slave-Einheit, wobei die einzelnen Slave-Einheiten veränderbare Betriebsfunktion zum Erzielen oder Verändern des physikalischen Zustands in dem betreffenden Betriebsbereich der Anlage aufweisen und wobei im betreffenden Betriebsbereich jeweils ein Sensor vorgesehen ist, um eine dem physikalischen Zustand in dem betreffenden Betriebsbereich proportionale Messgröße zu erfassen und eine Erfassungseinrichtung vorgesehen ist, um beim Aktivieren oder Verändern der Betriebsfunktion wenigstens einer Slave-Einheit aus der zeitlichen Änderung der Messgrößen den Einbauortes dieser Slave-Einheit zu ermitteln.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Positionserfassungsvorrichtung und
- 2 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Positionserfassungsverfahrens.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hinweisen.
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In der 1 ist hierzu eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Positionserfassungsvorrichtung 1 in einer Kühlanlage A gezeigt. Die Anlage A umfasst eine Anzahl i = 4 benachbarte Betriebsbereichen A1, ..., A4 nämlich die sogenannten Kühlsegmente. In jedem Kühlsegment A1, ..., A4 befindet sich eine Slave-Einheit SE1, ..., SE4 an ihrem Einbauort F1, ..., F4. Die Slave-Einheiten sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Ventilatoren mit einstellbarer Drehzahl.
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Jeder Betriebsbereich A1, ..., A4 soll bestimmungsgemäß im ungestörten Betrieb der Kühlanlage A jeweils einen vorbestimmten physikalischen Zustand, nämlich eine bestimmte Betriebstemperatur aufweisen. Zum Regeln der Betriebstemperatur in den einzelnen Betriebsbereichen A1, ..., A4 dienen die Ventilatoren. Eine Betriebsfunktion der Ventilatoren ist ihr Lüftungsbetrieb, der von der Drehzahl abhängig stärker oder schwächer wirkt.
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Mittels dieser Betriebsfunktion lässt sich der physikalische Zustand und zwar das Maß der thermischen Energie (analog der Temperatur) in dem betreffenden Betriebsbereich der Anlage Regeln, wobei im betreffenden Betriebsbereich A1, ..., A4 jeweils ein Temperatursensor S1, ..., S4 vorgesehen ist. Jeder dieser Sensoren S1, ..., S4 ist demnach einem ganz bestimmten Betriebsbereich A1, ..., A4 zugeordnet. Mit jedem Temperatursensor ist es möglich, eine dem physikalischen Zustand in diesem Betriebsbereich d. h. in diesem Kühlsegment proportionale Messgröße (nämlich die Temperatur T) zu erfassen. Ferner umfasst die Positionserfassungsvorrichtung 1 eine Auswerteeinrichtung 10, um beim Aktivieren oder Verändern der Betriebsfunktion, sprich der Drehzahl wenigstens eines Ventilators aus der zeitlichen Änderung der Temperatur den Einbauortes dieser Slave-Einheit d. h. dieses Ventilators zu ermitteln. Mit der dargestellten Vorrichtung kann selbstverständlich bei geeigneter Auslegung der Auswerte Einrichtung auch aus den Gradienten mehrerer Temperaturveränderungen infolge der Drehzahländerung mehrerer Ventilatoren ebenfalls ein Rückschluss auf den Einbauort eines derjenigen Ventilatoren geschlossen werden, dessen Drehzahländerung angesteuert wurde.
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In der 2 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Positionserfassungsverfahrens dargestellt. Zu Beginn des Verfahrens erfolgt ein Auto Adressierungsverfahren zum Adressieren der Ventilatoren. Im Anschluss wird die Kühlanlage A (wie in 1 gezeigt) in Betrieb genommen in dem die 4 Ventilatoren aktiviert und mit einer bestimmten Drehzahl betrieben werden.
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In einem nachfolgenden Schritt erfolgt die Messung und zwischen Speicherung der mittels der Sensoren erfassten Sensorwerten d. h. Messwerte insbesondere nach Erreichen des thermodynamischen Gleichgewicht. Nun erfolgt das Adressierungsverfahren. Sofern eine Adresse eines angesprochenen Ventilators vorhanden ist, erfolgt die Veränderung dessen Drehzahl. Im Anschluss wird mittels der Auswerte-Einrichtung 10 die Änderung der Messwerte, sprich Sensorwerte erfasst. Ferner wird mittels der Auswerte-Einrichtung 10 derjenige Sensor S1,..., S4 mit der größten Änderung (entweder im Absolutwert oder im Gradienten) ermittelt. Da, wie zuvor erläutert, jedem Sensor S1,..., S4 konkret ein Kühlsegment A1, ..., A4 zugeordnet ist lässt sich somit der Einbauort F1, ..., F4 konkret über die Änderung der Messdaten indirekt erfassen. Das Ergebnis kann zum Beispiel in einer Zuordnungstabelle gespeichert werden sodass eine klare Zuordnung zwischen der Position und der Adresse jedes Ventilators erhalten wird. Nachdem für den besagten Ventilator gemäß dem beschriebenen Verfahren dessen Position bestimmt wurde, wird dessen Drehzahl wieder zurückgesetzt. Wie mit dem rekursiven Pfeil der 2 angedeutet, werden diese Schritte so lange wiederholt, bis der Einbauort aller Ventilatoren (im vorliegenden Ausführungsbeispiel der 4 Ventilatoren) bestimmt ist.
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Wird der Einbauort in der Anlage A durch eine Positionsinformation Pos1, Pos2,..:, Posi repräsentiert, so wird am Ende eine Information erzielt, die jedem Ventilator SEi der i Ventilatoren eine Position Posi zuweist wie z. B. SE1 an Pos3, SE2 an Pos7, usw.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10336301 A1 [0004]
- EP 2287689 [0004]
