DE3447104A1 - Steuerungsanlage in serieller bustechnik zur uebertragung von signalen bei der gebaeude-installationstechnik - Google Patents

Steuerungsanlage in serieller bustechnik zur uebertragung von signalen bei der gebaeude-installationstechnik

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DE3447104A1
DE3447104A1 DE19843447104 DE3447104A DE3447104A1 DE 3447104 A1 DE3447104 A1 DE 3447104A1 DE 19843447104 DE19843447104 DE 19843447104 DE 3447104 A DE3447104 A DE 3447104A DE 3447104 A1 DE3447104 A1 DE 3447104A1
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serial bus
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DE19843447104
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Inventor
Harald Dipl.-Ing. 6904 Eppelheim Horst
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BBC Brown Boveri AG Germany
Original Assignee
Brown Boveri und Cie AG Germany
BBC Brown Boveri AG Germany
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04QSELECTING
    • H04Q9/00Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00006Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
    • H02J13/00012Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using an auxiliary transmission line

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Description

  • Steuerungsanlage in serieller Bustechnik zur Ubertragung
  • von Signalen bei der Gebäude-Installationstechnik Die Erfindung bezieht-sich auf eine Steuerungsanlage in serieller Bustechnik zur Ubertragung von Signalen bei der Gebäude-Installationstechnik, wobei die Signale über Leitungen von einer Eingabestelle zu einer an Versorgungspannung gelegten Ausgabestelle übertragbar sind.
  • In der elektrischen Gebäude-Installationstechnik werden Geräte überwacht, Temperaturen gesteuert und Anlagen lichtabhängig geschaltet. Die konventionelle Installationstechnik bedient sich dabei vieler einzelner Leitungen, um Schalter, Licht- und Temperaturfühler direkt mit Leuchten, Lüftern, Heizgeräten, Schützen, Motoren, Magnetventilen und dergleichen zusammenzuschalten.
  • Diese Leit- oder Stellanlage ist wegen des großen Mate-.rialaufwandes mit erhöhten Kosten verbunden, so daß die in Gebäudekomplexen installierten haus- und betriebstechnischen Einrichtungen einen bedeutenden Anteil an den gesamten Baukosten darstellen.
  • Probleme mit dem Steuern und Schalten von Verbrauchern wegen beengter Platzverhältnisse und aufwendiger Schaltungstechnik sind bekannt aus der DE-OS 24 33 025. In dieser Veröffentlichung werden für die Kraftfahrzeugtechnik Möglichkeiten aufgezeigt, durch digitale Ubertragung von Gebersignalen Verbraucher anzusteuern und zu überwachen. Von einem Zentralsender werden Geber (Schalter) multiplex abgefragt und - vom Zentralsender gesteuert - Verbraucher (Lampen) zu- oder abgeschaltet.
  • Dies alles erfolgt über eine ringförmig ausgebildete Datenleitung. Energie- und Datenübertragung sind dabei getrennt voneinander ausgeführt. Eine weitere Leitung (Taktleitung) ist ebenso wie die Energieversorgungsleitung und die Datenleitung ringförmig im Kraftfahrzeug verlegt, so daß ohne größeren Aufwand weitere Geber und Verbraucher zuschaltbar sind. Probleme mit der Energieeinsparung bei gleichzeitiger Wartungs- und Komforterhöhung werden bei dieser aufwendigen Kraftfahrzeug-Installationstechnik nicht angesprochen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, Steuer- und Regelaufgaben der Gebäude-Installationstechnik mit einer Ubertragungsanlage abzudecken und unterschiedliche Ein- und Ausgabegeräte auf einfache Art an eine gemeinsame Busvorrichtung anzuschalten. Es sollen dabei physikalische Eingangswerte umgesetzt und von einer Zentrale selektiv über Schaltbefehle gesteuerte Betriebsmittel ein- und ausgeschaltet werden.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht. Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Steuerungsanlage ist besonders die erhebliche Energieeinsparung, wodurch sich die laufenden Betriebskosten stark senken lassen.
  • Anstelle der bisherigen unzählichen Steuerleitungen wird nur noch eine zweiadrige Signalleitung (Busleitung) im Gebäude verlegt. Die als Peripheriegeräte anschaltbaren Lichtwertschalter, Temperaturwertschalter oder Maximumwächter ermöglichen ein Uberwachen und Anzeigen von Zuständen, Ferneingriffe, Steuerungsvorgänge und Ubertragen von Signalen. Die neuartige Steuerusanlage ermöglicht ferner eine flexible Anpassungsfähigkeit an Änderungen des betrieblichen Ablaufs oder der baulichen Ausführung. Weiterhin können durch niedrigen Investitionsaufwand und ohne aufwendige und unübersichtliche Installation auch komplizierte Anwendungsfälle wirtschaftlich, leistungsfähig und sicher gelöst werden.
  • Die erfindungsgemäße Steuerungsanlage läßt sich vorteilhaft besonders bei Gebäuden einsetzen, in denen unterschiedliche Arbeitsplätze zu verschiedenen Zeiten bei leuchtet und klimatisiert werden müssen. Dies findet man beispielsweise bei Fabrikhallen, Bürogebäuden, Turnhallen, Banken, Kaufhäusern, Krankenhäusern und Postämtern.
  • In vorteilhafter Weise wird durch die Steuerungsanlage gleichzeitig auf mehrere Arten Energie eingespart. Durch das räumliche (selektive) Schalten der Betriebsmittel wird die Energie nur dort hingeführt, wo sie gebraucht wird. Durch sehr genaues zeitliches Schalten mit Tag-und Wochenprogramm wird die Energie nur dann geschaltet, wenn sie gebraucht wird. Durch die licht- und temperaturabhängige Zu- und Abschaltung der Betriebsmittel wird eine bedarfsabhängige Optimierung erreicht. Durch wahlweises Absenken des Leistungsmaximums bei erhöhtem Verbrauch können zudem ein niedriger Leistungspreis und damit günstige Betriebskosten erzielt werden.
  • Weitere Vorteile sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • In einem Gebäude ist eine zweiadrige abgeschirmte Leitung als Ring- oder Stichleitung verlegt. Diese zweiadrige Leitung ist verdrillt ausgeführt und dient als Busleitung 1 zur Ubertragung von Informationen zwischen Peripheriegeräten 2, einer Zentrale 3 und dezentral angeordneten Ausgabegeräten 4 mit daran angeschalteten Betriebsmitteln 5. Die Ausgabegeräte 4 bzw. die Betriebsmittel 5 sind an die 220V-Netzversorgung angeschaltet. Die Busleitung 1 dient nur zur Informationsübertragung.
  • Die Verdrillung und Abschirmung der Busleitung 1 erfolgt aus Störstrahlungsgründen. Im industriellen Bereich kann die Busleitung 1 beispielsweise in einer gemeinsamen Kabel trasse mit Zuleitungen für Stanzmaschinen oder anderen, elektromagnetische Störfelder aussendenden Anlagen verlegt sein. Diese induktiven und kapazitiven Störfelder sind aber auf einfache Art nur durch Abschirmung und Verdrillung zu beseitigen. Die Anzahl der an die Busleitung 1 anschließbaren Peripheriegeräte 2 und Ausgabegeräte 4 ist beliebig. In der Zeichnung sind weitere Geräte gestrichelt dargestellt.
  • Die Zentrale 3, in der alle Informationen von den Peripheriegeräten 2 zusammenlaufen, besteht aus einer Mikroprozessoreinheit mit entsprechenden Speichern. Weiterhin sind in der Zentrale 3 Sende- und Empfangseinheiten und zusätzliche Anpaßschaltungen für unterschiedliche Spannungspegel (TTL, CMOS) angeordnet. Diese Bauteile haben mit der erfindungsgemäßen Anordnung nichts zu tun und sind deshalb in der Zeichnung auch nicht dargestellt.
  • Die Zentrale ist an die 220V-Netzspannung angeschaltet.
  • Die Zentrale weist weiterhin eine Tastatur auf, mittels der ein Anwender ein Schaltprogramm eingeben kann.
  • An die Busleitung 1 sind unterschiedliche Peripheriegeräte 2 angeschaltet. Als Peripheriegeräte können Lichtwertschalter, Maximumwächter, Temperatursteuerungen und dergleichen eingesetzt werden, die sich in dem zu überwachenden Raum, Gebäude, Halle befinden. So besteht beispielsweise ein Lichtwertschalter aus einem Fühler, der die Raumhelligkeit mißt und zu einem Spannungswert aufbereich. Dieser gemessene Spannungswert wird mit einem vorgegebenen Wert verglichen und ausgewertet. Wenn eine bestimmte vorgegebene Helligkeitsschwelle erreicht, überschritten oder nicht mehr gebraucht wird, beispielsweise durch zusätzliche Sonneneinstrahlung über die Außenfenster oder Beleuchtungsreduzierung durch Pausenzeiten, wird ein digitales Signal über die Busleitung 1 an die Zentrale 3 übermittelt. In die Zentrale 3 wurde schon früher über diq Tastatur eingegeben (programmiert), welche Ausgabegeräte 4 bzw. Betriebsmittel 5 bei veränderten Bedingungen zu- oder abgeschaltet werden sollen. Dieser Vorgang kann aber auch automatisch erfolgen. Wenn der entsprechende Lichtwertschalter von der Zentrale 3 erkannt wird, der einen zu hohen oder niedrigen Wert meldet, können die entsprechenden, räumlich in der Nähe angeordneten Betriebsmittel 5 (im vorliegenden Fall Lampengruppen) ab- oder zugeschaltet werden.
  • Da die elektrische Energie nur dorthin geleitet wird, wo sie benötigt wird, ergibt sich in vorteilhafter Weise eine räumliche Optimierung durch selektives Schalten von Betriebsmitteln und somit eine erhebliche Energiee-insparung. Dies trifft besonders dort ein, wo Gebäude, Räume oder Arbeitsplätze mit unterschiedlichem Lichtbedarf in Betrieb sind.
  • Das Peripheriegerät 2 in dem oben beschriebenen Beispiel ist als Lichtwertschalter ausgeführt. Denkbar ist aber auch ein Temperaturwertschalter als Peripheriegerät. Der Temperaturwertschalter arbeitet als Zweipunktregler mit einstellbarer Hysterese. Zusätzlich können über nicht dargestellte Potentiometer feste Temperaturwerte (Tagestemperatur oder Nachtabsenkung) eingestellt werden. Die im Peripheriegerät 2 erfaßte Temperatur wird von der entrale 3 seriell abgefragt und mit einem festgelegten Programm derart verarbeitet, daß über die Ausgabegeräte 4 unterschiedliche Betriebsmittel 5 (im vorliegenden Fall Heiz- oder Klimageräte) zu- oder abgeschaltet werden.
  • Es ergibt sich auch hier in vorteilhafter Weise eine bedarfsabhängige Optimierung mit hohem Energiesparpotential, denn durch exaktes, ablaufbezogenes und temperaturabhängiges Schalten ergeben sich beachtliche Vorteile gegenüber den mit konventionellen Schaltelementen gesteuerten Installationen. Da bei weiteren benötigten oder erforderlichen Betriebsmittein keine zusätzlichen Steuer- oder Versorgungsleitungen zu verlegen sind, sondern noch freie Ausgänge der Ausgabegeräte verwendet werden können, lassen sich Installationsprobleme durch das erfindungsgemäße programmierbare Steuern von Lüftern, Heizungen und Klimageräten sehr leicht lösen.
  • In einer weiteren Möglichkeit kann als Peripheriegerät 2 ein Maximumwächter eingesetzt werden. Der Preis für elektrische Energie setzt sich bekanntlich bei mittleren und größeren Abnehmern aus Leistungspreis (für die bereitgestellte Leistung) und Arbeitspreis (für die verbrauchten Kilowattstunden) zusammen. Der Leistungspreis richtet sich nach der höchsten, mittleren gemessenen Leistung innerhalb eines Monats oder Jahres. Dieser Leistungshöchstwert (Maximalwert) wird über einen speziel len Drehstromzähler mit Maximumwerk aus dem Mittelwert einer Meßperiode bestimmt. Falls kein höherer Mittelwert einer Meßperiode auftritt, ist er die Bemessungsgrundlage des Leistungspreises. Mit einer höheren mittleren Leistung steigt der Leistungspreis. Der Maximumshler hält immer nur den höchsten mittleren Leistungswert fest.
  • Der Leistungspreis bleibt niedrig, wenn eine sich anbahnende sehr hohe Leistungsspitze, welche die bisherige höchste gemessene mittlere Leistung übertreffen würde, rechtzeitig verringert wird, d.h., wenn einige Betriebsmittel, die kurzzeitiges Abschalten erlauben, ausgeschaltet werden.
  • Dies läMt sich mit dem erfindungsgemäßen Maximumwächter als Peripheriegerät 2 leicht verwirklichen. Verschiedene Betriebsmittel (Klimageräte, Heizungen, Lüfter,Leuchtenbänder, Motore usw.) werden nach unterschiedlichen Prioritäten kurzzeitig abgeschaltet, wenn die vorgegebene mittlere Leistung in einer Meßperiode überschritten wird.
  • Es können von der Zentrale 3 auch einzelne leistungsschwache Betriebsmittel (beispielsweise Lampen) abgeschaltet werden. Dadurch beschränkt sich das Abschalten bei Uberschreitung des Leistungs-Maximums nicht mehr auf nur wenige leistungsstarke Verbraucher, sondern ohne großen Installationsaufwand und einschneidende Beschränkungen können aus mehreren Betriebsmitteln kleiner Leistung leistungsstarke Abschaltgruppen zusammengesetzt werden.
  • Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Maximumwächters wird die Absenkung von Leistungsspitzen auch in den Gebäuden wirtschaftlich, in denen der Einsatz von Maximumwächtern bisher wegen der hohen Installationskosten und der geringen Anzahl leistungsfähiger und für die Kurzunterbrechung geeigneter Betriebsmittel scheiterte.
  • - Leerseite -

Claims (4)

  1. A n s p r ü c h e rX Steuerungsanlage in serieller Bustechnik zur Ubertragung von Signalen bei der Gebäude-Installationstechnik, wobei die Signale über Leitungen von einer Eingabestelle zu einer an Versorgungspannung gelegten Ausgabestelle übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß an eine zweiadrige, verdrillte und abgeschirmte Steuerleitung (1) eine Zentrale (3), Peripheriegeräte (2) und Ausgabegeräte (4) mit zugehörigen Betriebsmitteln (5) derart angeschaltet sind, daß physikalische Eingangswerte von den Peripheriegeräten (2) aufgenommen und in digitaler Form seriell von der Zentrale (3) abgefragt werden, so daX nach einem festgelegten Ablaufprogramm die unterschiedlichen Ausgabegeräte (4) mit den Betriebsmitteln (5) zu- oder abschaltbar sind.
  2. 2. Steuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtwertschalter als Peripheriegerät (2) einsetzbar ist.
  3. 3. Steuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturwertschalter als Peripheriegerät (2) einsetzbar ist.
  4. 4. Steuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maximumwächter als Peripheriegerät (2) einsetzbar ist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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AT412691B (de) * 1999-09-17 2005-05-25 Braun Werner System zur steuerung von räumlich verteilten elektrischen verbrauchern in gebäuden

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