DE4318364A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Funktionsüberwachung von Beleuchtungseinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsüber­ wachung von über zwei Stromversorgungsleitungen ans teuer­ baren Beleuchtungseinrichtungen, insbesondere von Notbe­ leuchtungseinrichtungen, mit zentraler Gleich- und/oder Wechselspannungversorgung.

In öffentlichen Gebäuden, insbesondere in Krankenhäusern, Schaltwarten etc., ist es vorgeschrieben, Notbeleuchtungs­ anlagen zu installieren. Im Zusammenhang mit Notbeleuch­ tungsanlagen sind Einrichtungen bekannt, die mit eingebau­ ten Akkumulatoren die Notstromversorgung beim Ausfall des Stromnetzes übernehmen. Vor allem bei größeren Notbeleuch­ tungsnetzen ist vorgesehen, diese zentral aus einem Wech­ selstromnetz zu speisen und bei Netzausfall umzuschalten auf eine Gleichstromversorgung, die von einem vorab aufge­ ladenen Akkumulator geleistet wird. Zur Wartung und In­ standhaltung solcher Notbeleuchtungsnetze ist jedoch vorge­ schrieben, daß diese einer regelmäßigen Kontrolle hinsicht­ lich ihrer Funktionalität unterzogen werden müssen. Der Aufwand für eine solche Kontrolle, die sowohl in optischer Art als auch in meßtechnischer Art vollzogen werden kann, bedingt entsprechendes Wartungspersonal, das zur Durchfüh­ rung der regelmäßigen Kontrollen stets bereitgehalten wer­ den muß.

Im Zusammenhang mit der Überwachung der Funktionalität solcher Anlagen sind auch automatische Kontrollen denkbar, die jedoch in der Regel ein zusätzliches Leitungspaar, beispielsweise zur Datenübertragung, benötigen. Dies bedeu­ tet einen zusätzlichen hohen Aufwand, da von jeder Notbe­ leuchtungsanlage, bzw. von jedem Beleuchtungskörper zusätz­ liche Steuerleitungen an einen zentralen Überwachungsort verlegt werden müssen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Funktionsüberwachung von derartigen Not­ beleuchtungseinrichtungen anzugeben, bei den sowohl der personelle Wartungsaufwand als auch die Bereitstellung von apparativen Einrichtungen erheblich reduziert werden kann, ohne jedoch den notwendigerweise erforderlichen Sicher­ heitsstandard für die Überwachung solcher Notbeleuchtungs­ einrichtungen zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß von einer zentralen Steuereinrichtung innerhalb eines Prüfzyklusses nacheinander mehrere Einzel-Impulspakete aussendbar sind, daß die Anzahl der Impulse eines Impulspaketes grö­ ßer/gleich der maximalen Anzahl von Beleuchtungseinrichtun­ gen innerhalb eines gemeinsamen Stromkreises ist, daß das erste Impulspaket zur Synchronisation einer jeder Beleuch­ tungseinrichtung separat zugeordneten Peripheriebaugruppe vorgesehen ist, in der eine vorab mit Kodierschaltern ein­ stellbare Adresse in eine Zählstufe ladbar ist, daß die Zählstufe der Peripheriebaugruppe mit jedem eintreffenden Impuls eines Impulspaketes um einen Schritt zurückgeschal­ tet und beim Wert Null der Zählstufe bei funktionierender Beleuchtungseinrichtung ein Antwortimpuls zur zentralen Steuereinrichtung auslösbar und die Adresse erneut in die Zählstufe ladbar ist.

Mit einem derartig definierten Verfahren läßt sich die Funktionsüberwachung ohne zusätzlichen Leitungsaufwand direkt über die Stromversorgungsleitungen zu den einzelnen Notbeleuchtungseinrichtungen durchführen. Die mit den Ko­ dierschaltern vorab einschaltbare Adresse für die spezielle Beleuchtungseinrichtung ermöglicht jederzeit das gezielte Ansteuern für die Funktionsüberwachung. Dabei wird nach Rückschaltung des Adressenwertes auf den Wert Null der Zählstufe von dieser aus bei ordnungsgemäßen Funktionieren der Beleuchtungseinrichtung der Antwortimpuls zur zentralen Steuereinrichtung zurückgesendet. Das ordnungsgemäße Funk­ tionieren der gezielt angesteuerten Beleuchtungseinrichtung wird durch den Antwortimpuls der zentralen Steuereinrich­ tung quittiert. Anschließend - nach Auslösung des Antwort­ impulses - wird die Adresse erneut in die entsprechende Zählstufe für die Notbeleuchtungseinrichtung geladen, so daß mit dem Eintreffen von nachfolgenden Zählimpulsen er­ neut eine Funktionsüberwachung vorgenommen werden kann. Als besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang anzusehen, daß mit dem Aussenden einer Vielzahl nachfolgender Impuls­ pakete derartige Funktionsüberwachungen innerhalb eines bestimmten Zeitabschnittes für die einzelnen Notbeleuch­ tungseinrichtungen mehrfach erfolgen können. Mit dieser Maßnahme wird die Aussage hinsichtlich der Funktionsfähig­ keit der überwachten Notbeleuchtungseinrichtung erheblich gesteigert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß der Antwortimpuls als Folge einer Strommessung der Beleuchtungseinrichtung auslösbar ist.

Eine zusätzliche Steigerung im Hinblick auf die Aussage der ordnungsgemäßen Funktionsfähigkeit der Notbeleuchtungsein­ richtung wird dadurch erreicht, daß der Antwortimpuls zu­ sätzlich als Folge einer Helligkeitsmessung der zu überwa­ chenden Beleuchtungseinrichtung auslösbar ist. Damit ist erreicht, daß auch Beleuchtungseinrichtungen, die zwar im Hinblick auf die Strommessung noch funktionsfähig sind, aber in ihrer Helligkeit nicht mehr dem bestimmungsgemäßen Gebrauch entsprechen, ebenfalls als fehlerhaft erkannt werden.

Zusätzliche Sicherheit bringt im Hinblick auf das Übertra­ gen der Impulse das Funktionsüberwachungsverfahren dadurch, daß der Antwortimpuls mit einer Impulsdauer vom halben Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse nach dem Ein­ treffen des letzten Impulses eines Impulspakets zur Rück­ stellung der Zählstufe der Peripheriebaugruppe auf den Wert Null aussendbar ist.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, und den Ansprüchen 1 bis 4 sieht vor, daß den Beleuchtungseinrichtungen jeweils stromkreiszugeordnete mikroprozessorgesteuerte Sende- und Empfangseinrichtungen zum Senden und Empfangen potentialgetrennter Impulse vor­ schaltbar sind, daß jede Beleuchtungseinrichtung eine mit einer Empfängereinrichtung und einer Sendereinrichtung ausgestattete Peripheriebaugruppe zum Empfangen und Senden potentialgetrennter Impulse aufweist, und daß die Impulse durch Kurzschließen der Stromversorgungsleitungen mit einem elektronischer Schalter erfolgt. Mit dieser schaltungs­ technischen Ausgestaltung, den Beleuchtungseinrichtungen die mikroprozessorgesteuerten Sende- und Empfangseinrich­ tungen vorzuschalten und die einzelnen Beleuchtungseinrich­ tungen selbst mit der oben definierten Peripheriebaugruppe auszustatten, lassen sich die zur Funktionsüberwachung notwendigen Dateninformationen in einfacher Weise über­ tragen.

Eine zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltungs­ anordnung sieht vor, daß der Stromanstieg in den Versor­ gungsleitungen beim Kurzschluß durch eine Drosselspule begrenzt ist, so daß die Belastung der Gleichspannungsver­ sorgung während der Funktionsüberwachung entsprechend be­ grenzt ist.

Die Erfindung wird durch vier Figuren näher erläutert, wobei die Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfinderischen Verfahrens zeigt und die Fig. 2 und 3 schaltungstechnische Einzelheiten der zentralen Steuerein­ richtung und der Peripheriebaugruppe erkennen lassen. Die Fig. 4 zeigt mit den Diagrammen A bis G den funktionellen Ablauf des erfinderischen Verfahrens.

In der Fig. 1 sind die Funktionseinheiten, die zur Durch­ führung des Verfahrens benötigt werden, als Blockschaltbild dargestellt. So enthält die nicht bezeichnete zentrale Steuereinrichtung die Sende- und Empfangseinrichtung S/E . . . , die durch den Mikroprozessor MP entsprechend ge­ steuert werden können. Mit der Bezeichnung AC für Wech­ selspannungsversorgung und DC für Gleichspannungsversorgung ist angedeutet, daß über nicht bezeichnete Kontakte die einzelnen Sende- und Empfangseinrichtungen S/E über die zwei Stromversorgungsleitungen L und N versorgt werden. Die jeweiligen Ausgänge der Sende- und Empfangseinrichtung S/E führen die Bezeichnung L′, N′, und sind als Stromkreis K . . . bezeichnet. Die Stromkreise K . . . bilden über die Stromver­ sorgungsleitungen L2′, N2′ gleichzeitig die Eingänge der jeweiligen Peripheriebaugruppe PER für die Beleuchtungsein­ richtung NL. Weiterhin ist ersichtlich, daß innerhalb eines Stromkreises K . . . ein bzw. mehrere Beleuchtungseinrichtungen NL . . . angeordnet sein können. Darüber hinaus ist angedeutet, daß dem Mikroprozessor MP eine Steuerschnittstelle RS485 aufweist, über die im bekannten Maße Steuerungsbefehle von außen zugeführt werden können.

Aus der Fig. 2 sind schaltungstechnische Einzelheiten der Sende- und Empfangseinrichtung S/E der zentralen Steuerein­ richtung zu entnehmen. Dabei enthält die Sende- und Emp­ fangseinrichtung S/E im wesentlichen die zwei Stromversor­ gungsleitungen L′, N, wobei in der Stromversorgungsleitung L die Drosselspule DL1 angeordnet ist. Weiterhin ist ersicht­ lich, daß der elektronische Schalter T1 diese zwei Strom­ versorgungsleitungen durch einen Steuerbefehl des Mikropro­ zessors MP über die Potentialtrenneinheit PT1 und der nach­ geschalteten Verstärkereinrichtung V1 kurzschließen kann. Wie später näher beschrieben, dient der elektronische Schalter T1 zur Aussendung eines Antwortimpulses. Desweite­ ren sind zwischen den zwei Stromversorgungsleitungen L′, N′ ein nicht bezeichneter Kondensator und Gleichrichter ge­ schaltet, die über eine zweite Verstärkereinrichtung V2 und einer weiteren Potentialtrenneinheit PT2 ein Empfangssignal auf den Eingang E des Mikroprozessor MP schalten. Mit dem Anzahlschalter für Beleuchtungseinrichtungen SA ist dem Mikroprozessor MP die Anzahl von Beleuchtungseinrichtungen innerhalb eines Stromkreise angegeben.

Die Abb. 3 zeigt die Peripheriebaugruppe PER, die jeder Beleuchtungseinrichtung NL separat zugeordnet ist. Die Peripheriebaugruppe PER enthält im wesentlichen die Empfängereinrichtung EE und die Sendereinrichtung SE mit dem elektronischen Schalter T2. Die Empfängereinrichtung EE enthält ebenfalls, wie die Sende- und Empfangseinrichtung S/E der zentralen Steuereinrichtung, einen nicht bezeichne­ ten Kondensator und Dioden zwischen den zwei Stromversor­ gungsleitungen L′′ und N′′. Auch die Sendereinrichtung SE der Peripheriebaugruppe ist, wie die vergleichbare Sende­ einrichtung der zentralen Steuereinrichtung, mit dem elektronischen Schalter T2 ausgestattet, der im Funktions­ zustand einen Kurzschluß zwischen den zwei Stromversor­ gungsleitungen L′′, N′′ bewirkt. Vor die Beleuchtungsein­ richtung NL ist die Drosselspule DL2 geschaltet. Desweite­ ren enthält die Peripheriebaugruppe PER den Fotowiderstand WF, mit dem Hilfe die Lichthelligkeit der Beleuchtungsein­ richtung NL ausgewertet und mittels einer Reihe nachge­ schalteter Verknüpfungseinrichtungen die Auslösung eines Antwortimpulses mittels der Sendeeinrichtung SE bewirkt wird.

Die Empfängereinrichtung EE steuert ebenfalls über mehrere Verknüpfungsglieder die Zählstufe ZT, an die vorab mit Hilfe des Kodierschalters CS eine Adresse für die ent­ sprechende Beleuchtungseinrichtung NL einstellbar ist.

Anschließend wird die Funktionsweise anhand der Fig. 2 bis 4 im einzelnen näher erläutert. Die Funktionsüberwa­ chung der Beleuchtungseinrichtungen NL erfolgt bei der Gleichstromversorgung DC beispielsweise aus Akkumulatoren. Zur Impulserzeugung schließen elektronische Schalter T1, T2 die Stromversorgungsleitungen L . . . , N . . . der Beleuchtungsein­ richtungen NL . . . kurz. Dies trifft sowohl für die Impulse der Sende- und Empfangseinrichtung innerhalb der zentralen Steuereinrichtung als auch für die Antwortimpulse aus den einzelnen Peripheriebaugruppen PER der zu überwachenden Beleuchtungseinrichtungen NL . . . zu. Der Stromanstieg in den Stromversorgungsleitungen L . . . , N . . . wird durch die Drossel­ spule DL1, DL2 entsprechend begrenzt. Die beim Ausschalten des Kurzschlusses auftretenden Überschwingungsvorgänge werden durch die in jeweiligen Drosselspulen DL1, DL2 zuge­ ordneten, nicht näher bezeichneten Freilaufdioden und Kon­ densatoren gedämpft. Zur gegenseitigen Entkopplung der Signalübertragung zwischen den Sendern und Empfängern wer­ den in die entsprechenden Sender- und Empfängerbaugruppen nicht bezeichnete Reihendioden in Flußrichtung geschaltet, die im Wechselstrombetrieb der Beleuchtungseinrichtungen durch Relaiskontakte k (Fig. 2) überbrückt sind.

Die eigentlichen Impulse, die durch die Spannungseinbrüche auf den Stromversorgungsleitungen L . . . , N . . . erzeugt sind, werden in bekannter Weise von RC-Gliedern mit nachgeschal­ teten Triggereinrichtungen erkannt. Im Wechselstrombetrieb sind diese Eingänge durch Dioden und Kondensatoren kurzge­ schlossen, so daß die nachfolgenden Glieder in diesem Be­ triebszustand unbeeinflußt bleiben.

In Fig. 4 ist die Funktionsüberwachung in Form der Im­ pulsdiagramme A-G dargestellt. Von der zentralen Steuerein­ richtung werden mittels der Sendereinrichtung Einzelimpuls­ pakete IP . . . ausgesandt. Der Abstand zwischen zwei Einzel­ impulsen t1 ist dabei in Abhängigkeit von den zu erwarten­ den Eigeninduktivitäten der Netze im Bereich von 1 bis 5 ms gewählt. Weiterhin entspricht die Anzahl der Impulse inner­ halb eines Impulspaketes IP . . . der maximalen Anzahl von Be­ leuchtungseinrichtungen innerhalb eines Stromkreises K. Zur Funktionsüberwachung werden innerhalb eines Prüfzyklus mehrere Impulspakete IP1, IP4 ausgesandt. Das erste Impuls­ paket IP1 dient dabei zur Synchronisation der Peripherie­ baugruppen, wobei die von vorangegangenen Impulspaketen eintreffenden Antwortimpulse nicht mehr ausgewertet werden. Die weiteren Impulspakete IP2 bis IP4 dienen der Funktions­ überwachung der Beleuchtungseinrichtungen. Um eine mög­ lichst sichere Aussage über das Prüfergebnis für die Funk­ tionsüberwachung der einzelnen Beleuchtungseinrichtungen zu erhalten, werden mehrere Impulspakete hintereinander ausgesandt.

Während der Synchronisation der Peripheriebaugruppen werden die mit den Kodierschaltern voreingestellten Adressen in die entsprechenden Zählstufen ZT eingeladen. Bei der Funk­ tionsüberwachung der Beleuchtungseinrichtungen werden mit jedem von der Sendeeinrichtung der zentralen Steuereinrich­ tung ausgesendeten Zählimpuls ZI die Zählstufen, und damit der Adressenwert, um einen Wert zurückgeschaltet, bis schließlich der Wert Null erreicht ist. Anschließend wird bei der Beleuchtungseinrichtung eine Strommessung mit einem Meßwiderstand und/oder eine Helligkeitsmessung mit einem Fotowiderstand durchgeführt und als Ergebnis einer ord­ nungsgemäßen Funktion der Beleuchtungseinrichtung der Ant­ wortimpuls AI ausgesendet. Die Aussendezeit t2 entspricht dem Wert des halben Einzelimpulsabstandes t1, der nach Eintreffen des letzten Zählimpulses ZI von der entsprechen­ den Peripheriebaugruppe aus ausgesendet wird. Gleichzeitig mit dem Erreichen des Zählerstandes Null wird auch die Adresse der entsprechenden Peripheriebaugruppe wieder in die Zählstufe geladen, um diese für eine nachfolgende Funk­ tionsüberprüfung für den Empfang des nächsten Impulspaketes vorzubereiten. Anschließend wird die Zählstufe für eine erste Sperrzeit t3, die kleiner ist als die Zeit zwischen dem Abstand zweier Einzelimpulse t1, gesperrt, so daß nachfolgend die Antwortimpulse diese Zählstufe nicht mehr beeinflussen können. Alle weiteren eingehenden Zählimpulse ZI werden für eine zweite Sperrzeit t4 gesperrt, so daß erst mit dem ersten Impuls eines weiteren Impulspaketes IP frühestens nach einer Impulsempfangsbereitschaftszeit t5, die etwas größer als die zweite Zählstufensperrzeit t4 ist, eine erneute Zählimpulsauswertung begonnen werden kann. Empfängerseitig wird innerhalb des Antwortimpuls-Empfangs­ zeitintervalls t6 bis t7 eine Auswertung des Antwortimpul­ ses ermöglicht. Bleibt zwischen zwei Zählimpulsen ZI der Antwortimpuls AI aus, dann ist die gerade funktionsgeprüfte Beleuchtungseinrichtung defekt. Mit einem Kodierschalter wird der Mikroprozessoreinrichtung die Anzahl der ange­ schlossenen Beleuchtungseinrichtungen mitgeteilt ist, so daß Fehlermeldungen von im vorhinein nicht angeschalteten Beleuchtungseinrichtungen ausgeschlossen werden. Mit dem Mikroprozessor können die mehrfach eingehenden Prüfergeb­ nisse ausgewertet und in bekannter Weise auf Anzeigeein­ richtungen kenntlich gemacht werden.

Die Funktionsüberwachung der Beleuchtungseinrichtungen wird also durch bidirektionale Übertragung von Daten (Impulsen) direkt über die Stromversorgungsleitungen der Beleuchtungs­ einrichtungen realisiert und durch kurzzeitigen Leitungs­ kurzschluß der ordnungsgemäße Funktionszustand der Beleuch­ tungseinrichtungen zur zentralen Steuereinrichtung quit­ tiert. Mit der selektiv steuerbaren Impulsunterdrückung zwischen den Zählimpulsen ist erreicht, daß sich die Sende- und Empfangseinrichtungen eines Stromkreises sich nicht gegenseitig beeinflussen. Der zeitunkritische Datenaus­ tausch zwischen der zentralen Steuereinrichtung und den Peripheriebaugruppen über die Stromversorgungsleitungen ist nicht auf Beleuchtungseinrichtungen beschränkt, sondern kann auch für anderen elektrische Verbraucher entsprechend angewendet werden.

Denkbar ist es in diesem Zusammenhang auch, zwischen den Zählimpulsen in einem weiteren Zeitfenster zusätzliche Zählimpulse zu den einzelnen Peripheriebaugruppen zu senden und über die weiteren Antwortimpulse Rückmeldungen, bei­ spielsweise über ausgeführte Steuerbefehle, einzuholen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Funktionsüberwachung von über zwei Strom­ versorgungsleitungen ansteuerbaren Beleuchtungseinrichtun­ gen, insbesondere von Notbeleuchtungseinrichtungen, mit zentraler Gleich- und/oder Wechselspannungversorgung, dadurch gekennzeichnet,
daß von einer zentralen Steuereinrichtung innerhalb eines Prüfzyklus nacheinander mehrere Einzel-Impulspakete (IP . . . ) aussendbar sind,
daß die Anzahl der Impulse eines Impulspaketes (IP . . . ) grö­ ßer/gleich der maximalen Anzahl von Beleuchtungseinrichtun­ gen (NL . . . ) innerhalb eines gemeinsamen Stromkreises (K . . . ) ist,
daß das erste Impulspaket (IP1) zur Synchronisation einer jeder Beleuchtungseinrichtung (NL . . . ) separat zugeordneten Peripheriebaugruppe (PER) vorgesehen ist, in der eine vorab mit Codierschaltern (CS) einstellbare Adresse in eine Zähl­ stufe (ZT) ladbar ist,
daß die Zählstufe (ZT) der Peripheriebaugruppe (PER) mit jedem eintreffenden Impuls eines Impulspaketes (IP . . . ) um einen Schritt zurückgeschaltet und beim Wert Null der Zähl­ stufe (ZT) bei funktionierender Beleuchtungseinrichtung (NL . . . ) ein Antwortimpuls (AI) zur zentralen Steuereinrich­ tung auslösbar und die Adresse erneut in die Zählstufe (ZT) ladbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antwortimpuls (AI) als Folge einer Strommessung der Beleuchtungseinrichtung (NL . . . ) auslösbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antwortimpuls (AI) als Folge einer Helligkeitsmessung der Beleuchtungseinrichtung (NL . . . ) auslösbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antwortimpuls (AI) mit einer Impulsdauer vom halben Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse nach dem Ein­ treffen des letzten Impulses eines Impulspakets (IP) zur Rückstellung der Zählstufe (ZT) der Peripheriebaugruppe (PER) auf den Wert Null aussendbar ist.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Beleuchtungseinrichtungen (NL . . ) jeweils strom­ kreiszugeordnete mikroprozessorgesteuerte Sende- und Emp­ fangseinrichtungen (SE . . . ) zum Senden und Empfangen poten­ tialgetrennter Impulse vorschaltbar sind, daß jede Beleuchtungseinrichtung (NL . . ) eine mit einer Empfängereinrichtung (EE . . . ) und einer Sendereinrichtung (SE . . . ) ausgestattete Peripheriebaugruppe (PER) zum Empfan­ gen und Senden potentialgetrennter Impulse aufweist, und daß die Impulse durch Kurzschließen der Stromversorgungs­ leitungen (L . . . , N . . . ) mit einem elektronischen Schalter (T2 . . . ) erfolgen.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromanstieg in den Versorgungsleitungen (L . . . , N . . . ) beim Kurzschluß durch eine Drosselspule (DL2) begrenzt ist.