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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Gebäude-Steuersystem mit mindestens einem
seriellen Informations-Übertragungssystem, an das mehrere Teilnehmer angeschlossen
sind.
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Serielle Informations-Übertragungssysteme sind beispielsweise aus
der Zeitschrift "Elektronic", 19, 1982, Seiten 88 bis 96 bekannt. In der Kommunikationstechnik
werden sogenannte "lokale Netzwerke" eingesetzt, bei denen über einen Datenbus eine
Vielzahl von Teilnehmern miteinander gekoppelt werden können. Dies hat insbesondere
den Vorteil, daß über ein einziges Informations-Übertragungssystem ein uneingeschränkter
Informationsaustausch zwischen den angeschlossenen Teilnehmern ermöglicht wird.
Dabei ist das ganze System sehr variabel, da z.B. neue Teilnehmer nicht über gesonderte
Leitungen mit allen übrigen Teilnehmern verbunden werden müssen, sondern lediglich
ein Anschluß an den Datenbus erforderlich ist Solche lokalen Netzwerke können über
Koppelstellen auch an ein Fernübertragungsnetz, insbesondere das Postnetz angeschlossen
werden. Damit ist eine Informationsübertragung auch über den räumlich begrenzten
Bereich des lokalen Netzwerks hinaus möglich.
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Beispielsweise aus der DE-OS 32 15 081 ist es auch bereits bekannt,
in der Gebäude-Steuertechnik ein serielles Übertragungssystem einzusetzen, das mit
dem elektrischen Installationsnetz als Übertragungsweg arbeitet. Dabei werden durch
Modulation einer Trägerfrequenz Informationstelegramme gebildet, die dann über das
elektrische Installationsnetz übertragen werden. Ein solches System hat den besonderen
Vorteil, daß keine eigenen Leitungen vorgesehen werden müssen.
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Nachteilig ist jedoch die begrenzte Übertragungsrate, die für größere
Gebäude oder komplexe Funktionen nicht ausreicht. Für solche Aufgaben wurde daher
bisher eine konventionelle Verdrahtung oder ein leistungsfähiges Bussystem eingesetzt.
Ein solches Bussystem wird jedoch sowohl wegen der notwendigen Leitungsverlegung
für den Bus im gesamten Gebäude als auch wegen der verhältnismäßig teueren Anschlußstellen
für die Vielzahl der Teilnehmer recht aufwendig und kommt daher nur für industrielle
Anlagen in Betracht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gebäude-Steuersystem so auszuführen,
daß das Gesamtsystem trotz einzelner Funktionen, die eine hohe Übertragungsrate
benötigen, mit geringem Aufwand realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in demselben
Gebäude-Steuersystem mehrere, unterschiedliche serielle Informations-Übertragungssysteme
vorhanden sind, die jeweils für besondere Übertragungsaufgaben optimiert sind und
daß diese InformationsÜbertragungssysteme über Koppelstellen miteinander verbunden
sind.
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Gemäß der Erfindung wird also innerhalb eines lokalen Netzwerkes,
wie es ein Gebäude-Steuersystem darstellt, nicht ein Informations-Übertragssystem
verwendet, das die bei den angeschlossenen Geräten maximal vorkommende Datenübertragungsrate
bewältigen kann, sondern es werden mehrere Informations-Übertragungssysteme miteinander
gekoppelt. Dadurch kann für die Vielzahl der in einem Gebäude auftretenden Steuerfunktionen
mit geringer Datenübertragungsrate ein einfaches System verwendet werden, z.B. mit
dem elektrischen Installationsnetz als Übertragungsweg.
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Nur für die komplexen Funktionen mit hoher Datenübertragungsrate,
die im allgemeinen nur einen kleinen Teil des Gebäudes und der Teilnehmer betreffen,
werden Informations-Übertragungssysteme mit höherer Übertragungskapazität verwendet,
die zwangsläufig eine eigene Leitungsverlegung und höhere Kosten für den Teilnehmer-Anschluß
erfordern. Die Gesamtkosten
des Systems werden jedoch deutlich verringert.
Über die Koppelstellen zwischen den einzelnen Informations-Übertragungssystemen
wird nur ein Teil der auf den einzelnen Informations-Übertragungssystemen vorhandenen
Informationstelegramme übertragen, der z.B. der Leistungsfähigkeit des Informations-Übertragungssystems
mit geringerer Datenübertragungsrate entspricht.
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Vorteilhafterweise enthält das Gebäude-Steuersystem mehrere Unter-lnformations-Übertragungssysteme,
die über Koppelstellen mit einem Verknüpfungs-Informations-Übertragungssystem verbunden
sind, wobei die Teilnehmeradressen aufgeteilt sind in eine erste Kategorie, die
nur auf das zugeordnete Unter-lnformations-Übertragungssystem bezogen ist und eine
zweite Kategorie, die auf die Datenübertragung zu Teilnehmern außerhalb des zugeordneten
Unter-Informations-Übertragungssystems bezogen ist, und wobei jede Koppelstelle
eine Sperre enthält, die nur Informationstelegramme der zweiten Kategorie durchläßt.
Da in der Praxis ein Großteil der Informationstelegramme nur innerhalb eines Untersystems
übertragen werden muß, wird durch diese Maßnahme die Übertragungsrate deutlich verringert.
Ebenso kann auch der Adress-Vorrat, d.h. die Zahl der maximal vorgebbaren Adressen,
deutlich werden.
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Die Sperre kann auf einfache Weise dadurch realisiert werden, daß
Adressen der ersten und zweiten Kategorie durch vorangestellte Bits des Informationstelegramms
unterschieden sind und daß die Sperre in den Koppelstellen auf diese vorangestellten
Bits anspricht.
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Die Koppelstellen können dabei vorteilhafterweise nicht nur eine
logische Sperre dapstellen, sondern die Unter-Informationsübertragungssysteme sowie
das Verknüpfungs-Informationsübertragungssystem elektrisch (galvanisch) entkoppeln.
Durch diese Unterteilung des Gesamtsystems bleibt im Fehlerfall der Ausfallbereich
beschränkt.
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Für die auf einen Raum begrenzte Informationsübertragung kann zweckmäßigerweise
eine Infrarot-Übertragung gewählt werden.
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Als Informations-Übertragungssystem für Bereiche mit geringer Übertragungsrate
werden vorteilhafterweise Netzleitungen verwendet, über die eine modulierte Trägerfrequenz
übertragen wird. Ferner kann für Informations-Übertragungssysteme mit mittleren
Übertragungsraten ein Bussystem mit relativ geringer Betriebsfrequenz und als Informations-Übertragungssystem
für höhere Übertragungsraten ein Bussystem mit relativ hoher Frequenz verwendet
werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Übersichtsschema eines Gebäude-Steuersystems, bei
dem gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere unterschiedliche Informations-Übertragungssysteme
vorhanden sind. Ein wesentlicher Teil der in einem Gebäude notwendigen 1 nformations-Übertragung
erfolgt über ein System 1, das beispielsweise mit einem Koaxialkabel oder einer
verdrillten Zweidrahtleitung als Übertragungsmedium arbeiten kann und z.B.
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eine maximale Übertragungsrate von 144 kbit/s aufweist. An diesen,
im folgenden als Gebäudebus bezeichneten InformationsÜbertragungssystem können beispielsweise
eine Steuerzentrale 2, Geräte zum Schalten, Melden und Leitungsschutz 3 sowie Geräte
zum Messen, Steuern und Regeln 4 angeschlossen sein. Ein ebenfalls an den Gebäudebus
1, angeschlossener,mit 5 bezeichneter Funktionsblock "Sicherheit" kann alle Arten
der Gefahrenmeldung, wie z.B. Einbruchsmeldung,
Rauchmeldung oder Wassereinbruchsmeldung
umfassen. Ein mit 6 bezeichneter Funktionsblock "EVU-loadmanagement" umfaßt Steuergeräte,
mit denen ein Energieversorgungsunternehmen das Verbrauchsverhalten im Gebäude beeinflussen
kann. Über einen Funktionsblock 7 "EVU-Zähler-Fernablesung" können die im Gebäude
installierten Zähler vom EVU in einer Zentrale abgelesen werden. Ein mit 8 bezeichneter
Funktionsblock umfaßt Sonderaufgaben, wie sie beispielsweise in Hotels oder Gärtnereien
auftreten. Ebenso können angeschlossen sein die mit einem Funktionsblock 9 angedeuteten
Türanlagen (Türklingel, Türöffner) und ein Zeitgeber 10, der beispielsweise über
einen Funkempfänger vom Zeitzeichensender der Bundespost gesteuert wird.
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Über eine Infrarot-Koppelstelle 13 können mit Infrarotübertragung
betriebene Geber 14 oder Empfänger 15, beispielsweise Personenrufanlagen, an den
Gebäudebus 1 angeschlossen werden. Damit ist ein Übergang auf drahtlose Informationsübertragung
möglich, die allerdings räumlich durch die erforderliche optische Verbindung zwischen
Infrarot-Koppeleinheit 13 und Geber 14 bzw. Empfänger 15 begrenzt ist.
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Eine Kopplung des Gebäudebusses 1 mit dem Postnetz ist sowohl über
eine Telefon-Fernsteuerung 11 als auch über einen Anschluß 12 an das ISDN-Netz (Integrated
Services Digital Netzwerk) möglich. Während mit einer Telefonfernsteuerung Steuerfunktionen
und Abfragefunktionen über das normale Telefonnetz mit geringer Übertragungsgeschwindigkeit
abgewickelt werden können, ist über das ISDN-Netz eine Übertragung mit hoher Geschwindigkeit
möglich.
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Über eine Koppelstelle 16 ist der Gebäudebus 1 mit einem zweiten
Informations-Übertragungssystem 17 verbunden, das mit dem Installationnetz als Ubertragungsmedium
arbeitet und im folgenden als "eigenleitungsloses Hausinformationssystem" bezeichnet
wird.
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Dieses weist eine wesentlich geringere Datenübertragungsrate auf,
es ist jedoch mit geringerem Aufwand zu realisieren, da die Verlegung einer gesonderten
Leitung in diesem Bereich entfällt und der Zugriff einfach ist. Für viele Informations-Übertragungsaufgaben
im Gebäude wird dieses System jedoch ausreichen, so daß nicht das gesamte Gebäude
mit dem Gebäudebus 1 versorgt werden muß. Die Abgrenzung zwischen den Funktionen,
die an den Gebäudebus 1 angeschlossen sind und denjenigen, die an das eigenleitungslose
Hausinformationssystem 17 angeschlossen sind, hängt nicht nur von der erforderlichen
Datenübertragungsrate ab, sondern z.B.
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auch davon, ob das Gebäude-Steuersystem im Rahmen einer Neuinstallation
eingebaut wird. In diesem Fall bedeutet die Verlegung einer Koaxialleitung für den
Gebäudebus 1, gegebenenfalls zusammen mit der Netzleitung, keinen großem Aufwand,
während man bei nachträglichem Einbau eines Gebäude-Steuersystems in allen Fällen,
wo die hohe Übertragungsrate des Gebäudebusses 1 nicht unbedingt erforderlich ist,
dem eigenleitungslosen Hausinformationssystem 17 den Vorzug geben wird.
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Die Koppelstelle 16 ist so beschaffen, daß zwischen Gebäudebus 1
und eigenleitungslosem Hausleitsystem 17 lediglich für das jeweils andere System
bestimmten Informationen ausgetauscht werden. Damit wird einerseits der Gebäudebus
1 vom internen Informationsaustausch auf dem eigenleitungslosen Hausinformationssystem
17 entlastet und andererseits das eigenleitungslose Hausinformationssystem 17 durch
den von diesem nicht zu bewältigenden vollen Datenverkehr auf dem Gebäudebus
1
nicht gestört.
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Das eigenleitungslose Hausinformationssystem 17 kann ebenfalls eine
Steuerzentrale 18 enthalten, die gegebenenfalls über eine Telefon-Fernmeldung 19
an das Telefonnetz angeschlossen werden kann. Typische Funktionen für das eigenleitungslose
Hausinformationssystem 17 sind die mit dem Funktionsblock 20 gekennzeichneten Funktionen
"Schalten und Melden".
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Die Funktionen "Messen, Steuern, Regeln" (Funktionsblock 21), Sicherheit
(Funktionsblock 22), "EVU-load-management" (Funktionsblock 23) kommen für das eigenleitungslose
Hausinformationssystem nur bei geringerer Komplexität in Frage und werden ansonsten,
wie bereits besprochen, über den Gebäudebus 1 abgewickelt. Über das eigenleitungslose
Hausinformationssystem 17 kann auch eine Sprachübertragung mit einer Sprechanlage
24 erfolgen.
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Wenn das Gebäude-Steuersystem rechnergesteuert arbeitet, so wäre
die bei einem direkten Anschluß des Gebäudebusses 1 erforderliche Übertragungsrate
so hoch, daß der Gebäudebus 1 sehr aufwendig wird. In diesem Fall wird man daher
ein drittes, auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Rechenanlage zugeschnittenes
Informations-Übertragungssystem 25 vorsehen.
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Hierfür eignet sich z.B. das bekannte und in der eingangs genannten
Literaturstelle "Elektronik", 19, 1982, Seiten 88 bis 96 beschriebene Ethernet-Bussystem.
Dieses wird mit einer Koppelstelle 26 mit dem Gebäudebus 1 verbunden. An das Bussystem
25 kann ein komplexes Hautleittechnik-System 27 sowie ein Haus-Personal-Computer
28 angeschlossen werden.
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Fig. 2 zeigt, wie man das Gebäude-Steuersystem beispielsweise räumlich
anordnen könnte. Die Struktur des Gebäude-Steuersystems ist dabei an die Topologie
des Gebäudes angepaßt.
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Das Gesamtsystem besteht aus mehreren Unter-Informationsübertragungssystemen
33 bis 38 und einem Verknüpfungs-Informationsübertragungssystem 29.
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Das Verknüpfungs-lnformationsübertragungssystem 29 ist in Art einer
Steigleitung geführt, gegebenenfalls auch parallel zur Steigleitung der Elektroinstallation
verlegt.
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Die Unter Informationsübertragungssysteme 33 bis 38 sind etagenweise
über Koppelstellen 30 bis 32 an das Verknüpfungs-lnformationsübertragungssystem
29 angeschlossen. Selbstverständlich ist dieser Aufbau nur beispielhaft für die
Grundidee zu sehen, die Topologie des Gebäude-Steuersystems an die Gebäude-Topologie
anzupassen.
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Die in Fig. 2 dargestellte Struktur des Gebäude-Steuersystems hat
bei entsprechender Ausbildung der Koppelstellen 30 bis 32 insbesondere auch Vorteile
bezüglich des benötigten Adressenvorrats. Ein Großteil der Informationen wird nämlich
in der Praxis nur innerhalb eines Unter-Informationsübertragungssystems 33 bis 38
ausgetauscht. Nur ein Teil der Adressen, im folgenden als "Global-Adressen" bezeichnet,
muß innerhalb des Gesamtsystems zur Verfügung stehen. Beispielsweise könnte jedes
Unter-Informationsübertragungssystem 33 bis 38 einen nur auf dieses bezogenen Adreß-Vorrat
von 0 bis 256 aufweisen, während weitere 256 Adressen (Global-Adressen) zum Unter-lnformationsübertragungssystem
Übergreifenden Informationsaustausch dienen. Wenn man nun jede Koppelstelle 30 bis
32 mit einer Sperre versieht, die nur die mit einer Global-Adresse versehenen Informationen
durchläßt, so muß jedes einzelne Unter- Informationsübertragungssystem 33 bis 38
nur auf die 256 eigenen Adressen und die 256 Global-Adressen und das Verknüpfungs-lnformationsübertragungssystem
29 jeweils nur für 256 Adressen ausgelegt sein. Ohne die beschriebene Unterteilung
des Steuersystems wären 6 x 256 Adressen erforderlich. Mit der Reduktion des Adressenvorrates
ist eine deutliche Vereinfachung bei den Teilnehmern verbunden.
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Die Koppelstellen 30 bis 32 können einfach aufgebaut sein, da sie
für die zu übertragenden Signale lediglich eine durch ein noch zu erläuterndes Kriterium
gesteuerte Sperre enthalten müssen, ansonsten jedoch diese, gegebenenfalls mit Verstärkung,
1 umsetzen. Zur Differenzierung von Informationstelegrammen, die nur für die Übertragung
innerhalb eines Unter-Informationsübertragungssystems 33 bis 38 bestimmt sind und
solchen, die Untersystem-übergreifend übertragen werden sollen, wird vorteilhafter
Weise das erste Bit der Adresse verwendet. Im dargestellten Zahlenbeispiel wird
also beispielsweise durch die Koppelstellen 30 bis 32 ein Informationstelegramm
gesperrt, wenn dieses erste Bit "0" ist, während es unverändert durchgelassen wird,
wenn dieses "1" ist. Eine solche Sperre ist mit geringstem Aufwand zu realisieren.