DE2822938C2 - Steuerungs- und Überwachungseinrichtung für eine aus mehreren Geräten bestehende elektrisch betriebene Anlage - Google Patents
Steuerungs- und Überwachungseinrichtung für eine aus mehreren Geräten bestehende elektrisch betriebene AnlageInfo
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- DE2822938C2 DE2822938C2 DE19782822938 DE2822938A DE2822938C2 DE 2822938 C2 DE2822938 C2 DE 2822938C2 DE 19782822938 DE19782822938 DE 19782822938 DE 2822938 A DE2822938 A DE 2822938A DE 2822938 C2 DE2822938 C2 DE 2822938C2
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- H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
- H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
- H05K7/1424—Card cages
- H05K7/1425—Card cages of standardised dimensions, e.g. 19"-subrack
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Description
zeigen, wo die Aus-Taste mechanisch anders konstruiert ist als die Ein-Taste.
deich konstruiert sind dagegen die in den beiden genannten österreichischen Patentschriften mit »Sender«
und »Empfänger« bezeichneten Datenschnittstellen, die Adressiereinheiter: enthalten, die auf eine
bestimmte Adresse einstellbar sein können, siehe S. 3, Zeilen 25 bis 29 der AT-PS 2 88 533.
Wie auf Seile 4, Zeilen 53 bis 56 außerdem gesagt wird, ist es günstig, wenn die einzelnen Einschöbe (die
hinsichtlich der Bestückung mit Schützen, Signalhörnern, Signallampen usw. unterschiedlich aufgebaut sind)
jeweils gleichartig Datenschnittstelleneinrichtungen und Adressiereinrichtungen (in der Druckschrift mit
Sender, Empfänger, Adresseneinheit und Auswerter bezeichnet) aufweisen, um auf diese Weise zu
ermöglichen, jeden Einschub an beliebiger Stelle einsetzen zu können, wobei lediglich die Adressierung
verändert zu werden braucht.
Gegenüber älteren Konstruktionen weist der Gegenstand
dieser österreichischen Patentschrift daher schon bereits viele Vorteile auf. Nachteilig ist jec:och immer
noch, daß die einzelnen Einschöbe nicht völlig identisch
sind, da die an die Datenschnittstelle angeschlossenen Einrichtungen, wie Betätigungstaste oder Signaleinrichtung,
auf den einzelnen Einschüben durchaus unterschiedliche Konstruktion besitzen, beispielsweise eine
Aus-Taste, eine Ein-Taste oder eine Signallampe darstellen. Besonders nachteilig ist jedoch der kabelaufwendige
Zentralbetrieb, der nicht zu umgehen ist. j<>
Die bekannte Steuerungs- und Überwachungseinrichtung ist somit immer noch recht kostenaufwendig, da
eine Serienfertigung für die einzelnen Einschöbe nicht oder doch nur in begrenztem Umfang möglich ist und
außerdem hohe Verkablungskosten entstehen. r>
Ähnliche Steuerungs- und Überwachungseinrichtungen sind auch aus anderen Druckschriften bekannt. In
einem Prospekt der Fa. SCS-Control vom Mai 1976 wird
ein Steuerungssystem beschrieben, das für eine Klimaanlage vorgesehen ist und von einem zentralen ad
Schaltschrank aus die verschiedenen Geräte der Klimaanlage, wie Zuluftventilator, Abl-iftventilator,
Klappenmotoren für Frischluftklappen. Wäscherpumpe und dgl. steuert und überwacht. In dem zentral
angeordneten Schaltschrank befinden sich Einschöbe, r> auf deren Vorderseite mehrere Bedienungsknöpfe und
Signallampen angeordnet sind, die mit entsprechenden elektronischen Schaltungen verbunden sind, die sich auf
gedruckten Leiterplatten befinden.
Sowohl die Anzahl uer Signallampen als auch der in
Knöpfe wie auch die Schaltung der Elektronik auf den Steuertafeln ist von Einscnub zu Einschub unterschiedlich,
je nachdem was für ein Gerät von dem Einschub zu steuern und zu überwachen ist. So gibt es u. a. zwei
Typen von »Anlagekarten«, zwei Typen von »Steuer- v,
karten«, nämlich »Relaiskarten« und »Schaltkarten«, von denen jeweils wieder zahlreiche Varianten vorhanden
sind. Schließlich sind noch Hilfskarten vorgesehen, wie »Vervielfacherkarten« und »Zeitreiaiskarten«.
Mit dem System lassen sich allerdings alle Steue- bo
rungsfunktionen verwirklichen. Das Erfordernis, eine große Zahl von verschiedenartigen Einschüben vorzusehen,
erschwert aber die Planung wie auch den Aufbau des S'.euerungssystems ganz erheblich, insbesondere ist
die Verdrahtung eier einzelnen Bausteine untereinander genau zu planen und auszuführen.
Ganz ähnliche Nachteile weist auch eine Steuerungs-,
Melde- und Überwachungsanlage für Antriebe in Klima-, Heizungs-, Lüftungs-, Forder- und Aufbereitungsanlagen
auf, die von der Firma KIöckner-Moeller
in einem aus dem März 1977 stammenden Prospekt G 27-2043 beschrieben wird. Gleiches gilt auch für ein
Steuersystem der Firma Klaus J. Seil & Co. KG in Rotenburg, siehe deren aus dem Januar 1976 stammenden
Prospekt betreffend »Selcomatic 4000«, Seiten BG 1, BG i L, BG 2 bis BG 20.
Auch das Steuersystem GEAZENTST der Firma AEG weist diese Vielzahl von Bausteinen auf, so wird
zwischen 6 verschiedenen Reihen von Steuerbausteinen, 11 unterschiedlichen Serien von Zusatzbausteinen,
2 Meldebausteinen und verschiedenen Bedienungs- und Überwachungsgeräten, Leistungsbaugruppen und weiteren
Baueinheiten unterschieden, siehe den vom 1. Feb. 1976 stammenden Prospekt »Gebäudeleittechnik A
150«.
Schließlich ist auch ein System der Firma Eberle aus
den unterschiedlichsten Einschubkarten aufgebaut, siehe den Prospekt »EBERLE HKI 110« aus dem Jahre
1977.
Mit den genannten Steuerbausteinen lassen sich zwar Steuerungs- und Überwachungseinrichtungen jeder Art
aufbauen, jedoch ist die Planung und die Anzahl der benötigten unterschiedlichen Bausteine mit einem
beachtlichen Aufwand verbunden. Zudem erfordert der Aufbau vom Planer genaue Detailkenntnisse. Außerdem
sind Funktionsänderungen in der fertigen Anlage nur durch Verdrahtungsänderungen zu verwirklichen.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Steuerungs- und Überwachungseinrichtung der eingangs
genannten Art, die dezentralen Betrieb ermöglicht und gegenüber dem eingangs genannten Stand der
Technik noch einfacher geplant und aufgebaut werden kann und dadurch noch wesentlich kostengünstiger ist
als die aus der österreichischen Patentschrift bekannte Anordnung.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die Geräte dezentral angeordnet sind und die Zentraleinheit
mehrere, jeweils mit mehreren Leuchtdrucktasten vf .sehene und in einem Gehäuse einsteckbare Steckkarten
umfaßt, daß die Steckkarten identischen Aufbau besitzen und mit ihren Steckanschlüssen parallel
miteinander verbunden sind, und daß die Funktion der Leuchtdrucktasten durch auf der Steckkarte befindliche
Codierschalter oder durch einen mit den Steckkarten in Verbindung stehenden Mikroprozessor festlegbar ist.
Durch diese Maßnahmen wird eine noch weitergehende Vereinheitlichung der Steuerungs- und Überwachungseinrichtung
erreicht, indem diese Einrichtung praktisch neben einem Gehäuse nur noch zueinander
identische Steckkarten aufweist, eventuell ergänzt durrh einen Mikroprozessor, falls Codierschalter nicht
verwendet werden. Außerdem läßt sich dezentrale Betriebsweise verwirklichen, wodurch meist hohe
Verkabelungskosten eingespart werden können. Dieser letztgenannte Vorteil ergibt sich z. B. dadurch, daß die
Geräte, also insbesondere motorische Antriebe, aber auch Meßfühler, Jrenzschalter und dgl. zusammen mit
ihrer jeweiligen zugeordneten Datenschnittstelle die aufzunehmenden oder abzugebenden Daten auch
speichern können, so daß diese sich von Jer eine Schaltoder Anzeigetafel bildenden Zentraleinheit sowie auch
voneinander räumlich entfernt anordnen lassen. Dies trifft für die aus der AT-PS 2 88 533 bekannte
Anordnung nicht zu, vielmehr sind dort die einzelnen Geräte in vorfabrizierten Einschüben enthalten, die
ihrerseits in Gehäuse eingeschoben werden und
dadurch die individuell aufgebaute Schalttafel bilden.
Mit dieser Schalttafel sind dann die von der Schalttafel aus zu steuernden Geräte einzeln verbunden, d. h., daß
beispielsweise ein Motor seine Antriebsenergie über einen Schütz erhält, der in der Schalttafel gemäß der
Druckschrift angeordnet ist. Dieser beim Stand der Technik notwendige Kabelbedarf ergibt sich, weil von
der die Zentrale bildenden Schalttafel zu jedem zu steuernden Motor eine Energieversorgungsleitung
sowie eventuell noch zusätzliche Temperatur-Meßfühlleitungen und dgl. geführt werden müssen.
Wird dagegen die erfindungsgemäße Anordnung
gewählt und z. B. gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung (Anspruch 2) die Anordnung einer gemeinsamen
Stern- oder Ringleitung nicht auf die Schalttafel selbst begrenzt, wie beim Stand der Technik, sondern werden
vielmehr die Datenschnittstellen der einzelnen zu steuernden Geräte aus der Zentrale herausgenommen
und dezentralisier; an den einzelne" Geräten angeordnet,
was erst die Merkmale des Hauptanspruchs ermöglichen, läßt sich der Aufwand für Verkabelung
drastisch reduzieren. Weitere Kosteneinsparungen ergeben sieh dadurch, daß die einzelnen Steckkarten
einen identischen Aufbau besitzen und dadurch in Serienfertigung hergestellt und dadurch erheblich
billiger gemacht werden, können, als es bei den bislang verwendeten Steuerbausteinen der Fall ist, die ganz
unterschiedliche Konstruktion besitzen und daher nur in kleinen Serien geplant und gefertigt werden können. Ein
weiterer Vorteil liegt tiarin, daß alle Steckkarten zueinander parallel geschaltet werden, so daß die
Verdrahtung außerordentlich vereinfacht und sogar ganz durch Flachbandkabel ersetzt weiden kann. Um
bei Anwendung eines Mikroprozessors die einzelnen Steckkarten identifizierbar zu machen, könnte — wie es
z.B. bei der CH-PS 2 88 533 geschieht - eine entsprechende gespeicherte Codierung voreesehen
werden, wenn man es nichl vorzieht, auf eine
vollständige Parallelschaltung der einzelnen Steckkarten zu verzichten und die Identifizierbarkeit dadurch zu
erreichen, daß die einzelnen Steckfassungen durch ihre Verdrahtung oder sonstige elektrische Merkmale
voneinander unterscheidbar werden.
Die trotz des identischen Aufbaus aller Steckkarten erreichbare unterschiedliche Funktion der auf der
Steckkarte angeordneten Leuchtdrucktasten, also die Festlegung, ob eine bestimmte Taste von z. B. fünf auf
der Steckkarte angeordneten Leuchtdrucktasten eine Einschalttaste, eine Ausschalttaste oder gar eine
Leuchtanzeige ist. wird entweder durch eine auf der Steckkarte befindliche Codierschaltereinrichtung festgelegt,
oder aber durch den mit der Steckkarte in Verbindung stehenden Mikroprozessor. Dies hat noch
den weiteren Vorteil, daß die Funktion der einzelnen Steckkarten auch noch am Einsatzort ohne Probleme
geändert werden kann.
Da gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Leuchtdrucktasten duren einlegbare Beschriftungen
kennzeichenbar sind, läßt sich eine derartige Funktionsänderung im Feld auch in dieser Hinsicht problemlos
kennzeichnen.
Um die Anlage möglichst kompakt zu gestalten, wird gemäß einer noch anderen Ausführungsform der
Mikroprozessor mit dem gleichen äußeren Aufbau wie die Steckkarten vorgesehen, so daß er zusammen mit
mehreren Steckkarten — vorzugsweise sieben Steckkarten — in einer üblichen, insbesondere für Europakartenformat
ausgelegten 19"-Steckgehäuse untergebracht
werden kann.
Zur galvanischen Trennung der Steuerungsanlage von dem übrigen Anlagenteil ist es günstig, wenn
zwischen der Steuerungs- und Überwachungseinrichtung und der elektrisch betriebenen Anlage ein zur
galvanischen Trennung dienender Optokoppler vorgesehen ist, also ein Koppler, der die elektrischen Signale
zunächst in Lichtsignale umwandelt, die dann anschließend wieder in elektrische Signale zurückverwandelt
ίο werden.
Die erfindungsgemäße Steuerungs- und Überwachungseinrichtung läßt sich besonders günstig bei einer
Klimaanlage, bei einer Lüftungsanlage und bei einer Heizungsanlage einsetzen.
Bei diesen Anlagen ist die Einrichtung deshalb besonders geeignet, weil sie zum einen besonders hohen
Verkabelungsaufwand erfordern, nämlich sowohl Kabel für die Energiezufuhr, wie auch für die Steuerung und
für die ZuEtandsda'.cncrniiiiliinij. So ist beispielsweise in
_'o diesen Anwendungsfällen umfangsreicher Steuerungsund
Überwachungsdatentransfer von der Steuerungsund Überwachungseinrichtung zu den einzelnen Anlagenteilen
notwendig, was z. B. über eine Ringleitung erfolgt, wobei jedes einzelne Gerät der Anlage einen
:5 Befehhspeicher aufweist, um z. B. vom Mikroprozessor
übermittelte digitale Bcfehlsdaten bis zur Ausführung des Befehls z. B. mit Hilfe von nachgeschalteten
Schaltsc "\i\lzen oder dgl. zu speichern, wie es auch
zweckmäßig ist, an dem angeschlossenen Gerät einen
j» Betriebszustandsspeicher vorzusehen, um auf Abruf
durch z. B. den Mikroprozessor in diesem Speicher gespeicherte digitale Zustandsdaten wie Schalterstellungen.
Temperatur. Druck, Phasenwinkel und dgl. an die Steuerungs- und Überwachungseinrichtung, also
z. B. insbesondere an dessen Mikroprozessor zu melden.
Ein derartiger Mikroprozessor ist dann zweckmäßigerweise so aufgebaut, daß er zum aufeinanderfolgenden
Abrufen aller Daten der an der Ringleitung angeschlossenen Betriebszustandspeicher in der Lage ist. Diese
Anordnung vereinfacht die Verkabelung deshalb, weil die einzelnen Zustandssignale nicht parallel dem
Mikroprozessor zugeführt werden brauchen, sondern die Zufuhr in zeitlicher Aufeinanderfolge durchgeführt
wird und dadurch eine gemeinsame Ringleitung ausreicht.
Als zu verwendender Mikroprozessor genügt ein sehr einfacher I-Bit-Prozessor, da vom Prozessor eigentliche
Rechenfunktionen — abgesehen möglicherweise von Vergleichsfunktionen zum Vergleich von abgerufenen
Daten mit im Mikroprozessor gespeicherten Sollwertdaten.
um bei Abweichungen ein zugehöriges S.euerprogramm auszulösen — nicht ausgeführt werden
brauchen. Ein derartiger 1-Bit-Prozessor läßt sich in
sehr einfacher Weise programmieren, da es sich dabei
um eine reine Ablaufsteuerung handelt.
Durch den Einsatz eines Mikroprozessors für die Steuerung wird es auch möglich, den Leistungsteil eines
Schaltschrankes zu dezentralisieren. So kann eine Kraftstromringleitung in entsprechender Größe in
Form einer Verkabelung oder in Form eines marktgängigen Sammelschienensystems installiert werden, jeder
Verbraucher der Anlage wird direkt von dieser Ringleitung gespeist und erhält zu diesem Zweck vor
Ort einen Schaltkasten, in dem entsprechende Sicherungen, Leistungsschütze. Überstromauslöser, ein Steuerschalter
sowie eine Meldelampe für diese Verbraucher eirjebaut sind. Parallel zu dieser Kraftstromringleitung
liegt dann die bereits erwähnte Datenleitung zu
Steuerung und Überwachung. Im Schaltkasten des Verbrauchers befindet sich dann der ebenfalls bereits
erwähnte Befehlsspeicher, der die Signale der Datenleitung
verarbeiten kann.
Neben den bereits erwähnten Anwendungsbeispielen ist eine Anwendung auch bei Förderanlagen möglich,
aber auch bei der Steuerung von Aufbereitungsanlagen, Sari/.jranlagen, Beleuchtungsanlagen usw.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen
dargestellt sind. Es zeigt
F i g. I eine aus mehreren Steckkarten sowie einem Mikroprozessor bestehende Steuereinheit;
F i g. 2 in perspektivischer Ansicht eine der Steckkarten
der Steuereinheit gemäß Fig. 1 mit fünf Leuchttasten und Mikroschaltergruppen zur Funktionsfestlegung
der Leuchtlasten;
F i g. 3 schemalisch eine von der in F i g. I dargestellten Steuereinheit steuerbare und überwachbare Klimaanlage,
welche aus den zu steuernden und zu überwachenden Antrieben besteht, einschließlich der
Verriegelungskriterien: Brandschutzklappen, Frostschutz, Luftstromüberwachung. Motorschutz: und
Fig. 4 schematisch eine über eine Ringleitung gesteuerte und überwachte Klimaanlage; und
F i g. 5 die eingangs erläuterte Schaltung des Standes
der Technik.
In Fig. I ist in perspektivischer Ansicht eine Steuereinheit IO dargestellt, die aus einem 19"-Normgehäuse
für Europasteckkartenformat besteht, in welches sieben gleichartige Steckkarten 12, eine ist in Fig. 2
perspektivisch in größeren Einzelheiten dargestellt, sowie eine Mikroprozessorkarte 14 eingesteckt sind.
Die Steuereinheit 10 kann. ggf. mit weiteren Steuereinheiten, in üblicher Weise in einem Schaltschrank,
nicht dargestellt, untergebracht werden, der ailQorHgm Alt* cnntl nnpli (V*r ΛΊ** Ctoiiarnnn Aar Anlina
erforderlichen Elemente enthält, wie Netzeinspeisung. Überwachungsmeßgeräte, Leistungsschütze, Hilfsleistungsschütze,
Verriegdungseinrichtungen u. dgl.
Für z. B. die in F i g. 3 dargestellte Klimaanlage würden z. B. zwei Steuerkarten ausreichen, um folgende
Geräte der Klimaanlage zu überwachen bzw. zu steuern: Verstellmotor des Filiers 16, Motor des
Zuluftventilators 18(z. B. in der Formeines Führungsantriebs),
Betätigung der Brandschutzklappe 20, Pumpe des Luftvorerhitzers 22. Motorkompressor des Luftkühlers
24, Frostschutzthermostat 26, Pumpe der Düsenkammer 28 (Wascher). Pumpe des Luftnacherhitzers 30,
Luftstromüberwachung 32, Motoren des Umluftventilators 34 und des Abluftventilators 36 (arbeitet z. B. als
Folgeantrieb), welche beiden Ventilatoren mit dem zu belüftenden Raum 38 in Verbindung stehen, schließlich
eine Brandschutzklappe 40, die hinter dem Umluftventilator, wo die Umluft zur Wärmerückgewinnung
zurückgeführt wird, und hinter dem Abluftventilator, aus dem die Fortluft austritt, angeordnet sind.
Des weiteren sind noch (in F i g. 3 nicht im einzelnen dargestellt) Überwachungsstellen für z. B. Druck,
Temperatur, Durchströmungsgeschwindigkeit u. dgl. möglich, sofern es sich um 2-Punkt-Signale und nicht um
Analogsignale handelt.
Der in F i g. 1 dargestellte Steuerbaustein 10 besteht aus sieben Steckkarten oder Einschüben 12 mit jeweils
fünf Leuchtdrucktasten 42, wobei jede einzelne
Drucktaste 42 einer bestimmten Funktion zugeordnet ist, die durch eine entsprechende Leuchtbeschriftung auf
den einzelnen Drucktasten vermerkt werden kann.
Dieser Vermerk kann beispielsweise durch eine sehr einfach herstellbare Papiereinlage erfolgen, während es
bisher üblich war, durch entsprechende Gravuren oder Aufkleber die Steuereinheiten zu beschriften, was sehr
aufwendig ist.
Um eine Anpassung an die verschiedenen Steuer- und Überwachungsaufgaben zu ermöglichen, lassen sich die
Drucktasten über ein Codiersystem so programmieren, daß die Leuchtdrucktaster 42 entweder nur als
ίο Signallampe, als Einzeldrucktaster oder als Einschaltsignalgeber
für bis zu fünf Stufen arbeiten kann. Das Codiersystem kann dabei vorzugsweise aus Gruppen
von Miniaturschaltern 44 bestehen, die auf der Platine z. B. aufsteckbar oder auflötbar sind. Die Programmie-
Ii rung kann insbesondere derart erfolgen, daß durch ein
einmaliges Niederdrücken einer der fünf Tasten ein Einschaltbefehl gegeben wird, während die Ausschaltung
durch nochmaliges Betätigen dieser Taste bewirkt wird. Auf diese Weise könnten z. B. mit Hiife einer
Steckkarte bis zu fünf Motore betätigt (eingeschaltet und ausgeschaltet) werden. Sind für einen Motor
mehrere Tasten nötig, beispielsweise, wenn dieser verschiedene wählbare Drehzahlen aufweist (beispielsweise
Automatik — Drehzahl 1 — Drehzahl 2), kann man den Tasten auch eine gegenseitige Auslösung
zuordnen.
In dem in Fig. 1 dargestellten 19"-Rahmen. in dem
neben dem Mikroprozessor 14 noch sieben Steuerkarten 12 einsteckbar sind, lassen sich somit bis zu
jo fünfunddreißig Funktionen unterbringen, die entweder
Anzeigeeinrichtungen oder Einschalteinrichtungen darstellen. Der achte Steckplatz des Normgehäuses 12
wird, wie bereits erwähnt, durch den Mikroprozessor eingenommen, der vorzugsweise ein sehr preiswerter
1 -Bit-Mikroprozessor ist.
Die Verbindung der einzelnen Steckkarten unterein-
nn/lnr ot*fr%I.vl Anliua/^Ar liVvöi* ame aoHril^l/Ia I OitAfnlattA
auf der Rückseite des Trägerrahmens des Bausteins 10,
wobei die gedruckte Leiterplatte mit insgesamt z. B.
acht Stecküockeln 46 auf der einen Seite bestückt ist, in
die die Kontaktstifte entsprechender Steckstiftleisten 48 der einzelnen Steckkarten eingesteckt werden können,
wobei z. B. eine Steckstiftleiste 31 Kontaktstifte aufweist, oder über die bereits erwähnten Flachbandkabei.
Auf der Rückseite der gedruckten Leiterplatte der Steuereinheit 10 befinden sich Stecker für die
Querverbindung von mehreren Systemen untereinander sowie zur Verbindung mit weiteren Teilen des
Schaltschrankes, beispielsweise Dateneingabe- und D-uenausgabeteil, die sich auf der Montageplatte des
Schaltschrankes befinden können. Die Eingabe und die Ausgabe von Daten erfolgt zweckmäßigerweise über
Einrichtungen, die eine galvanische Trennung bewirken, wobei insbesondere eine optische Entkopplung mit
Hilfe von sogenannten »Optokopplern« zweckmäßig ist. Durch die galvanische Trennung wird verhindert,
daß in der zu steuernden und zu überwachenden Anlage auftretende Störimpulse und Brummeinstreuungen in
die Elektronik des Steuerbausteins störend einfließen. Aus dem gleichen Grunde ist es zweckmäßig, wenn der
Schaltschrank für die Steuerbausteine eine eigene Netzversorgung besitzt, so daß auch hier Fremdspannungen
von dem Steuerungssystem ferngehalten werden.
Per in Fig.2 dargestellte Steuerbaustein in Form
einer Steckkarte 12 ist mit nicht näher dargestellten elektronischen Schaltungen auf einer Druckplatte 50
versehen, die bei allen Steckkarten identisch sind. Ebenso weisen alle Steckkarten die dargestellten Fünf
Leuchttasten auf, wobei die Leuchttasten, wie bereits ausgeführt, je nach Einstellung der Miniaturschaltergruppe
44 unterschiedliche Funktion haben.
Die Steckkartenelektronik umfaßt insbesondere Befehlsspeicher tür Speicherung von eingetasteten Befehlsdaten,
so daß vorteilhafterweise statt Arbeits- und Ruhekontaktschaltern (Stand der Technik) die viel
einfacheren und betriebssicheren Taster verwendet werden können.
Des weiteren sind »Störungsspeicher« vorhanden, die bei Empfang eines eine Störung anzeigenden Datenimpulses
oder bei z. B. Abweichung von Istwerten von den Sollwertbereichen an zugehörige Leuchttasten ein
rhythmisches Aufleuchten (Blinken) bewirken und so die Aufmerksamkeit der Bedienung erregen.
Die Funktion der einzelnen Steckkarten, die beispielsweise mehrere integrierte Bausteine aufweisen können,
wird von dem I-Bit-Mikroprozessor 14 festgelegt, der
nach außen hin ebenfalls die Form einer Steckkarte hat und mit einer Steckstiftleiste 48 in einem Stecksockel 46
eingesteckt ist. wobei die einzelnen Stifte der jeweiligen Stecksockel jeweils zueinander parallelgeschaltet sind,
was die Verdrahtung sehr erleichtert. Um trotzdem die Vielzahl der Steuerungsmöglichkeiten ausnutzen zu
können, arbeitet der Mikroprozessor in der Weise, daß er die einzelnen Steckkarlen und damit auch die
zugehörigen Geräte der Anlage in zv'illicher Aufeinanderfolge
steuert bzw. abfragt ('/,elinuiltiplexbetrieb). Zu
diesem Zweck besitzt der im libnijen herkömmlich
aufgebaute Mikroprozessor einen Taktgeber sowie entsprechende Steuerungs- und Speichereinrichtungen,
um die einzelnen Steuerkarten bzw. Außengeräte aufeinanderfolgend abzufragen bzw. zu steuern. Der
Mikroprozessor enthält auch eingespeicherte Unterprogramme, um z. B. beim Auftreten einer Abweichung
eines Istwertes von einem bestimmten Sollwert Steuerungen vorzunehmen, die ein Warnsignal zum
Aufleuchten bringen. Falls die Anlage eine Regeleinrichtung besitzt, könnt? diese von dem Mikroprozessor
Schaltbefehle erhalten, durch die ein Zurückführen des Istwertes in den Sollwertbereich veranlaßt wird.
Die soweit beschriebene Anlage kann so ausgeführt werden, daß von einem zentralen Schaltschrank aus
Versorgungs- und/oder Datenleitungen zu den einzelnen Anlagenteilen laufen, d. h„ daß ein zentrales System
vorliegt.
Ein besonderer Vorzug der erfindungsgeniäßen Steuerungs- und Überwachungseinrichtung besteht
jedoch darin, daß die Systemsteuerung auch dezentral mit Hilfe von einer oder auch mehreren Ringleitungen
ausgeführt werden kann, wodurch sich eine erhebliche Vereinfachung der Verkabelung ergibt. Ein weiterer
Vorteil liegt darin, daß nur noch ein kleiner Schaltschrank benötigt wird, dessen Gehäuse serienweise
gefertigt werden kann, da keine Anpassung mehr an die einzelnen Anlagenformen erforderlich ist. Um die
dezentrale Steuerung zu verwirklichen, ist gemäß der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform der Schaltschrank
52 nur noch mit einer Leistungseinspeisung 54, beispielsweise Drehstrom 3 · 380 V, versehen, die über
einen Hauptschalter 56 und Sicherungselementen 58 den Ausgang 60 und den Eingang 62 der Drehstromversorgungsringieitung
speist. Außerdem isi im Schaltschrank die erforderliche Anzahl von Steuerbausteinen
10 vorhanden, wobei ein einziger Steuerbaustein 10 bei einer Anlage, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, ausreichen
v/ürde.
Die Steuerbausleine 10 sind über eine Datensammelschiene
(Datenbus) 64 mit den einzelnen Anlagenteilen 66 bis 74 verbunden, wobei ein Teil dieser Anlagenteile,
nämlich die motorbetriebenen Geräte 66 außerdem jeweils mit der Drehstromversorgungsringleitung 76
verbunden sind. Die Anlagenteile 68 bis 74 sind dagegen an der Drehstromringleitung nicht angeschlossen, da es
sich hier um im wesentlichen passive Überwachungselemente handelt, wie beispielsweise um einen Thermostaten
68, einen Endstellungsschaltcr 70, einen Differenzdruckschalter
72 und einen Druckschalter 74. alles Meßorgane mit Zweipunktcharakteristik. Der Schaltschrank
enthält neben den Steuerbausteinen 10 ggf. noch Schaltschrankeinbaumeßgeräte und Regelanlagen,
die hier jedoch nicht näher interessieren. Die einzeln:η Verbraucher 66. die an der Drehstromringleitung 76
angeschlossen sind, weisen ein Gehäuse 78 auf. das mit
den erforderlichen Sicherungen 80, den LeiMurig»chützen
82, den Überstromauslöser 84 und einen Speicher 86 für den Einschaltbefehl enthält. Dieser Speicher 86 ist
deshalb erforderlich, weil der Mikroprozessor nicht dauernd mit allen Geräten 66 in Verbindung steht,
sondern diese aufeinanderfolgend abtasten. Auf diese Weise wird vermieden, daß für jedes Anlagenteil eine
eigene Datenleitung erforderlich wird.
Neben den Einschaltinformationen führt die parallel zur Leistungsringleitung verlegte Datenbus auch die
Ausschaltinformationen der Geräte 66. Eine Betriebszustandsmeldelampe 88 sowie ein Steuerschalter 90
können ebenfalls in dem Gehäuse 78 untergebracht sein, um jeweils im Feld eine zusätzliche Steuerung und
Überwachung des einzelnen Gerätes vornehmen zu können.
Neben den Ein- und Ausschaltinformationen bezüglich der vier Motore 92 enthaltenden Geräte 66 führt die
Daicrisar^rrielschieno 64 noch die informationen /u den
Steuerbausteinen 10. die von den Sensoren (z. B. Thermostat 68. Druckdifferenzschalter 72. Druckschalter
74) und von den Zustandsmeldeeinrichtungen der Feuerschutzklappen sowie der Schalt; ;stände der
Zweipunktthermostaten und Sicherheitseinrichtungen (Endschalter 70) übermittelt werden.
Die Anlage arbeitet in der Weise, daß beispielsweise der Mikroprozessor eines Steuerbausteins 10 aufeinanderfolgend
mit den einzelnen Anlagenteilen 66 bis 74 Kontakt aufnimmt und entweder Befehle in die
Befehlsspeicher 86 einspeichert und/oder Betriebszustandsinformationcn
aus einem ebenfalls in den Gehäusen 66 enthaltenen Betriebszustandsspeicher 94
oder aus entsprechenden Speichern 96, 98 der Sensoreinrichtungen 68 und Endschaltereinrichtungen
70 abfragt und dann mit im Mikroprozessor gespeicherten Sollwerten vergleicht. Liegt der abgefragte Istwert
im Sollwertbereich, geht der Mikroprozessor anschließend zur nächsten Anlageneinheit über. Weicht der
Istwert vom Soliwert oder Sollwertbereich ab. veranlaßt der Mikroprozessor eine bestimmte gespeicherte
Steuerungsfolge, um beispielsweise eine Warnanlage in Betrieb zu setzen, eine Anlage vom Netz abzutrennen,
eine Feuerschutzklappe zu öffnen oder zu schließen oder sonstige Maßnahmen zu ergreifen, die die
Bedienung zum Handeln veranlassen oder die selbsttätig die Störung beseitigen.
Der Mikroprozessor !aßt sich im Feld mit verhältnismäßig
einfachen Mitteln fest programmieren, ohne daß zum Zwecke der Programmänderung oder Programmeinstellung
irgendwelche Verdrahtungen geändert oder
überhaupt erst angebracht werden müßten. Fällt ein Bauteil aus, beispielsweise eine Steckkarte im Steuerbaustein
10, läßt sich diese durch eine entsprechende
Steckkarte aus einem Vorrat von einander identischen Ersaizsieckkarten ersetzen, ohne daÜ dazu diese
Steckkarte an die entsprechende Anlage angepaßt werden müßte — abgesehen von der Einstellung der
Mikroschalter —, da die Funktionssteuerung vom Mikroprozessor erfolgt. Auf diese Weise ist die
Lagerhaltung außerordentlich verbilligt, da nicht für jede einzelne unterschiedliche Steckkarte, wie es beim
Stand der Technik der Fall ist, ein oder mehrere Ersatzsteckkarten vorhanden sein müssen, was bei
größeren Anlagen zu ganz erheblichen Investitionsaufwendungen führen würde. Zudem wird durch die
Möglichkeit, die einzelnen Geräte der Anlage über eine gemeinsame Ringleitung miteinander zu verbinden, der
Verkabelungsaufwand und damit die Planurigs- und Verdrahtungsaufwendungen ganz erheblich vereinfacht
und damit auch die Erstellung der Anlage gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbilligt. Insbesondere
die Schaltschränke brauchen nicht mehr an die einzelnen Anlagen angepaßt zu werJen, vielmehr
können in Serie herstellbare Normschaltschränke verwendet werden, da die individuelle Steuerung der
Anlagenteile dezentral erfolgt.
Die vorliegende Erfindung schafft also zum einen eine
in Steuerungs- und Überwachungseinrichtung mit einem
Mikroprozessor mit kombinierter und integrierter Bedienungs- und Anzeigenheit von hoher Vielseitigkeit,
die zum einen durch ihre äußere Form große Kosteneinsparungen ergibt, zum anderen durch den
ι '> Steuerungsmodus den Übergang vom zentralen, knbclaufwendigen
zum dezentralen kabelsparenden Betrieb ermöglicht.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (25)
1. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung für eine aus mehreren Geräten bestehende elektrisch
betriebene Anlage, wobei die Geräte über eine gemeinsame stern- oder ringförmig angeordnete
Datenleitung mit einer Steuereinheit verbunden sind, und jedem Gerät eine eine Adressen- und eine
Adressierungseinrichtung aufweisende Datenschnittstelle zugeordnet ist, die bei Adressierung
durch die Zentraleinheit für das Gerät bestimmte Daten der Zentraleinheit aufnehmen und speichern
und/oder von dem Gerät gelieferte, gespeicherte Daten an die Zentraleinheit abgeben kann, dadurch
gekennzeichnet, daß die Geräte (66—77) dezentral angeordnet sind und die Zentraleinheit
(10) mehrere, jeweils mit mehreren Leuchtdrucktasten (42) versehene und in einem Gehäuse
einsteckbare Steckkarten (12) umfaßt, daü die Steckkarten (12) identischen Aufbau besitzen und
mit ihren Steckanschiüssen (46, 48) parallel miteinander verbunden sind, und daß die Funktion der
Leuchtdrucktasten (42) durch auf der Steckkarte (50) befindliche Codierschalter (44) oder durch einen mit
den Steckkarten (12) in Verbindung stehenden Mikroprozessor (14) festlegb.'r ist.
2. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die
Geräte (66—74) zusammen mit ihrer zugehörigen Datenschnittstelle (86, 94, 96, 98) von der eine
Schalt- und Anzeigetafel (Fig. 1) bildenden Zentraleinheit
(10) sowie auch "oneinander räumlich entfernt angeordnet sind.
3. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steckkarten (12) jeweils mehrere, vorzugsweise fünf Leuchttasten (42) aufweisen.
4. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 3. dadurch gekennzeichnet,
daß das Steckgehäuse ein Europaformat-Gehäuse darstellt und sieben Steckkarten (12)
aufnehmen kann.
5. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche I —4. dadurch gekennzeichnet,
daß der Mikroprozessor (14) auf einer Steckkarte untergebracht ist, die den gleichen
äußeren Aufbau wie die übrigen Steckkarten (12) aufweist und zusammen mit diesen in ein Steckgehäuse
einsteckbar ist.
6. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1—5. dadurch gekennzeichnet,
daß die Leuchtdrucktasten (12) durch einlegbare Beschriftungen kennzeichenbar sind.
7. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1—6. dadurch gekennzeichnet,
daß sie von der elektrisch betriebenen Anlage (66—74) durch Optokoppler galvanisch
getrennt ist.
8. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, gekennzeichnet
durch Anwendung bei einer Klimaanlage.
9. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1—7, gekennzeichnet
durch Anwendung bei einer Lüftungsanlage.
10. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1—7. gekennzeichnet
durch Anwendung bei einer Heizungsanlage.
Die Erfindung betrifft eine Steuerungs- und Überwachungseinrichtung
für eine aus mehreren Geräten bestehende elektrisch betriebene Anlage, wobei die
Geräte über eine gemeinsame stern- oder ringförmig angeordnete Datenleitung mit einer Steuereinheit
verbunden sind, und jedem Gerät eine eine Adressen- und Adressierungseinrichtung aufweisende Datenschnittstelle
zugeordnet ist, die bei Adressierung durch die Zentraleinheit für das Gerät bestimmte Daten der
ίο Zentraleinheit aufnehmen und speichern und/oder vom
Gerät gelieferte, gespeicherte Daten an die Zentraleinheit abgeben kann.
Eine derartige Steuerungs- und Überwachungseinrichtung ist aus der AT-FS 2 88 533 bereits bekannt.
Die aus dieser bekannten Einrichtung zur Steuerung und Überwachung einer aus mehreren Geräten
bestehenden elektrisch betriebenen Anlage weist Geräte (Motor M, Meldeeinschübe 21, 23; Endschalter
25; Ein-Taste 27; Aus-Taste 29, siehe F i g. 5) auf. die
>o über eine gemeinsame stern- oder ringförmige Datenleitung
17 mit einer Steuereinheit 19 verbunden sind, und jedem Gerät (siehe auch den Schützeneinschub 15,
außerdem die Geräte 23, 27, 29, 25, 21) eine Datenschnittstelle (dort mit »Sender« bzw. »Empfangs
ger« bezeichnet und in der F i g. 5 mit den Blockbezeichnungen A, B, C. D. E aufgeführt) zugeordnet ist, die bei
Adressierung durctidie Zentraleinheit 19 für das Gerät
bestimmte Daten der Zentraleinheit 19 aufnehmen und speichern und/oder von dem Gerät gelieferte und
jo gespeicherte Daten an die Zentraleinheit 19 abgeben
kann. Die Datenschnittstellen enthalten Adressierungseinrichtungen, die mit den Kleinbuchstaben a, b. c. d. e in
Fig.5 bezeichnet sind. Die Datenschnittstellen umfassen
Verknüpfungseinrichtungen für digitale Signale, die
r> über die Datenleitung geliefert werden. Die Zentraleinheit
19 erzeugt in zyklischer Folge die Signale für die verschiedenen Adressen A bis E, wobei die Adressensignale
codierte Impulsfolgen sein können.
Von der Steuerung der Zentraleinheit 19 werden die
4(i einzelnen Geräte zyklisch adressiert und dadurch
erreicht, daß sendende Geräte ihre Signale an die Datenleitung abgeben und gleichzeitig adressierte (also
gleiche Adresse aufweisende) Empfangsgeräte zu diesem Zeitpunkt die von den Sendern abgegebenen
v> Signale aufnehmen.
Die Zentraleinheit stellt somit an sich nur einen zyklischen Taktgeber zur Erzeugung von Adressensignalen
dar. um zu ermöglichen, daß nacheinander Adressensignale A. B. C, usw. erzeugt werden und die
>() jeweils angesprochenen, die Adressen A. B oder C aufweisenden Datenschnittstellen über die Datenleitung
rür eine kurze Zeit selektiv miteinander verbunden
werden.
In der AT-PS 3 02 466 wird eine Weiterentwicklung
des Gegenstandes der AT-PS 2 88 533 beschrieben.
Wie der AT-PS 2 88 533 (und in größeren Einzelheiten der AT-PS 3 02 466) zu entnehmen ist. stellen die
»Geräte« Tasten unterschiedlicher Funktion (Ein-Tasie 27, Aus-Taste 29). Endschalter
25. Meldeeinrichtungen
ίο mit einem Horn (Bezugszahl 21) oder einer Lampe
(Bezugszahl 23) dar. wie auch Schützeneinschübe mit Schützen unterschiedlicher Konstruktion, so beispielsweise
einen Einschub mit Schützen einer ersten Konstruktion und Schützen einer zweiten Konstruktion.
ν") Hinsichtlich dieser Teile fehlt es also an einer
Vereinheitlichung. Vielmehr sind Tasiaiuren ganz
unterschiedlicher mechanischer Konstruktion notwendig, wie beispielsweise die beiden Blöcke 29 und 27
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DE19782822938 DE2822938C2 (de) | 1978-05-26 | 1978-05-26 | Steuerungs- und Überwachungseinrichtung für eine aus mehreren Geräten bestehende elektrisch betriebene Anlage |
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