DE2938734A1

DE2938734A1 - Uebertragungssystem fuer informationen innerhalb eines gebaeudes oder zwischen gebaeuden

Info

Publication number: DE2938734A1
Application number: DE19792938734
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. 8500 Nürnberg Kühnlein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-09-25
Filing date: 1979-09-25
Publication date: 1981-03-26

Description

Ubertragungssystem für Informationen innerhalb eines
Gebäudes oder zwischen Gebäuden Die Erfindung betrifft ein Ubertragungssystem für Informationen innerhalb eines Gebäudes oder zwischen Gebäuden, bestehend aus mindestens einem Ultraschallsender, mindestens einem Ultraschallempfänger sowie einem Ubertragungsweg.
Die Ermittlung von Informationen innerhalb eines Gebäudes, beispielsweise fUr regelungs- und steuerungstechnische Zwecke, insbesondere auf den Gebieten Heizung und Klimatisierung, wird heute überwiegend über ein eigenes Leitungsnetz durchgeführt, das einen oder mehrere Sender mit einem oder mehreren Empfängern verbindet. Dies erfordert bedeutende Investitionen fUr die Errichtung des Leitungsnetzes. Nachträglich ist dieser Installationsaufwand in vielen Fällen kaum noch durchführbar.
Es ist ferner bekannt als Obertragungsweg zwischen einem oder mehreren Sendern und einem oder mehreren Empfängern das bereits installierte Wechselstromnetz zu benutzen, über das trägerfrequenzmodulierte Signale übertragbar sind. Um Störungen verschiedener Ubertragungssysteme, die sich des normalen Wechselstromnetzes bedienen, auszuschließen, ist ein erheblicher technischer Aufwand nötig, der ebenfalls beachtliche Kosten nach sich zieht.
Darüber hinaus ist es bei Geräten der Unterhaltungselektronik bekannt, als Ubertragungasystem für Informationen innerhalb eines Raumes Ultraschallsender und Ultraschallempfänger einzusetzen, wobei als Ubertragungsweg die Luftstrecke zwischen Sender und Empfänger dient.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ubertragungssystem der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß es mit nur geringem Kostenaufwand installierbar ist, wobei insbesondere auch eine nachträgliche Installation ohne Schwierigkeiten durchführbar sein soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Ubertragungsweg die in oder zwischen den Gebäuden vdrhandenen Rohrleitungen dienen. Damit entfällt die Notwendigkeit, einen eigenen Ubertragungsweg zu installieren, so daß erhebliche Kosteneinsparungen zu erreichen sind. Da die Frequenz der die Informationen beinhaltenden Signale außerhalb des Empfindlichkeitsbereichs des menschlichen Ohrs liegt, sind Geräuschbelästigungen der in diesen Gebäuden befindlichen Personen ausgeschlossen. Als Kosten für ein derartiges Ubertragungssystem treten nur noch die Kosten für den oder die Ultraschallsender sowie den oder die Ultraschallempfänger und deren Montage auf.
Hierbei können Ultraschallsender und Ultraschallempfänger an die Wandungen der Rohrleitungen angekoppelt sein, so daß sich die die Informationen enthaltenden Signale direkt über die Wandungen mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten. An die Wandungen angekoppelte Empfänger können die übertragenen Signale aufnehmen und auswerten. Da die eingesetzten Sender und Empfänger von außen an die Wandungen angekoppelt werden können, ist deren Anbringung problemlos mit einem Minimum an Aufwand möglich.
Ultraschallsender und Ultraschallempfänger können auch an das in den Rohrleitungen geführte Fluid angekoppelt sein. Unter Fluid wird hierbei ein gasförmiges oder flüssiges Medium verstanden. In diesem Fall erfolgt die Ubertragung der Informationen zumindest primär über das Fluid.
Für die Ubertragung von Meßwerten und Steuerbefehlen ist es besonders vorteilhaft, wenn als Rohrleitungen die Rohrleitungen eines Heizungssystems dienen. Damit können problemlos sämtliche Elemente des Heizungssystems erreicht werden. Es können aber auch andere Rohrleitungen, beispielsweise Wasser- und Gasleitungen, genutzt werden.
Im Rahmen eines derartigen Ubertragungssystems kann der Ultraschallempfänger auf Stellglieder einwirken.
Solche Stellglieder können beispielsweise elektrisch betätigbare Ventile, wie Magnetventile oder motorisch angetriebene Ventile, sein.
Der Ultraschallempfänger kann auch in Wirkverbindung mit einem Steuergerät stehen. Dies ist wichtig im Falle der Zweiwegekommunikation, wenn beispielsweise das Steuergerät Rückmeldungen verarbeitet und zur Bildung modifizierter Steuersignale nutzt. Im Rahmen eines Heizungssystems können solche Rückmeldungen beispielsweise Temperaturwerte oder Ventilstellungen sein.
Der Ultraschallsender kann die von mindestens einem Meßwandler erfaßte Größe Ubertragen. Als derartige Größen kommen beispielsweise für ein Heizungssystem Temperaturen, Durchflußraten oder Ventilstellungen in Frage.
Der Ultraschallsender kann auch die Ausgangssignale eines Steuer- oder Regelgerätes betragen. Diese Ausgangssignale werden von den an die Rohrleitungen angekoppelten Ultraschall empfängern aufgenommen und beispielsweise zu Stellbefehlen für Ventilstellungen oder Pumpenmotoren verarbeitet.
Bei einem derartigen Ubertragungssystem kann die Information als Dauer eines oder mehrerer Schwingungszüge oder als Abstand zwischen mindestens zwei Schwingungszügen codiert sein. Damit ist eine relative störungsfreie und damit sichere Ubertragung der Information erreichbar. Durch die Vorgabe und Auswahl geeigneter durch Schwingungszüge realisierter Impulsmuster können die Ultraschallempfänger auch selektiv angesprochen werden.
Bei einem derartigen Ubertragungssystem, bei dem als Mbertragungsweg die bereits vorhandenen Rohrleitungen dienen, ist das Auftreten von Mehrfachsignalen durch Echos oder mehrfache Umläufe in geschlossenen Systemen nicht auszuschließen. Dies kann zu Störungen bei der Ubertragung solcher Informationen führen, bei denen hohe Ubertragungsraten gefordert sind. Für die Ubertragung regelungs- und steuerungstechnischer Informationen Jedoch, wie sie beispielsweise für Heizungs- oder Klimatisierungasysteme benötigt werden, sind nur niedrige Ubertragungsraten erforderlich, so daß genügend Zeit zur Verfügung steht, um das Abklingen derartiger Mehrfachsignale abzuwarten.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Warmwasser-Heizungssystem für ein Gebäude mit drei Stockwerken, die mit I, II und III bezeichnet sind.
In den einzelnen Stockwerken I bis III sind unterschiedliche Betriebsarten des Sende- bzw. Empfangsbetriebes dargestellt.
In der Figur unten links ist der eigentliche bekannte Heizungsteil eines solchen Warmwasser-Heizungssystems dargestellt. Hierbei ist der Brenner mit dem Kessel mit dem Bezugszeichen 1 belegt. Der Kessel weist ein Sicherheitsventil 2 auf. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet ein Uberlaufgefäß, das Bezugszeichen 4 eine Umwälzpumpe und das Bezugszeichen 5 ein Mischventil, in dem das erhitzte Kesselwasser mit dem in den Wärmetauschern abgekühlten,zurückfließenden Wasser gemischt wird.
Darüber hinaus ist ein Steuergerät 6 vorgesehen, das von einer Ultraschallsender-Empfänger-Einheit 7 einerseits mit Informationen aus den einzelnen Stockwerken versorgt wird, diese auswertet, und Steuerbefehle an den Brenner 1 sowie das Mischventil 5 erzeugt. Darüber hinaus gibt das Steuergerät 6 Stellbefehle darstellende Informationen an die Ultraschallsender-Empfänger-Einheit 7 ab.
Die Ultraschallsender-Empfänger-Einheit 7 ist mechanisch an die Rohrleitung 8 angekoppelt, von der aus die Vorlaufleitungen 9, 10 und II in die einzelnen Stockwerke I bis III abzweigen. Durch die mechanische Ankopplung der Ultraschallsender-Empfänger-Einheit 7 werden Ultraschallsignale auf die Rohrleitungen des Warmwasserheizungssystems übertragen, so daß sie an allen Punkten des geschlossenen Rohrleitungssystems zur Verfügung stehen, oder es werden die in diesem Rohrleitungssystem vorhandene Informationen, die von anderen Ultraschallsendern stammen, durch die Ultraschallsender-Empfänger-Einheit 7 aufgenommen und dem Steuergerät 6 zur Verarbeitung zugänglich gemacht. Die Informationsübertragung zwischen der Ultraschallsender-Empfänger-Einheit 7 und dem Steuergerät 6 erfolgt durch elektrische Signale, was jedoch keinen erhöhten Installationsaufwand bedingt, da diese Einheiten räumlich benachbart beispielsweise im Kelle des Gebäudes untergebracht sind.
In den einzelnen Stockwerken I bis III des Gebäudes sind jeweils beispielhaft drei Wärmetauscher untergebracht, die mit den Bezugszeichen H11 bis H33 belegt sind. Das in den Wärmetauschern H11 bis H33 abgekühlte Wasser wird über die gestrichelt eingezeichneten Rücklaufleitungen 12, 13 und 14 nach unten abgeführt, und über die Leitungen 15 und 16 dem einen Eingang des Mischventils 5 zugeleitet.
In dem ersten Stockwerk I ist beispielhaft der Ultraschallsende- und Empfangsbetrieb fUr dt£ nt" ungen der Ventile V11 bis ;43 dargestellt. Zu diesem Zweck ist an die von den Vorlaufleitungen 9, 10 und 11 abzweigende Leitung 91, die zu dem Wärmetauscher H11 führt, eine Ultraschallsender-Empfänger-Einheit SEI angekoppelt, die einerseits die ilber die Rohrleitungen 8 und 9 übertragenen Ultraschallsignale empfängt, in elektrische Signale wandelt, und sie an die in den Blöcken B11 bis B13 enthaltenen motorischen Stellglieder für die Einstellung der Ventile V11 bis V13 überträgt, die jedoch auch andererseits die von den in den Blöcken B11 bis B13 enthaltenen Ventilstellungsgebern emittierten elektrischen Signale aufnimmt, und in Ultraschallsignale wandelt, die dann über die Vorlaufleitungen 9 und 8 zu der Ultraschallsender-Empfänger-Einheit 7 zurückgemeldet werden.
In dem mit II bezeichneten Stockwerk ist beispielhaft der reine Sendebetrieb zur Uberwachung der Stellung der Ventile V21 bis V23 dargestellt. Von diesen Ventilen V21 bis V23 werden stellungsproportionale elektrische Signale an den Ultraschallsender S2 abgegeben, der diese Signale in Ultraschallsignale wandelt, die dann auf die von der Vorlaufleitung 9 abgehende Rohrleitung 92 und damit in das gesamte Rohrleitungssystem eingekoppelt werden. Damit stehen sie auch der Ultraschallsender-Empfänger-Einheit 7 zur Verfügung, die sie nach Wandlung in elektrische Signale dem Steuergerät 6 zugänglich macht.
In dem mit fII bezeichneten Stockwerk ist ganz links @@r Sende-Empfangs-Betrieb durch die Ultraschallsender-@p@@nger-@@ @e@@ SE3 dargestellt. Di@se @@tr @chall-@inheit SE3 ist wes @nis@n 8 dis von @ 9 abzweigende Rchr@eis @g @@ ange-Wärmetauscher H3@ speist De@ Blcck ch@ einen Temperaturwandler, dessen elektrisches Ausgangssignal der Ultraschallsender-Empfänger-Einheit SE3 zugeführt ist, wo es in ein Ultraschallsignal gewandelt wird und über die Vorlaufleitung 9 sowie die Leitung 8 zur Ultraschallsender-Empfänger-Einheit 7 rückübertragen wird. Darüber hinaus nimmt die Ultraschallsender-Empfänger-Einheit SE3 die von der Ultraschallsender-Empfänger-Einheit 7 übermittelten Ultraschallsignale auf und setzt sie in elektrische Signale um, so daß sie eine Verstellung des motorisch verstellbaren Ventils V31 bewirken können.
In der Mitte des mit III bezeichneten Stockwerkes ist der reine Sendebetrieb veranschaulicht. Das von einem Temperaturwandler B32 erzeugte elektrische Ausgangssignal ist einem Ultraschallsender S3 zugeführt, der dieses Signal in ein Ultraschallsignal umwandelt, so daß er über die Vorlaufleitung 10 und die Leitung 8 zur Ultraschallsender-Empfänger-Einheit 7 übertragen wird.
Im rechten Teil des mit III bezeichneten Stockwerkes ist der reine Empfangsbetrieb veranschaulicht. Der Ultraschall empfänger E3 nimmt die von der Ultraschallsender-Empfänger-Einheit 7 in das Rohrleitungssystem eingespeisten Ultrashallsignale auf und steuert damit nach Wandlung in ein elektrisches Signal das magnetisch betätigbare Ventil 733.
Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß sich durch das erfindungsgemäße Übertragungssystem für Informationen innerhalb ein@@ @ebäudes oder zwischen Gebäuden mit nur geringem Aufwand steuerungs- und regelungstechnische Aufgab@ @@b@sonßare auf dem Gebiet der Beheizung.K@@@@@@ sw @@ltige@ lasner.
Durch @@ @@h S@ @@ ohn@@in z@ installierenden oder in einem Altbau bereits installierten Rohrleitungen als Ubertragungsweg wird die Signalübertragung sowohl bei neuen als auch bei alten Gebäuden mit nur geringfügigem Installationsaufwand erreicht.
Damit sind auf regelungstechnischem Weg erreichbare Optimierungen von Verbrauch und Wirkung, die einen Fluß zahlreicher Informationen in beiden Richtungen des Ubertragungsweges erfordern, realisierbar.
1 Figur 11 Patentansprüche L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Ubertragungssystem fUr Informationen innerhalb eines Gebäudes oder zwischen Gebäuden, bestehend aus mindestens einem Ultraschallsender, mindestens einem Ultraschallempfänger sowie einem Ubertragungsweg, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß als Übertragungsweg die in oder zwischen den Gebäuden vorhandenen Rohrleitungen (8 bis 16) dienen.
2. Übertragungasystem nach Patentanspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Ultraschallsender (7, SE1, SE3, S2, S3) und Ultaschallempfänger (7, SE1, SE3, E3) an die Wandungen der Rohrleitungen (8 bis 16) angekoppelt sind.
3. Ubertragungssystem nach Patentanspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Ultraschalisender (7, SEI, SE3, S2, S3) und Ultraschallempfänger (7, SE1, SE3, E3) an das in den Rohrleitungen (8 bis 16) geführte Fluid angekoppelt sind.
4. Ubertragungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß als Rohrleitungen (8 bis 16) die Rohrleitungen eines Heizungssystems dienen.
5. Ubertragungasystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Ultraschallempfänger (SEI; SE3; E3) auf Stellglieder (B11, B12, B13; V31; V33) einwirkt.
6. Ubertragungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Ultraschallempfänger (7) in Wirkverbindung mit einem Steuergerät (6) steht.
7. Ubertragungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Ultraschallsender (SEI; SE3; S3) die von mindestens einem Meßwandler (bis, B12, B13; B31; B32) erfaßte Größe Uberträgt.
8. Übertragungssystem nach einem der PatentansprUche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Ultraschallsender (7) die Ausgangssignale eines Steuer- oder Regelgerätes (6) überträgt.
9. Übertragungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß eine Information als Dauer eines oder mehrerer Schwingungszuüge codiert ist.
10. Ubertragungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß eine Information als Abstand zwischen mindestens zwei Schwingungszügen codiert ist.
11. Übertragungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß eine Information als eine Frequenz oder eine Frequenzänderung oder Frequenzfolge codiert ist.